一種基于負(fù)荷密度協(xié)調(diào)系數(shù)的空間電力負(fù)荷預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于負(fù)荷密度協(xié)調(diào)系數(shù)的空間電力負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，適用于電網(wǎng)的 空間負(fù)荷預(yù)測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002] 空間負(fù)荷預(yù)測(cè)（Spatial Load化recasting,化F)的主要任務(wù)是預(yù)測(cè)未來(lái)負(fù)荷出 現(xiàn)的位置及大小，是城市電網(wǎng)規(guī)劃中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，其預(yù)測(cè)結(jié)果是確定所需配置供 電設(shè)備容量和分布的基礎(chǔ)，預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確程度對(duì)城市電網(wǎng)建設(shè)及其運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全 性具有深遠(yuǎn)影響。
[0003] SLF方法主要是從預(yù)測(cè)算法的理論來(lái)進(jìn)行分類，一般可分為:趨勢(shì)法、多元變量法、 用地仿真法、負(fù)荷密度指標(biāo)法。趨勢(shì)法預(yù)測(cè)精度不高，目前已不常用；多變量法數(shù)據(jù)質(zhì)和量 的要求比較高，且預(yù)測(cè)精度也不高，已逐步淘汰；用地仿真法，所需數(shù)據(jù)比較繁多及計(jì)算量 較大，且我國(guó)±地的使用主要由政府決定，因此，用地仿真法帶有局限性。同時(shí)，過(guò)于粗糖的 分類負(fù)荷密度指標(biāo)給基于用地仿真法的空間負(fù)荷預(yù)測(cè)方法帶來(lái)不利影響，且越來(lái)越明顯。 因而，基于負(fù)荷密度指標(biāo)的空間負(fù)荷預(yù)測(cè)方法得到更多重視。但是已有負(fù)荷密度指標(biāo)的求 取方法往往忽視對(duì)實(shí)測(cè)歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)的挖掘，或是忽略同類負(fù)荷的非均勻分布問(wèn)題，或是 考慮同類負(fù)荷的非均勻分布問(wèn)題還不夠充分、真切，顯然運(yùn)些問(wèn)題對(duì)于提高預(yù)測(cè)精度是不 利的。
[0004] 對(duì)于空間負(fù)荷預(yù)測(cè)來(lái)說(shuō)，怎樣充分、真切考慮同類負(fù)荷的非均勻分布問(wèn)題，深入挖 掘?qū)崪y(cè)歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)的信息，從而更加準(zhǔn)確、全面、真實(shí)的表述影響因素對(duì)空間負(fù)荷的作用 量，對(duì)提高空間負(fù)荷預(yù)測(cè)精度具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提出一種科學(xué)合理，適用性強(qiáng)，效果佳的基于負(fù)荷密度協(xié)調(diào)系數(shù) 的空間電力負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，通過(guò)引入新的協(xié)調(diào)系數(shù)算法，能夠更好地體現(xiàn)不同元胞中同類 負(fù)荷的不同負(fù)荷密度，W及同一元胞負(fù)荷密度協(xié)調(diào)系數(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，并且能夠克服同類負(fù) 荷在不同元胞內(nèi)分布不均勻的問(wèn)題;根據(jù)實(shí)測(cè)的元胞歷史負(fù)荷與其供電面積、用地信息、分 類負(fù)荷密度之間的約束關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)的深入挖掘和空間電力負(fù)荷預(yù)測(cè)。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，所采用的技術(shù)方案是：一種基于負(fù)荷密度協(xié)調(diào)系數(shù)的空間電力 負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，其特征是，包括W下步驟：
[0007] 1)生成元胞
[000引按照l(shuí)OkV饋線供電范圍劃分待預(yù)測(cè)區(qū)域的方法生成"I類元胞"，則每個(gè)元胞的面 積為相應(yīng)的lOkV饋線供電范圍，元胞負(fù)荷則是該lOkV饋線出口實(shí)測(cè)的歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)。
[0009]按照等大小正方形網(wǎng)格劃分待預(yù)測(cè)區(qū)域的方法生成"II類元胞"，則每個(gè)元胞的面 積就是一個(gè)小正方形的面積，W單個(gè)元胞面積的倒數(shù)作為電力負(fù)荷空間分辨率，選取適當(dāng) 的電力負(fù)荷空間分辨率，如果能夠確定每個(gè)II類元胞負(fù)荷的大小，就實(shí)現(xiàn)了空間負(fù)荷預(yù)測(cè)；
[0010] 預(yù)測(cè)結(jié)果的空間分辨率之所w選用II類元胞的形式，并非I類元胞，是因?yàn)槊磕甓?有I類元胞在新生、擴(kuò)展和收縮變化，而且每個(gè)I類元胞的面積相對(duì)較大，即對(duì)于城市電網(wǎng)的 SLF而言，其空間分辨率不高，預(yù)測(cè)結(jié)果自然也較為粗糖，同時(shí)，Π 類元胞的調(diào)整卻較為靈 活；
[0011] 2)確定負(fù)荷密度協(xié)調(diào)系數(shù)
[0012] 考慮到各I類元胞的形成時(shí)間和發(fā)展程度都不一致，即使是同類負(fù)荷，其在不同的 I類元胞內(nèi)的負(fù)荷密度也并不一樣，若采用統(tǒng)一的分類負(fù)荷密度進(jìn)行預(yù)測(cè)，則勢(shì)必會(huì)帶來(lái)較 大的誤差，故引入負(fù)荷密度協(xié)調(diào)系數(shù)消除同類負(fù)荷在不同元胞內(nèi)分布不均勻的問(wèn)題。然而， W往相關(guān)空間負(fù)荷預(yù)測(cè)算法中負(fù)荷密度協(xié)調(diào)系數(shù)的求取并不能真實(shí)表征歷年I類元胞負(fù)荷 密度協(xié)調(diào)系數(shù)的變化趨勢(shì)，運(yùn)給預(yù)測(cè)目標(biāo)年負(fù)荷密度協(xié)調(diào)系數(shù)的求取帶來(lái)較大誤差，影響 預(yù)測(cè)結(jié)果的精度，所W，運(yùn)里引入新的負(fù)荷密度協(xié)調(diào)系數(shù)β，確定β的具體步驟如下：
[0013] 首先，求出每個(gè)I類元胞歷年的負(fù)荷密度，見(jiàn)式(1):
[0014] cUk = Pik/Si (1)
[0015] 式中:dik為第k年第i個(gè)I類元胞的負(fù)荷密度;Pik為第k年第i個(gè)I類元胞的負(fù)荷;Si為 第i個(gè)I類元胞的面積；
[0016] 然后，將統(tǒng)計(jì)的m年內(nèi)所有I類元胞的負(fù)荷密度的最大值作為基準(zhǔn)，確定出負(fù)荷密 度協(xié)調(diào)系數(shù)β，確定過(guò)程如下：
[0017] (1)統(tǒng)一測(cè)度變換1':
[001引
巧）
[0019]式中，Τ稱為統(tǒng)一測(cè)度變換，yik是變換后的樣本元素?cái)?shù)值，yikE[0，l];dik為第k年 第i個(gè)I類元胞的負(fù)荷密度；nifxmf 為統(tǒng)計(jì)的m年內(nèi)所有I類元胞的負(fù)荷密度的最大值；
[0020] (2)與標(biāo)準(zhǔn)值距離計(jì)算：
[0021] Λ ik= |yik-yi*| = |yik-l I (3)
[0022] 式中，Δ 11^表示樣本元素 7化與標(biāo)準(zhǔn)值71^之間的距離。標(biāo)準(zhǔn)值71^勺含義是設(shè)想理想 狀態(tài)下I類元胞的負(fù)荷密度處處相等，在統(tǒng)一測(cè)度變換τ下:Tdik= 1，即標(biāo)準(zhǔn)值1，W實(shí) 際數(shù)據(jù)測(cè)度變換值到標(biāo)準(zhǔn)值的距離作為求取負(fù)荷密度協(xié)調(diào)系數(shù)β的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；
[0023] (3)負(fù)荷密度協(xié)調(diào)系數(shù)閒角定：
[0024]
(4)
[0025] 式中，i3ik為第k年第i個(gè)I類元胞內(nèi)負(fù)荷密度協(xié)調(diào)系數(shù)；
[0026] 3)求取分類負(fù)荷密度指標(biāo)
[0027] 利用I類元胞的實(shí)測(cè)歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)結(jié)合歷年I類元胞內(nèi)用地信息來(lái)求取各年的分 類負(fù)荷密度指標(biāo)，在每一年的時(shí)間斷面上都有式(5)成立：
[002引
巧）
[0029] 式中：Pi為第i個(gè)I類元胞的負(fù)荷;i3ik為第k年第i個(gè)I類元胞內(nèi)的負(fù)荷密度協(xié)調(diào)系 數(shù);SU為第i個(gè)I類元胞內(nèi)第j類用地面積;山為第j類用地的負(fù)荷密度指標(biāo)；
[0030] 矩陣表達(dá)形式如下：
[0031] P = B.*A*D = C*D (6)
[0032] 式中：P為I類元胞的負(fù)荷矩陣;B為I類元胞內(nèi)負(fù)荷密度協(xié)調(diào)系數(shù)矩陣;A為反應(yīng)各I 類元胞內(nèi)用地信息的系數(shù)矩陣;D為分類負(fù)荷密度指標(biāo)矩陣，對(duì)于式(6)，如果I類元胞負(fù)荷 及分類負(fù)荷密度的估計(jì)值已經(jīng)得到，則有：
[0033]
巧)
[0034] 那么，I類元胞負(fù)荷的觀測(cè)值，即I類元胞實(shí)測(cè)的歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)與估計(jì)值之差的平 方和記作Q，可用式(8)來(lái)表示，
[0035]
(&)
[0036] 根據(jù)最小二乘法原理，分類負(fù)荷密度值應(yīng)該是式(9)的解，
[0037]
餅
[0038] 所得到的分類負(fù)荷密度0的最小二乘估計(jì)值見(jiàn)式(10)
[0039]
(10)
[0040] 在已經(jīng)求取出歷年分類負(fù)荷密度指標(biāo)的情況下，可用趨勢(shì)法預(yù)測(cè)出分類負(fù)荷密度 指標(biāo)在目標(biāo)年的大小；
[0041 ] 4)模型建立
[0042] 將目標(biāo)年時(shí)每個(gè)II類元胞內(nèi)包含的各類用地的面積分別乘W各自的分類負(fù)荷密 度指標(biāo)，再乘W對(duì)應(yīng)的負(fù)荷密度協(xié)調(diào)系數(shù)β，便求出了每個(gè)II類元胞的負(fù)荷值，從而完成 SLF，
[0043]
(11)
[0044] 式中，Ρ為目標(biāo)年的待預(yù)測(cè)元胞的負(fù)荷;&為II類元胞所在I類元胞內(nèi)第j類負(fù)荷的 負(fù)荷密度協(xié)調(diào)系數(shù);山為目標(biāo)年第j類用地的負(fù)荷密度;&為11類元胞元胞內(nèi)第j類用地的面 積。
[0045] 本發(fā)明提出的一種基于負(fù)荷密度協(xié)調(diào)系數(shù)的空間電力負(fù)荷預(yù)測(cè)方法能夠引入新 的負(fù)荷密度協(xié)調(diào)系數(shù)，建立元胞負(fù)荷與分類負(fù)荷密度的關(guān)系方程，求取歷年分類負(fù)荷密度 指標(biāo)，利用趨勢(shì)法預(yù)測(cè)目標(biāo)年的負(fù)荷密度協(xié)調(diào)系數(shù)和分類負(fù)荷密度指標(biāo)的值，對(duì)II類元胞 負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)，其優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：
[0046] 1.充分考慮分類負(fù)荷非均勻分布的現(xiàn)實(shí)情況，新的負(fù)荷密度協(xié)調(diào)系數(shù)真實(shí)表征了 歷年I類元胞負(fù)荷密度協(xié)調(diào)系數(shù)的變化趨勢(shì)，使得預(yù)測(cè)目標(biāo)年負(fù)荷密度協(xié)調(diào)系數(shù)的求取更 加精確，提高預(yù)測(cè)結(jié)果的精度，消除了分類負(fù)荷非均勻分布帶來(lái)的預(yù)測(cè)精度下降問(wèn)題；
[0047] 2.充分挖掘、利用了I類元胞的歷史負(fù)荷、供電面積、用地信息等歷史數(shù)據(jù)與分類 負(fù)荷密度的內(nèi)在聯(lián)系；
[0048] 3.方法科學(xué)合理，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，在城市空間負(fù)荷預(yù)測(cè)中是可行的、有效的。
【具體實(shí)施方式】
[0049] 下面利用實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0050] 本發(fā)明的一種基于負(fù)荷密度協(xié)調(diào)系數(shù)的空間電力負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，包括W下步驟：
[0051] 待預(yù)測(cè)區(qū)域內(nèi)各lOkV饋線負(fù)荷及其供電范圍已知的情況下，通過(guò)電力地理信息系 統(tǒng)(geographic information system，GIS)。在電力GIS環(huán)境中，結(jié)合當(dāng)前的用地信息，可得 到各饋線供電范圍內(nèi)分類負(fù)荷的位置及面積，從而能夠建立各饋線負(fù)荷與分類負(fù)荷密度之 間的關(guān)系方程，并通過(guò)最小二乘法求出歷年的分類負(fù)荷密度指標(biāo)，根據(jù)已求得的分類負(fù)荷 密度指標(biāo)和負(fù)荷密度協(xié)調(diào)系數(shù)預(yù)測(cè)分類負(fù)荷密度指標(biāo)和負(fù)荷密度協(xié)調(diào)系數(shù)在目標(biāo)年的大 小，在指定的電力負(fù)荷空間分辨率下，計(jì)算出每個(gè)單位面積上的負(fù)荷，便實(shí)現(xiàn)了空間負(fù)荷預(yù) 測(cè)。
[0052] 使用基于負(fù)荷密度協(xié)調(diào)系數(shù)的空間電力負(fù)荷預(yù)測(cè)方法對(duì)東北某城市的一個(gè)行政 區(qū)2014年的空間電力負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)。依據(jù)負(fù)荷特性和各種用地類型的特點(diǎn)，將用地類型劃 分為：居民用地、商業(yè)用地、行政辦公用地、文化娛樂(lè)用地、其他用地等5類用地，即共有5種 分類負(fù)荷。
[0化3] 1)生成元胞
[0054] 按照l(shuí)OkV饋線供電范圍劃分待預(yù)測(cè)區(qū)域的方法生成"I類元胞"，則每個(gè)元胞的面 積為相應(yīng)的lOkV饋線供電范圍，元胞負(fù)荷則是該lOkV饋線出口實(shí)測(cè)的歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)。
[0055] 按照等大小正方形網(wǎng)格劃分待預(yù)測(cè)區(qū)域的方法生成"II類元胞"，則每個(gè)元胞的面 積就是一個(gè)小正方形的面積，W單個(gè)元胞面積的倒數(shù)作為電力負(fù)荷空間分辨率，選取適當(dāng) 的電力負(fù)荷空間分辨率，如果能夠確定每個(gè)II類元胞負(fù)荷的大小，就實(shí)現(xiàn)了空間負(fù)荷預(yù)測(cè)。
[0056] 預(yù)測(cè)結(jié)果的空間分辨率之所W選用II類元胞的形式，并非I類元胞，是因?yàn)槊磕甓?有I類元胞在新生、擴(kuò)展和收縮，而且每個(gè)I類元胞的面積相對(duì)較大，即對(duì)于城市電網(wǎng)的化F 而言，其空間分辨率不高，預(yù)測(cè)結(jié)果自然也較為粗糖。同時(shí)，Π 類元胞的調(diào)整卻較為靈活。
[0057] 利用已經(jīng)建立的電力GIS，確定出該行政區(qū)中的全部I類元胞內(nèi)各種類型用地的面 積，如表1所示。
[005引表1 I類元胞內(nèi)的各類用地面積
[0化9]
[0061 ]與表1相對(duì)應(yīng)的全部I類元胞的2009年至2013年的歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)見(jiàn)表2 [0062]表2 I類元胞的歷年負(fù)荷數(shù)據(jù)
[0063]
[0064] 2)確定負(fù)荷密度協(xié)調(diào)系數(shù)
[0065] 考慮到各I類元胞的形成時(shí)間和發(fā)展程度都不一致，即使是同類負(fù)荷，其在不同的 I類元胞內(nèi)的負(fù)荷密度也并不一樣，若采用統(tǒng)一的分類負(fù)荷密度進(jìn)行預(yù)測(cè)，則勢(shì)必會(huì)帶來(lái)較 大的誤差，故引入負(fù)荷密度協(xié)調(diào)系數(shù)消除同類負(fù)荷在不同元胞內(nèi)分布不均勻的問(wèn)題。然而， W往空間負(fù)荷預(yù)測(cè)算法中負(fù)荷密度協(xié)調(diào)系數(shù)的求取并不能真正表征歷年I類元胞負(fù)荷密度 協(xié)調(diào)系數(shù)的變化趨勢(shì)，運(yùn)給預(yù)測(cè)目標(biāo)年負(fù)荷密度協(xié)調(diào)系數(shù)的求取帶來(lái)較大誤差，影響預(yù)測(cè) 結(jié)果的精度。所W運(yùn)里引入新的負(fù)荷密度協(xié)調(diào)系數(shù)β的確定過(guò)程，