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1、郑州大学硕士学位论文城市电网规划中空间负荷预测方法的研究姓名：程坦申请学位级别：硕士专业：电气工程指导教师：章健20091126城市电网规划中空问负荷预测方法的研究摘要电力系统负荷预测是实现电力系统安全、经济运行的基础，对一个电力系统而言，提高电网运行的安全性和经济性，改善电能质量，都依赖于准确的负荷预测。因此，负荷预测的关键是提高其准确度。此外，从长远来看，负荷预测也是我国电力市场发展的必备条件，具有重要的理论意义和实用价值。本文第一章强调了负荷预测研究的意义，第二章介绍了负荷预测的常用方法并对空间负荷预测的方法、步骤进行了详细的阐述，在对空间负荷预测有了一个比较系统的了解后，第三章对华南某
2、市的数据进行了实例分析。第四章最后作了总结。通过本文的研究，不仅完成了该城市的负荷预测工作，同时也能够指导今后类似城市的实际负荷预测工作。关键词：规划；负荷预测；空间负荷预测；负荷密度A B S T R A C TP o w e rs y s t e ml o a df o r e c a s ti st oa c h i e v ep o w e rs y s t e ms e c u r i t y,e c o n o m i co p e r a t i o nb a s e do n ap o w e rs y s t e m，i m p r o v en e t w o r ks e
3、 c u r i t ya n de c o n o m i co p e r a t i o nt oi m p r o v et h eq u a l i t yo fe l e c t r i c i t yi sd e p e n d e n to na c c u r a t el o a df o r e c a S t T h e r e f o r e，t h ek e yi st oi m p r o v el o a df o r e c a s ta c c u r a c y I na d d i t i o n 丘0 mad e v e l o p m e n tp
4、e r s p e c t i v e，o u rl o a df o r e c a s ti sap r e r e q u i s i t ef o rm er e a l i z a t i o no ft h ee l e c t r i c i t ym a r k e t,w i t hi m p o r t a n tt h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a lv a l u e T h i sc h a p t e rh i g h l i g h t st h es i g n i f i c a n c eo fl o a df
5、o r e c a s ts t u d i e s，t h es e c o n dc h a p t e ro nt h ec o m m o nm e t h o d so fl o a df o r e c a s ta n ds p a c el o a df o r e c a s tm e t h o d s ad e t a i l e dd e s c r i p t i o no fs t e p si ns p a c el o a df o r e c a s t t oh a v eam o r es y s t e r n a t i cu n d e r s t
6、a n d i n g，t h et h i r dc h a p t e ro ft h eS o u t hC h i n ac i t yo fe x a m p l e so fd a t aa n a l y s i s S u m m a r i z i n gt h el a s tf o u rc h a p t e r s T h r o u g ht h i ss t u d y,n o to n l yc o m p l e t e dt h ew o r ki nt l l ec i t yo fl o a df o r e c a s t，b u ta l s ot
7、og u i d ef u t u r ea c t u a ll o a df o r e c a s ts i m i l a rc i t i e s K e yw o r d：P l a n；l o a df o r e c a s t；s p a t i a ll o a df o r e c a s t；l o a dd e n s iI I原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声
8、明的法律责任由本人承担。学位论文作者：稚但日期：翮年J f 月歹。日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：稍但日期：卅年1 1 月多p 日城市电网规划中空问负
9、荷预测方法的研究1 1 国内外发展状况1 绪论美国早在7 0 年代初就开始了空间负荷预测的研究，主要有3 种方法：多变量法、趋势法和用地仿真法【I】。前两种方法将系统负荷预测应用到小区负荷预测，精度较差。多变量法是经济计量模型预测法在小区负荷预测中的应用，对数据的质量要求较高，故逐渐被淘汰。趋势法是通过外推小区负荷曲线来外推未来的负荷，适用于短期预测，应用于小区负荷预测有许多不足之处。用地仿真法是一种自上而下的预测方法，具有较高的精度，尤其适用于长期预测。8 0 年代初H L W i l l i s 提出了空间负荷预测理论。该方法不仅能够预测未来的负荷量的变化规律，而且对未来的负荷地理分布情况
10、也做出了相应的预测。此后，M o y u e nC h o w 和余贻鑫院士将空间负荷预测应用在实际的电网规划中，取得了较好的效果。现在，空间负荷预测的重点放在了对预测区域中未来土地使用情况的预测上。这是因为在市场经济条件下土地的交易比较规范，容易得到土地使用规律。但在我国，土地的使用在很大程度上由政府决定，还有很多未知的、复杂的因素，所以比较难于做出准确判断，因此，在负荷预测时，应将政府对土地的规划方案作为主要的依据。目前有基于G I S(G e o g r a p h i cI n f o r m a t i o nS y s t e m)平台的空问负荷预测方法，即利用G I S 平台提取
11、真实准确的地理信息，通过总量负荷预测与空间负荷预测相结合的方法，得到规划地区具体地块的负荷预测值。采用这种方法可以得到合理的空间负荷预测值，并使空间负荷预测的过程和结果变得灵活、便捷，能够在外界条件及数据变化的情况下，快速、有效地重新进行负荷预测。1 2 研究意义电力系统负荷预测就是根据历史负荷值，在满足一定精度的情况下确定未来郑州大学T 程硕士论文某特定时刻的负荷值【2 l。它是电力系统运行、控制和规划不可缺少的部分，是实现电力系统安全、经济运行的基础，对一个电力系统而言，提高电网运行的安全性和经济性，改善电能质量，都依赖于准确的负荷预测。但是想做到准确预测有相当难度，其一是因为影响电量变化
12、的因素很复杂，其二是由于数据资料的不全和不确定信息的存在。这两方面的原因将造成使用传统的确定性负荷预测模型时产生极大困难。随着计算机在电力系统中的R 益普及和电力系统自动化水平的不断提高，负荷预测的精度也相应有所改进，并逐步实用化。目前实用的算法主要有：线性外推法、线性回归法、时间序列法、卡尔曼滤波法、人工神经网络法、灰色系统法和专家系统方法等。各种算法均有一定的适用场合，可以说没有一个算法适用于各种负荷预测模型而精度比其它算法都高。空间负荷预测(S p a t i a lL o a dF o r e c a s t i n g-S L F)，也称小区负荷预测(S m a l lA r e a
13、L o a dF o r e c a s t i n g S A L F)，其概念最早是在1 9 8 3 年由美国的H L W i l l s 提出，其定义为在未来电力部门的供电范围内，根据规划的城市电网电压水平不同将城市用地按照一定的原则划分为相应大小的规则(网格)或不规则的小区，然后预测每个小区中电力用户和负荷分布的位置、数量和产生的时间。简单地说，就是一个将总量负荷预测分配到各供电小区(本文中提到的小区非泛指的居民供电小区，而是被划分成的一个个供电小区域，下同)的过程。它不仅预测未来负荷量的变化，而且预测未来负荷的地理分布【3】。1 3 研究内容近年来，负荷发展和变化的情况比较复杂，用传
14、统的负荷预测方法得到的结果，在负荷的大小和地理分布上都存在着较大的误差。由于城市建设发展的过程是变化的，经济预测数据及经济的增长也是变化的，未来发展的不确定性影响着负荷预测，城网规划中用来预测的基础数据并不精确，不确定的因素很多，尽管目前已有多种负荷预测方法，但各种方法都有局限性，不管采用何种算法和模型，都无法保证负荷预测的绝对正确。为提高负荷预测的准确性，可通过建立多种预测方法的负荷预测模型，将每种预测方法编成软件，建立预测方法库。在实际预测时，将收集到的各种经济预2城市电网规划中空间负荷预测方法的研究测数据、规划及历史数据，通过调用预测方法库的手段，用多种方法进行预测。然后以预测误差最小为
15、目标，根据宏观经济形势及经验选取各种方法的权数，将多种预测结果加权取平均值，即所谓“组合预测”，这样可得到较准确的负荷预测成果。本文从负荷预测的阐述入手，着重介绍空间负荷预测的方法及步骤，并通过对某城市进行数据采集，得到初步的数据信息，利用城市电网规划辅助决策系统进行负荷预测，得出初步的负荷预测结果。郑州人学工程硕十论文2 负荷预测的理论研究2 1 负荷预测的原理及分类2 1 1 负荷预测的原理负荷预测工作是根据电力负荷的发展规律，预计或判断其未来发展趋势和状况的活动。这项活动基于以下基本原理：可知性原理、可能性原理、连续性原理、相似性原理、反馈性原理、系统性原理。2 1 2 负荷预测的分类负
16、荷预测可分为系统负荷预测和母线负荷预测，其在应用上是按照周期来划分的，可从几分钟、几个小时、几天到几个月、几年。系统负荷预测用来进行系统安全监测和负荷控制、编制运行计划、安排检修计划等；母线负荷预测本质上是指在某个特定的时刻在母线上流的系统的功率，这些数值也可以作为系统运行的故障数据，也可在某些时候代替实时数据的错误值来进行数据总加。根据不同的预测目的，电力系统的负荷预测分为长期负荷预测、中期负荷预测、短期负荷预测和超短期负荷预测四种。一般说来，一小时以内的负荷预测为超短期负荷预测，用于安全监视、预防性控制和紧急状态处理；日负荷和周负荷预测为短期负荷预测，分别用于安排日调度计划和周调度计划，包
17、括确定机组的起停、水火电的协调、联络线交换功率、负荷经济分配、水库调度和设备检修等；月至年的负荷预测为中期负荷预测，主要确定水库的运行方式和设备大修计划等；电源规划和发展时，需要数年至数十年的长期负荷预测。2 2 负荷预测的方法2 2 1 概述电力系统负荷预测是实现电力系统安全、经济运行的基础，对一个电力系统4城市电网规划中空间负荷预测方法的研究而言，提高电网运行的安全性和经济性，改善电能质量，都依赖于准确的负荷预测【6 1。负荷预测工作要求具有很强的科学性，尽管负荷预测的方法有多种，但由于所需的数据难以得到或由于预测模型存在不适应性，所以尚无一个固定的方法可以适用于一切负荷预测问题，并保证优
18、于其他方法。实际应用中要针对某一具体规划区域对负荷实际变化规律及影响因素做细致的分析，选择最适合的方法。2 2 2 常用的电力负荷预测方法及分析(一)分产业产值单耗法单耗法即单位产品耗电法，是通过某一单位产品的平均单位产品用电量以及该产品的产量，得到生产这种产品总产量的总用电量。计算公式为A=坛式中A 用电量；卜产品产量；r 产品的单位耗电量。一个地区的工业生产用电，可按照行业划分为若干部门，如煤炭、石油、冶金、机械、建筑、纺织、化纤、造纸、食品等，再对每个部门统计出主要产品的单位耗电量&，知道了每种产品的产量岛，就可得到n 种工业产品总用电量为A=龟岛-一l u li=1单耗法需要作大量细致
19、的统计调查工作，近期预测效果较好。但实际中很难对所有产品较准确地求出其用电单耗，工作量也很大。有时考虑用国民生产总值或工农业生产总值b，结合其电量单耗(产值单耗)g，计算出用电量彳=b g，这就是产值单耗法。(-)电力弹性系数法电力弹性系统是电量平均增长率与国内生产总值之间的比值，根据国内生产总值增长速度结合电力弹性系数得到规划期末的总用电量，同单耗法一样，电力弹性系统法需要做大量细致的统计工作。郑州大学工程硕十论文用电量年增长率与国民生产总值年增长率的比值，称为电力弹性系数，即E：a A 式中，吼一电量年增长率；一国民生产总值年增长率。电力弹性系数是反映电力发展与国民经济发展关系的一个宏观指
20、标，其数值与科技进步和经济结构及产品结构的调整有关。在负荷预测中，如果用某种方法预测未来m 年的弹性系数为E，国民生产总值的增长率为，可得电力需求增长率为=E 按照自然增长率法，可预测出第m 年的用电量为A m=4(1+)”式中4 一基准年(预测起点年)的用电量。弹性系数法一般用于校核中期或远期的宏观负荷预测。(三)分区负荷密度法负荷密度预测法是从地区土地面积(或建筑面积)的平均耗电量出发作预测。一般，先预测未来某时期的土地面积(或建筑面积)和单位面积用电密度，再乘以面积得到用电量预测值，分区负荷预测法首先根据近年来的发展情况、经济发展目标以及电力规划目标将待预测区域划分成多个功能区，然后对每
21、个功能区用负荷密度法进行预测，最后相加得到总的用电量预测值。负荷密度法是根据规划区各地块的用地性质，采用与其他地区类比的方式确定规划地块单位建筑面积或单位占地面积的的负荷大小，进而对规划区负荷加以预测的方法，这种预测方法能较好地与城市规划发展相结合。在城市电网规划中，不仅要预测负荷的量，还要预测负荷增长的位置，即空间负荷分布。只有在确定负荷空间分布的基础上，才能准确进行电网的变电站布点和线路走廊的规划。因此，空间负荷预测不仅要预测未来负荷的量，而且要提6城市电网规划中空间负荷预测方法的研究供未来的负荷空间分布。(四)时间序列法时间序列分析法是根据过去的负荷统计数据，找到其随时间变化的规律，建立
22、时序模型，以推断未来负荷数值的方法，其基本假定是：过去的负荷变化规律会持续到将来，即未来是过去的延续。1 自回归模型该模型反应变量自身的统计依赖关系，是其自身结构关系的一种描述，不涉及与其他变量的关系，自变量都是因变量的延迟量，某时刻变量互可以由过去值的加权值的有限线性和及一个干扰量E 来表示，p 阶自回归模型形式为乙=t T f,o+a l Z t l+c t 2 Z t 一2+O r P 五一，+乞显然，此模型也属于广义线性回归模型，可利用前述广义线性回归模型的最小二乘法确定参数，口l，O f,2，口。自回归模型的阶数P 可以利用下述A I C 或B I C 准则确定A I C 准贝I j
23、，m i n A I C(p)=l 0 9 6 2(p)+兰里B I C 准则，m i nB I C(p)=l 0 9 6 2(p)+型坚电力负荷不仅具有一定随机性，而且具有明显增长趋势，标志着社会经济和各项事业的发展。所以，在处理这些数据时，宜采用求和自回归模型，即对具有增长趋势的数据Z l，Z 2，乙先作d 阶差分运算：形=V d Z,=(1-B)么=乙+壹(一1)i q i 曰Z f=Z f+童(一1)i 白iZ f 一，这里B 为延迟算子，B Z f=Z f 一对差分后的彬建立自回归模型。获得关于形的拟合模型后，再将彬代之以V 皿，便得到-f y y d 阶求和自回归模型的拟合。y 毛
24、y d 值的选择，可采用一种直观的方法，即将数据Z l，Z 2，乙点在平面坐标图上，如果它们有线性增长趋势，则应考虑用一阶(d _ 1)求和模型拟合此数据。如果它们是二次曲线的发展趋势，7郑州人学工程硕士论文则拟合二阶(d=2)求和模型。对于更高阶的求和模型，可以将数据的差分量再点在坐标图上，然后进行上述的类似分析，模型的阶数d 都比较低，常用的为d=l，2 疏系数自回归模型模型形式为以决定d 值的大小。实际应用中的求和2，3 等值。z t=P o+p i。Z t 一、+p t：Zc b+p i r Z h i r+c这里，f 2，为1，2，P 中的r 个数值，P 是一个最大备选延迟量。疏系数
25、自回归模型拟合方法同广义线性回归模型。为避免直接处理具有增长趋势的数据，拟合前可先作d 阶差分运算。至于自变元Z f 即Z f 一如，Z f 一的选择，则可利用改进的A I C 或B I C 信息准则。(五)相关分析法相关分析法是寻找负荷与影响因素之间的因果关系，建立相关分析模型，通过对观察数据的统计分析和处理进行预测的方法。其特点是：将影响预测对象的因素分解，在考察各个因素的变化中，估计预测对象未来的数量状态。(六)人均电量指标换算法人均电量指标换算法是指选取一个与本地区人文地理条件、经济发展状况以及用电结构等方面相似的国内外地区作为比较对象，通过分析比较两地区过去和现在的人均电量指标，得到
26、本地区的人均电量预测值，再结合人口分析得到总用电量的预测值。需要指出的是，由于我国的经济正处于高速发展期而相关政策也在探索完善过程中，变化较大，不确定因素多，规律性不强，所以造成时间序列趋势模型和相关分析模型拟和历史数据进行预测的结果并不令人满意。综上所述，对于电力负荷预测方法的研究与选用，应该主要解决以下问题：(一)在进行数据处理分析和建立预测模型的过程中，要充分考虑外界因素(经济、政策等)的变化，以及未来相关因素的不确定性对中长期负荷预测结果的影响。(二)注意模型参数随环境和相关因素的改变而出现的趋势适应问题，并在模型使用过程中，对预测专家的经验和意见加以有效的利用。(三)对于影响中长期负
27、荷变化的多方面因素的综合作用，要运用不同方法城市电网规划中空间负荷预测方法的研究的组合来开展研究工作。2 3 负荷分类2 3 1 负荷分类的意义首先，不同类型的负荷有不同的发展规律。例如在我国目前处于社会主义初级阶段，很多地区居民生活和第三产业负荷增长很高，而某些传统第二产业则处于调整期，负荷增长缓慢甚至出现负增长。这种情况随地区的不同也有很大的变化。例如在沿海某些发达地区，随着经济的发展对城市的定位有了更高的要求，对一些产生环境污染的产业进行了限制甚至清除。其次，城市规划在城市发展中的地位日益重要。城市规划对不同地块的用地性质进行了明确的分类，例如有工业用地，住宅用地，市政用地等。较好的城市
28、规划对同一类用地还区分了不同的等级，例如有高档住宅用地，中档住宅用地。对未来土地用途的规划为负荷预测提供了非常重要的信息。负荷分类只有与城市规划中用地分类对应，才能够充分考虑这些信息，为负荷预测特别是负荷分布预测提供良好的基础。总之，总体负荷的发展有一定的规律，但是构成总负荷的分类负荷各有其发展规律。对其分类研究，并预测发展趋势可以更有效地对总体负荷进行预测。2 3 2 负荷分类的依据负荷分类的方法很多，大体有以下几种：(一)电力部门分类法把负荷按国家电力公司标准的八大类进行区分，例如农、林、牧、渔、水利业合计，工业、地质普查和勘探业合计，建筑业和居民生活等。其中每一大类又可以分为很多详细的小
29、类，例如工业可以分为机械工业，化学工业等。电力部门每月统计以上各个行业的电量，一般来讲，逐年的分类电量资料容易获得，而且数据比较可靠。(二)国民经济分类法9郑州大学T 程硕上论文按产业结构把负荷分为第一产业，第二产业，第三产业和居民生活四大类。(三)规划部门按用地性质分类法例如前面所讲的工业用地，住宅用地，市政用地等。负荷分类应综合考虑历史电量收集的分类和规划部门对规划用地的分类，尽量作到一对应。分类应该满足：第一，规划用地背景图上每类图块都能在行业负荷分类中找到定义；第二，每类行业负荷都能在规划用地背景图上找到对应的图块。那对负荷进行分类，是详细一些比较好，还是粗略一些比较好昵?首先分类越细
30、，单一类型负荷发展中受的随机性因素影响越大，反之分类越粗，单一类型负荷发展中受的随机性因素影响越小。例如：如果把某城市的工业分为机械工业、化学工业、金属工业、纺织工业等很多类。按照发展规律预测纺织工业将按照8 的增长率发展，但是由于一个偶然因素，例如国际市场的变化，纺织工业在未来几年不但没有增长，反而倒退，同时化学工业可能有意外的因素取得额外的增长。这样此削彼长，总体上工业的发展保持了相对的稳定。覆盖范围较广的分类可能受偶然因素的影响相对较小。因此，一方面，分类能够更精确的研究负荷发展的规律性；另一方面，分类越细，单一类型负荷发展中受的随机性因素影响越大。其次，负荷分类必须与规划用地相配合，例
31、如，如果负荷分类中有机械工业和化学工业，而规划用地分类只有工业，就很难确定某块用地的负荷应该是机械工业的负荷还是化学工业的负荷。最后，分类过细还将增加原始资料收集的难度，并且增大负荷预测的工作量。总之，对负荷要进行分类，但负荷分类并不是越细越好。在实际规划工作中，应该结合本地区特点进行分类。有共同特性的行业可以合并。例如，如果某地区的工业分为机械工业、化学工业、金属工业、纺织工业等几类，而且各类所占比重均不大，就可以考虑将这几类合并为工业。但是如果该地区化学工业负荷占了相当比重，而且有明显的发展特点，就可以作为一类负荷单独考虑。2 4 空间负荷预测1 0城市电网规划中空间负衙预测方法的研究2
32、4 1 概述负荷预测的方法经多年实践和积累已多达数十种，但一些老的预测方法因预测对象的局限性或准确性差已逐步淘汰。随着人工智能(A I)、神经网络(N N)、和模糊数学(F s)的广泛应用，负荷预测领域出现了许多新方法，空间负荷预测就是近年来发展起来的一种基于上述理论的城市配电网负荷预测的新方法。空间负荷预测实际上是一个将总量负荷预测分配到供电小区的过程，可分为三个阶段：空间信息收集一土地使用分析一负荷增长预测。其中土地使用分析是空间负荷预测的核-t l,t 6 J。2 4 2 空间负荷预测的理论基础(一)人工神经网络人工神经网络是由人工神经元互连组成的网络，它是从微观结构和功能上对人脑的抽象
33、和简化，是模拟人类智能的一条重要途径，反映了人脑功能的若干基本特征，如并行信息处理、学习、联想、模式分类、记忆等。人工神经元方法(砧州)是近年发展起来的新方法，在短期和超短期负荷预测方面，应用最多的是前向多层A N N。神经网络足由大量的简单神经元组成的非线性系统，每个神经元的结构和功能都比较简单，而大量神经元组合产生的系统行为却非常复杂，它具有较强的学习能力、计算能力、变结构适应能力、复杂映射能力、记忆能力、容错能力及各种智能处理能力。目前，研究和应用最多的是以下四种基本模型和它们的改进模型，即H o p f i e l d 神经网络、多层感知器、自组织神经网络和概率神经网络。人工神经网络有
34、以下几个突出的优点：1 可以充分逼近任意复杂的非线性关系；2 所有定量或定性的信息都等势分布贮存于网络内的各神经元，故有很强的鲁棒性和容错性；3 采用并行分布处理方法，使得快速进行大量运算成为可能；4 可学习和自适应不知道或不确定的系统；5 能够同时处理定量、定性知识。(二)模糊理论郑州大学工程硕上论文模糊理论是在美国加州大学伯克利分校电气工程系的L A z a d e h 教授于1 9 6 5年创立的模糊集合理论的数学基础上发展起来的，主要包括模糊集合理论、模糊逻辑、模糊推理和模糊控制等方面的内容。模糊理论应用最有效、最广泛的领域就是模糊控制。模糊控制的基本思想是把人类专家对特定的被控对象或
35、过程的控制策略总结成一系列以“I F(条件)T H E N(作用)”形式表示的控制规则，通过模糊推理得到控制作用集，作用于被控对象或过程。控制作用集为一组条件语句，状态语句和控制作用均为一组被量化了的模糊语言集，如“正大”，“负大”，“正小”，“负小”，“零等【2 0】。(三)聚类分析聚类分析，亦称群分析或点群分析，是按照一定的标准对研究对象进行分类的数学方法。其基本原理是根据样本自身的属性，用数学方法按照某些相似性或差异性指标，定量地确定样本之间的亲疏关系，并按这种亲疏关系程度对样本进行聚类。所以定义不同的相似性或差异性指标就可以产生不同的聚类结果。聚类过程中最重要的问题是选择最合适的类数，
36、目标是要求分类数既不能过多也不能过少【引。常见的聚类分析方法有系统聚类法、动态聚类法和模糊聚类法等。系统聚类除了要定义事物之间的亲疏程度指标，还要定义类与类之间亲疏程度指标并且要导出求取类间亲疏度指标值的递推公式。系统聚类初始，先把所有待分类事物各自看成独立的一类，求出两两之间的亲疏指标值，把关系最为亲密的两类合并成一个新类，然后计算新类与原存各类之间的亲疏指标值，再把其中关系最为密切的两类合并如此反复进行，直到最终所有待分类事物合并成一个大类为止。最终会绘成一幅系统聚类的谱系图，再根据一定的原则确定最终分类结果。动态聚类的原理是先对分类事物作一个初始的粗糙的分类，然后在根据某种原则对初始分类
37、进行修改，直至分类被认为比较合理为止。模糊聚类分析是按照事物属性的内在联系规律和一定的要求对事物进行分类的聚类分析方法。找出一类事物本质的内在的相互关系。1 2城市电网规划中空间负荷预测方法的研究2 4 3 空间负荷预测的步骤(一)空间信息收集，包括地理、交通、社区、学校、市政、工业、商业和发展规划等方面的信息。目前普遍利用地理信息系统(G I S)，以便于信息的收集及其处理。(二)土地使用分析，这是空间负荷预测的关键，主要是根据不同类型的用户对土地使用的不同要求以及用户的用电特性来确定土地使用的类别，并计算土地使用的优先权。(三)负荷增长预测，根据土地使用的分析结果和预测的负荷密度得出总量负
38、荷预测。2 4 4 空间负荷预测的方法目前的空间负荷预测方法主要分为两大类一解析的方法和非解析的方法【l5 1。解析的方法通过分析小区历史和当前的数据，辨识它们的发展趋势和模式，从而预测未来的负荷变化。解析的预测方法根据预测变量和预测方法的不同分为趋势法、多变量法和用地仿真法。非解析的方法主要依靠规划人员所积累的知识凭直觉作出不同地块不同时|日J 上负荷大小的推断，这种方法的代表技术是“着色图”方法，即将规划区域划分成一定的网格，确定土地使用的几个类型，然后用不同的颜色区分将来不同的土地使用类型，根据预测的、调查的或从负荷预测获得的分类负荷密度值，将着色的网格转化成负荷数据。该方法所提供信息比
39、较贫乏，只能作为解析法的一种辅助手段。(一)趋势法趋势法是所有基于历史负荷数据外推负荷发展趋势的方法的总称，其含义为根据预测区域的历史峰值负荷的变化趋势，外推区域的各预测年份的峰值负荷。趋势法的优点是方法简单、直观、所需数据量少，适合于1-、,5 年的短期的城市电网规划研究。然而趋势预测方法本身有如下要求：一是小区划分的规模不能太小，以保证收集历史负荷数据的可行性和规律性；二是不能出现众多的空地；三是预测周期不能超出历史负荷的趋势年限；四是不能考虑土地使用变更时的负荷发展趋势。以上要求使得趋势法只适合于小区划分较大(实际为城市规划的功能分区)郑州人学工程硕士论文和预测周期较短的情况下，这种方法
40、显然不适合于小区划分较小，且位置信息要求具体的配电网中短期规划问题。(二)多变量法多变量法因采用多变量的预测程序而得名，它是所有利用小区的峰值负荷数据和其它相关变量外推或仿真负荷变化方法的总称。该方法采用了计量经济的建模方式，通过收集每个小区(城市规划分区)影响负荷变化的几十种相关数据的变化情况，建立相应的外推模型，同时外推这些数据的变化和小区负荷的变化，它要求的数据量可能多达六十多种。尽管多变量法在试验中预测精度较趋势法更高，但是该方法一直无法在实际中应用，这是因为该方法存在以下缺点：一是预测所需的数据量特别大；二是模型的可靠性依赖于建模者的经验和知识水平；三是E M P I R I C 模
41、型和多变量法要求数据采样的区域大小不同，数据的分解会产生很大的误差；四是模型适用性和预测时间受分区太小和控制变量数据可靠性的制约；五是缺乏对空地进行较好的负荷预测。(三)用地仿真法如何保留多变量法预测准确的优点，克服其缺点成为了众多规划人员的研究重点，这一时期，用地仿真法逐渐发展起来。用地仿真法是通过分析、预测规划年城市土地利用的特性和发展规律来预测相应的城市电力负荷的位置、数量和时间分布的方法的总称。城市的发展通常是两种方式并存：平稳发展和跳跃发展。平稳发展主要是由于经济的持续增长、人口的缓慢增长以及生活水平的不断提高等因素引起的，而跳跃式发展通常是由外部的刺激和大项目的新建所引起。建立在上
42、述框架基础上的空间负荷预测在处理城市平稳发展方式时是非常有效的，但不能有效地处理城市呈跳跃式发展的情况【16 1。1 4城市电网规划中空间负荷预测方法的研究3 1 引言3 负荷预测的应用实例一个地区的电量负荷发展水平与该地区的经济现状和发展密切相关。城市规划部门制定的城市发展规划是负荷预测的主要依据。3 2 负荷预测的方法3 2 1 负荷预测的主要依据在该市的电力负荷预测中，以该市城市总体规划及2 0 0 4 年以来的用电统计资料和国民经济统计资料为依据进行分析和测算。以下列资料为本次负荷预测的原始数据依据：(一)X 市城市总体规划(2 0 0 4 2 0 2 0)(二)X 市供电局统计资料汇
43、编(-)X 市高压网“十一五”规划(I g t)x 市中、低压城市配电网“十一五”规划3 2 2 负荷预测的方法该市的规划具有以下特点：(一)规划部门提供了相对比较详细的用地规划，从而使得负荷预测工作可以比较具体的进行，部分地区的地块性质、建筑面积、建筑物构成等信息比较详细，但也有部分地区没有详细规划。(二)规划区是在国家政策带动下，近年飞速发展的区域，城市面貌日新月异，因此很多历史数据的参考意义就有了疑问。在这种情况下像时间序列法等完全依靠历史数据进行远景情况预测的方法并不适用，必须结合其他方法综合进行。(三)对各地块的负荷分布预测有较高要求。郑州大学工程硕十论文综上所述，最终确定该市的负荷
44、预测以“小区负荷密度指标法 为主，并相应地结合其他多种预测方法来进行。针对本次该市的负荷预测，确定了2 0 0 7年为规划基准年，2 0 1 3 年为电量、负荷预测近期年，2 0 2 0 年为电量、负荷预测远期年。在本次负荷预测工作中，采用了以下的负荷预测思路：(一)根据远期城市规划方案，确定相应行业的饱和负荷密度指标，进行远期年负荷分布预测，并统计总负荷及分类负荷，计算总电量及分类电量；(二)以远期年的负荷及电量预测结果为饱和值，结合历史数据采用相应的数学模型外推，得到近期的总负荷、总电量、分类负荷及分类电量预测值；(三)结合近期分类负荷预测结果，对远景各地块负荷指标进行干预后，利用规划系统
45、自动进行负荷分布计算，根据近期发展规划对部分区域分布负荷进行干预后，得到近期负荷分布预测结果。3 3 负荷分类情况根据第二章第三节中介绍的负荷分类的原则、本次规划的特点和基础数据的提供情况，决定采取“电力部门分类法”。为了使电力部门分类与规划用地情况一致，对电力部门的八大类进行了一定的处理，使之可以适应该市的市政规划分类情况。最终把负荷分为以下五类：工业，居民生活，商饮仓储，交通邮电和其它。3 4 原始资料分析在进行负荷预测之前，首先搜集了该市负荷以及电量的历史资料，研究了其发展历程，特别是近年来的发展情况，对于用电结构进行了深入的分析，以求把握住电量及负荷发展的总体趋势和未来重点，指导负荷预
46、测工作。3 4 1 该市总电量总负荷历史数据分析该市电量负荷发展情况见表3 1。1 6城市电网规划中空间负倚预测方法的研究表3 12 0 0 4 2 0 0 7 年该市电量负荷数据统计供电量年增长率最人负荷最大负荷年最大负荷利用年份供电量(亿k W h)()(M W)增长率()小时数(h)2 0 0 41 1 6 4 6 82 7 4 6 24 2 4 l2 0 0 51 2 9 5 5 31 1 2 33 4 2 3 72 4 6 73 7 8 42 0 0 61 5 1 1 1 11 6 6 43 5 7 2 44 3 44 2 3 02 0 0 71 6 9 6 3 01 2 2 64
47、1 1 6 71 5 2 44 1 2 1年均增长率年均增长率()1 3 3 51 4 4 5()由表3 1 中数据可以看出该市用电量增长较快，供电量由2 0 0 4 年1 1 6 4 6 8 亿k W h 增至2 0 0 7 年1 6 9 6 3 亿k W h，年均增长率为1 3 3 5，最大负荷由2 0 0 4 年2 7 4 6 2 M W 增至2 0 0 7 年4 1 1 6 7 M W，年均增长率为1 4 4 5。从未来一个时期的发展趋势看，无论是推进工业化、城市化、现代化，还是加快产业结构升级、增长方式转变、生态环境建设，都会推动电力消费持续快速增长。3 4 2 该市历史分类电量分析
48、该市历史分类电量情况见表3 2。表3 22 0 0 4 2 0 0 7 年该市分类电量数据统计电量单位：万k W h平均增长率分类2 0 0 42 0 0 52 0 0 62 0 0 7()电量5 6 3 3 55 7 7 6 76 7 9 1 48 0 3 5 3工业1 2 5 7比例()4 8 3 74 4 5 94 4 9 44 7 3 7电量1 8 9 92 4 0 52 8 4 33 3 6 0交通邮电2 0 9 5比例()1 6 31 8 61 8 81 9 8电量5 6 7 96 2 3 78 3 0 38 6 1 3商饮仓储1 4 8 9比例()4 8 84 8 15 4 95
49、 0 8电量2 2 6 8 82 4 1 6 92 6 7 4 32 7 8 6 3其他7 0 9比例()1 9 4 81 8 6 61 7 7 01 6 4 3电量2 9 8 6 73 8 9 7 54 5 3 0 74 9 4 4 l居民生活1 8 2 9比例()2 5 6 43 0 0 82 9 9 82 9 1 5总电量1 1 6 4 6 81 2 9 5 5 31 5 1 1 1 11 6 9 6 3 01 3 3 51 7郑州大学T 程硕上论文从表3 2 可以看出该市分类电量增长率均较高，除其他电量增长为7 0 9 外，其余分类电量增长率均在1 0 以上。其中交通邮电增长率最高为2
50、 0 9 5，居民生活用电量增长率也达1 8 2 9。目前，工业用电量占到总用电量的5 0 左右，占主导地位。经济发展目标中指出近期加强经济结构调整力度，加强工业经济和特色产业的主导作用，可以预测今后一段时间，工业用电量仍将保持快速增长，主导地位不会发生根本性改变。3 4 3 负荷特性分析通过表3 1 可以看到，2 0 0 4 年到2 0 0 7 年，该市电网最大负荷利用小时数始终在4 0 0 0 小时左右的低水平，这主要是由经济结构决定的。该市第三产业在整个国民经济中占有较大比重，第三产业和居民生活用电的负荷特性决定了最大负荷利用小时数的水平。根据该市未来经济发展定位继续加强工业经济的主导作