肖 欣，周渝慧，張 寧，韓新陽，薛萬磊，尹 立，唐 鑫

（1.北京交通大學(xué) 電氣工程學(xué)院，北京 100044；2.國網(wǎng)能源研究院，北京 102209；3.國網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，山東 濟(jì)南 250021）

0 引言

城市電力飽和負(fù)荷是近年來能源（電力負(fù)荷）預(yù)測和電網(wǎng)規(guī)劃中提出的新概念。能源預(yù)測是電力系統(tǒng)規(guī)劃、計(jì)劃、用電、調(diào)度等部門的基礎(chǔ)工作，眾多學(xué)者進(jìn)行了負(fù)荷預(yù)測的研究[1]。城市電力負(fù)荷的變化與城市定位、經(jīng)濟(jì)水平、土地規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)布局等密切相關(guān)，城市電網(wǎng)規(guī)劃應(yīng)該摸準(zhǔn)電力負(fù)荷發(fā)展的“天花板”，為電源、輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)的遠(yuǎn)期規(guī)劃提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，避免重復(fù)建設(shè)和資源浪費(fèi)。

電力負(fù)荷預(yù)測應(yīng)充分考慮由于土地等外部資源約束而出現(xiàn)的電力負(fù)荷飽和狀態(tài)，并加強(qiáng)對中長期/遠(yuǎn)景規(guī)劃的詳細(xì)分析和廣泛論證[2]。然而，由于部分電力規(guī)劃設(shè)計(jì)期較短，未能與城市規(guī)劃一并確立法定地位，導(dǎo)致電源、變電站、輸電網(wǎng)等規(guī)劃項(xiàng)目常常因?yàn)槌鞘芯用穹磳Χ霈F(xiàn)落地困難窘境，或因城市功能定位、產(chǎn)業(yè)布局等發(fā)生變化而被迫進(jìn)行較大的調(diào)整，造成配電線路頻繁切改、輸電走廊荒廢，非常不利于城市電網(wǎng)和城市市政建設(shè)的長遠(yuǎn)健康發(fā)展。

研究城市電力飽和負(fù)荷、確定城市電力發(fā)展最終形態(tài)和規(guī)模，具有兩方面重要意義：一是以城市電力飽和負(fù)荷分析結(jié)論作為城市電力中長期/遠(yuǎn)景規(guī)劃的重要約束條件，進(jìn)而借助城市用地規(guī)劃為未來電力建設(shè)預(yù)留足夠空間；二是以中長期/遠(yuǎn)景規(guī)劃指導(dǎo)近期電網(wǎng)建設(shè)，減少因電力線路頻繁改擴(kuò)建而導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行費(fèi)用增加、城市市容市貌破壞，促進(jìn)電力與城市協(xié)調(diào)發(fā)展。

1 飽和負(fù)荷

1.1 城市電力負(fù)荷的特點(diǎn)

大規(guī)模經(jīng)濟(jì)建設(shè)初期，城市的用電量和電力負(fù)荷在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的帶動下較快地增長。但當(dāng)城市的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展到一定階段后，高耗能工業(yè)將逐步達(dá)到產(chǎn)量峰值并保持穩(wěn)定[3]，經(jīng)濟(jì)發(fā)展態(tài)勢收縮、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、能源利用效率、人口和資源環(huán)境約束、能源消費(fèi)總量控制、高能耗產(chǎn)業(yè)淘汰、技術(shù)升級和轉(zhuǎn)移等多方面的因素將影響經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速增長，城市的電力負(fù)荷增長速度也將放緩甚至停止，呈現(xiàn)一種飽和狀態(tài)。由于用電量與GDP呈正相關(guān)，可以根據(jù)人均用電量來判斷經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段[4]。通過研究發(fā)現(xiàn)，法、德、意、日、英、美等發(fā)達(dá)國家在進(jìn)入發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)階段后，人均用電量和人均生活用電量增速減緩，甚至出現(xiàn)負(fù)增長，呈現(xiàn)用電飽和的狀態(tài)。從一個(gè)小的區(qū)域來看，如果其規(guī)劃建設(shè)用地性質(zhì)已經(jīng)確定，在城市規(guī)劃得以逐步實(shí)施、地區(qū)充分發(fā)展后，負(fù)荷將隨著用地的開發(fā)利用逐步趨于飽和，即負(fù)荷的變化規(guī)律呈現(xiàn)為“S”形曲線，如圖1所示。由于區(qū)域中供電設(shè)備的容量有限，而且可用的土地面積也有限，故所研究區(qū)域的面積越小，“S”形曲線的特征越明顯[5-6]。

圖1 電力負(fù)荷“S”形曲線增長趨勢Fig.1 S-curve of power load increase

“S”形曲線分為3個(gè)階段：平伏增長區(qū)、快速增長區(qū)和飽和區(qū)，分別表示負(fù)荷緩慢增長、快速增長以及負(fù)荷趨于飽和。通常使用邏輯斯蒂（Logistic）模型來擬合“S”形曲線[7-8]：

其中，t為研究時(shí)間；xt為電力負(fù)荷值；a、b、c 為常數(shù)。

1.2 定義和判據(jù)

1.2.1 飽和負(fù)荷定義

區(qū)域充分發(fā)展后電力負(fù)荷將穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)波動，這就是該區(qū)域的飽和負(fù)荷[9]。飽和負(fù)荷分析不僅要預(yù)測飽和負(fù)荷的規(guī)模，還要分析其出現(xiàn)的時(shí)間和空間分布。影響電力飽和負(fù)荷的自然因素主要有地形、氣候、地理位置；社會因素主要包括人口流動、交通條件和政治因素[10]。

1.2.2 負(fù)荷飽和判據(jù)

參考發(fā)達(dá)國家不同發(fā)展階段經(jīng)濟(jì)和電力需求之間的關(guān)系，一個(gè)城市的電力負(fù)荷水平達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，該城市的電力負(fù)荷增長或經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展應(yīng)具有以下特征[11-12]。

a.城市電力負(fù)荷連續(xù)5年年增長率不超過4%。隨著經(jīng)濟(jì)增速降至臨界點(diǎn)后趨于穩(wěn)定，城市電力負(fù)荷同比不出現(xiàn)明顯變化，此時(shí)的電力需求主要以各產(chǎn)業(yè)重復(fù)再生產(chǎn)耗電和居民生活用電為主。

b.城市經(jīng)濟(jì)增長速度緩慢或者基本不增長，城市化進(jìn)程達(dá)到理想狀態(tài)。城市化理論認(rèn)為，各個(gè)地區(qū)城市化水平存在極限點(diǎn)[13]。城市用電水平也將隨著城市規(guī)模趨于穩(wěn)定而表現(xiàn)出平穩(wěn)發(fā)展態(tài)勢。

c.城市土地性質(zhì)變更較少，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定。土地性質(zhì)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)是影響電力負(fù)荷的重要因素。如果一個(gè)城市的遠(yuǎn)景規(guī)劃、土地用途（性質(zhì)）變更比較少，或者從低負(fù)荷密度向高負(fù)荷密度轉(zhuǎn)變的土地比較少，則可認(rèn)為該地區(qū)已進(jìn)入飽和階段。

1.3 與傳統(tǒng)電力負(fù)荷預(yù)測的關(guān)系

根據(jù)IEEE PES電力規(guī)劃與實(shí)施專業(yè)委員會（PSPI）的框架[14]，電力負(fù)荷預(yù)測與電力飽和負(fù)荷分析均屬于能源預(yù)測框架下的同一分支，預(yù)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、輸入、輸出、模型均有類似。

電力負(fù)荷預(yù)測定義[15]為在充分考慮重要自然和社會影響、系統(tǒng)運(yùn)行特性等條件下，研究或利用一套系統(tǒng)地處理過去與未來負(fù)荷的數(shù)學(xué)方法，在一定精度內(nèi)確定未來某特定時(shí)刻的負(fù)荷數(shù)值；一般分為長期（≥10 a）、中期（≈5 a）、短期（≥1 d 且≤1 a）和超短期（≤1 h）4種。在時(shí)間期限上，飽和負(fù)荷應(yīng)屬于遠(yuǎn)期（超長期）的能源預(yù)測。文獻(xiàn)[16]在電力系統(tǒng)中長期負(fù)荷預(yù)測軟件的開發(fā)中，已經(jīng)考慮到并增加了飽和負(fù)荷預(yù)測的功能。

但是，傳統(tǒng)、有效的中長期負(fù)荷預(yù)測方法，如灰色系統(tǒng)，在負(fù)荷按照“S”形曲線增長或增長處于飽和階段時(shí)誤差較大，預(yù)測精度不能滿足實(shí)際要求[17]。同時(shí)，飽和負(fù)荷分析與遠(yuǎn)期能源預(yù)測又存在不同：遠(yuǎn)期能源預(yù)測通?？紤]某區(qū)域內(nèi)一個(gè)給定的目標(biāo)年度的電力負(fù)荷水平，一般基于歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)測；而飽和負(fù)荷分析是考慮某區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會充分發(fā)展后的電力負(fù)荷水平及其出現(xiàn)年份和分布，一般基于區(qū)域規(guī)劃、發(fā)展定位等因素，并結(jié)合分析者的能源預(yù)測經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析后得出，往往還需參考其他發(fā)達(dá)地區(qū)在不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段的經(jīng)驗(yàn)值[9]。

2 城市電力飽和負(fù)荷分析技術(shù)

2.1 概述

根據(jù)分析對象不同，城市電力飽和負(fù)荷分析可分為飽和負(fù)荷規(guī)模分析、飽和負(fù)荷時(shí)間分析和飽和負(fù)荷空間分析3類。其中，規(guī)模分析對象為城市電力負(fù)荷達(dá)到飽和時(shí)的用電量（kW·h）和最大用電負(fù)荷（kW）；時(shí)間分析對象為負(fù)荷達(dá)到飽和階段的具體年度或置信區(qū)間；空間分析對象為飽和階段電力負(fù)荷在城市內(nèi)的空間位置分布情況，以便更好地布局電源點(diǎn)及線路走廊。

根據(jù)分析機(jī)理不同，可分為經(jīng)濟(jì)參數(shù)模型法和負(fù)荷趨勢模型法兩大類。其中，經(jīng)濟(jì)參數(shù)模型法是根據(jù)電力負(fù)荷和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系，通過經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、市政建設(shè)、人口、居民生活水平等方面的參數(shù)分析，對飽和負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測，傳統(tǒng)方法有單耗法、電力消費(fèi)彈性系數(shù)法等。經(jīng)濟(jì)參數(shù)模型法又可分為宏觀分析方法和微觀分析方法2類[18]：宏觀方法側(cè)重于總量分析，用于用電量、用電負(fù)荷和飽和時(shí)間的分析預(yù)測；微觀方法側(cè)重于負(fù)荷的空間分布。在進(jìn)行飽和負(fù)荷分析時(shí)，應(yīng)運(yùn)用宏觀分析方法進(jìn)行總量控制，運(yùn)用微觀分析方法進(jìn)行修正調(diào)整，形成飽和負(fù)荷分析的閉環(huán)工作流程。負(fù)荷趨勢模型法是依據(jù)負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)，探求負(fù)荷發(fā)展變化規(guī)律，提煉計(jì)量模型，按照變化規(guī)律分析電力負(fù)荷的發(fā)展和飽和情況[19]。

2.2 經(jīng)濟(jì)參數(shù)模型法

2.2.1 宏觀分析類

a.人均用電量法[2，20-21]。

在對飽和階段人口容量進(jìn)行分析和預(yù)測的基礎(chǔ)上，參照經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家和地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和電量增長規(guī)律，研究得出本地區(qū)電力需求增長表現(xiàn)飽和態(tài)勢時(shí)的人均用電量和負(fù)荷特性指標(biāo)，并據(jù)此推算飽和負(fù)荷的大小，其計(jì)算式為：

其中，PL，s為城市飽和負(fù)荷大??；Bmax為城市規(guī)劃最大人口容量；We為人均用電量；T為最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)，根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市經(jīng)驗(yàn)值取值。

b.負(fù)荷密度法[12，22]。

通過參照經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家和地區(qū)主要功能區(qū)的負(fù)荷密度情況，分析得出本地區(qū)電力需求增長表現(xiàn)飽和態(tài)勢時(shí)的飽和負(fù)荷密度，在此基礎(chǔ)上結(jié)合城市土地規(guī)劃推算出飽和負(fù)荷的大小，其計(jì)算式為：

其中，D為城市飽和負(fù)荷密度，根據(jù)國內(nèi)外同類型城市發(fā)展情況并結(jié)合城市功能定位、產(chǎn)業(yè)分布、資源條件、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等綜合比較后取值；S為城市規(guī)劃建設(shè)用地面積，根據(jù)城市總體規(guī)劃取值；ΔP為預(yù)測修正量，指城市非建設(shè)用地（如綠地、水域）內(nèi)的電力負(fù)荷。

c.系統(tǒng)動力與計(jì)量經(jīng)濟(jì)組合模型[23-27]。

飽和負(fù)荷受政治、經(jīng)濟(jì)、人口、環(huán)境等多方面影響，單一的預(yù)測方法很難提高預(yù)測的精度。系統(tǒng)動力學(xué)以定性分析為先導(dǎo)、定量分析為支持，從系統(tǒng)內(nèi)部的機(jī)制、微觀結(jié)構(gòu)入手來分析研究系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)與其動態(tài)行為的關(guān)系；而計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)是定量分析研究具有隨機(jī)性特性的經(jīng)濟(jì)變量關(guān)系的有效手段。系統(tǒng)動力與計(jì)量經(jīng)濟(jì)組合模型是首先基于計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)找出電力需求的主要影響因素，在此基礎(chǔ)上建立電力需求與其影響因子的計(jì)量方程，然后建立考慮各方面影響的系統(tǒng)動力學(xué)電力需求預(yù)測模型，最后將人口、經(jīng)濟(jì)、電力需求的子系統(tǒng)方程代入系統(tǒng)動力學(xué)模型，綜合電力經(jīng)濟(jì)關(guān)系計(jì)量經(jīng)濟(jì)模型與電力負(fù)荷系統(tǒng)動力模型進(jìn)行飽和分析。組合模型為：

其中，LECE為基于電力經(jīng)濟(jì)計(jì)量關(guān)系的負(fù)荷值；LECS為基于電力系統(tǒng)動力模擬的負(fù)荷值；ω1、ω2分別為2種值的權(quán)重，通過專家打分或誤差分析得到。

2.2.2 微觀分析類

a.空間負(fù)荷法（用地仿真法）[11，28-30]。

根據(jù)城市總體規(guī)劃中的用地性質(zhì)把每個(gè)規(guī)劃區(qū)分為若干個(gè)地塊，每種用地的負(fù)荷密度根據(jù)“城中心取高值，城郊結(jié)合區(qū)取中值，郊區(qū)取低值”的原則[31]，參照經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家和地區(qū)主要功能區(qū)的負(fù)荷密度情況，對所處不同區(qū)域的同種用地性質(zhì)地塊取不同的負(fù)荷密度值，可以得出規(guī)劃區(qū)各個(gè)地塊的遠(yuǎn)期負(fù)荷預(yù)測值，將同一規(guī)劃區(qū)內(nèi)各個(gè)地塊負(fù)荷預(yù)測值相加，即可得出規(guī)劃區(qū)內(nèi)飽和年負(fù)荷預(yù)測值。其計(jì)算式為：

其中，δm為負(fù)荷同時(shí)率系數(shù)；Dm，s為第m個(gè)地塊的飽和負(fù)荷密度；Sm為第m個(gè)地塊的規(guī)劃用地面積；Vm為第m個(gè)地塊規(guī)劃的建筑容積率；M為地塊數(shù)。

b.輻射效應(yīng)法[32]。

各地塊負(fù)荷密度之間存在輻射作用，一些負(fù)荷密度很高的地塊會對周邊區(qū)域的負(fù)荷密度有比較明顯的拉抬作用；同樣，負(fù)荷密度比較低的地塊，也會延緩周邊區(qū)域負(fù)荷的增長。輻射作用的本質(zhì)含義是，負(fù)荷密度下降或上升的梯度（或方向?qū)?shù)）的模不會過大。負(fù)荷密度是標(biāo)量，負(fù)荷密度的輻射作用類似于其他標(biāo)量場，因此，可將負(fù)荷密度的空間分布視為二維標(biāo)量場。確定負(fù)荷密度標(biāo)量場，需首先確定邊界條件，再確定標(biāo)量場中心點(diǎn)及其負(fù)荷密度，以及梯度函數(shù)Δu，且有：

其中，u為負(fù)荷密度函數(shù)；x、y為橫、縱坐標(biāo)變量。

式（6）要求標(biāo)量場各方向勢的變化是連續(xù)的。而各中心點(diǎn)之間的距離相對較遠(yuǎn)，中間有其他中區(qū)間隔，不能用式（6）計(jì)算?？紤]中心點(diǎn)間輻射效應(yīng)，要求各地塊的負(fù)荷密度與其相鄰地塊平均負(fù)荷密度的偏差控制在一定范圍內(nèi)，即：

其中，Dm為第m個(gè)地塊負(fù)荷密度；為與第m個(gè)地塊相鄰各地塊的平均負(fù)荷密度；r為波動比例。

通過上述方法，可以同時(shí)考慮主中心點(diǎn)與其他中心點(diǎn)之間的輻射效應(yīng)，也可以考慮各個(gè)中心點(diǎn)相互之間的輻射效應(yīng)。

c.蟻群元胞自動機(jī)模型[33-34]。

該方法的核心是對各類土地元胞轉(zhuǎn)換規(guī)則的深入挖掘。影響城市土地性質(zhì)轉(zhuǎn)變的因素相當(dāng)于蟻群理論中的信息索，信息素作用于土地元胞的轉(zhuǎn)移，從而計(jì)算得到城市用地性質(zhì)轉(zhuǎn)變的概率；再通過研究各類土地性質(zhì)下的負(fù)荷密度變化規(guī)律，預(yù)測城市未來電力負(fù)荷；并通過“S”形曲線來判斷達(dá)到飽和狀態(tài)的時(shí)機(jī)。其模型為：

其中，L（t）為 t時(shí)刻的城市用電負(fù)荷；Cg（t）為 t時(shí)刻第g種類型土地的面積；φg（t）為t時(shí)刻第 g種類型土地的負(fù)荷密度，對于每一個(gè)元胞，其密度可以看成是相同的；δ（t）為t時(shí)刻各種負(fù)荷的同時(shí)率；G為城市土地類型數(shù)。

2.3 負(fù)荷趨勢模型法

a.邏輯斯蒂曲線擬合[8，30，35]。

邏輯斯蒂曲線是生長曲線模型的一種。生長曲線的特點(diǎn)是開始增長較為緩慢，以后在某一段時(shí)間內(nèi)增長速度較快，當(dāng)達(dá)到某一極限之后，生長速度又趨緩慢，這一特點(diǎn)與電力負(fù)荷的增長規(guī)律有共同之處，將邏輯斯蒂曲線應(yīng)用于飽和負(fù)荷預(yù)測是一種合適的方法。邏輯斯蒂曲線方程變形后可得到y(tǒng)=PL，s（1+ae-bx），PL，s即為飽和值。 擬合邏輯斯蒂曲線可采用四點(diǎn)法，即根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)的4個(gè)特殊數(shù)據(jù)點(diǎn)來估計(jì)飽和值。其基本計(jì)算方法為：

（x1，N1）、（x2，N2）、（x3，N3）、（x4，N4）為已知實(shí)測數(shù)據(jù)，并且（x1，N1）、（x4，N4）為實(shí)測數(shù)據(jù)的首尾 2 點(diǎn)，（x2，N2）、（x3，N3）為中間 2 點(diǎn)，并滿足 x1+x4=x2+x3。

為確保所得到飽和值的準(zhǔn)確度，要求所選取的4個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)具有一定的特殊性。根據(jù)取樣法的要求，統(tǒng)計(jì)歷史年的數(shù)據(jù)條數(shù)，確保其為4的倍數(shù)，然后從當(dāng)年開始倒推。選取相同間隔的4個(gè)數(shù)據(jù)作為計(jì)算飽和值的點(diǎn)，且給定的歷史年負(fù)荷數(shù)據(jù)越多（即所擬合的“S”形曲線上的已知點(diǎn)給得越多），利用該方法求得的飽和值越準(zhǔn)確。

b.灰色 Verhulst模型[16，36]。

傳統(tǒng)的灰色GM（1，1）模型比較適用于具有較強(qiáng)指數(shù)規(guī)律的負(fù)荷序列，描述單調(diào)的變化過程。而當(dāng)負(fù)荷按照“S”形曲線進(jìn)行增長或增長處于飽和階段時(shí)，若采用該灰色模型則預(yù)測誤差較大，預(yù)測精度不滿足實(shí)際要求，為此將灰色Verhulst模型引入到負(fù)荷預(yù)測中來，很好地解決了該問題，同時(shí)保留了灰色預(yù)測方法的優(yōu)勢和特點(diǎn)。首先由原始樣本數(shù)據(jù)序列x（0）分別求得一階累加（1-AGO）的新數(shù)據(jù)序列 x（1）以及緊鄰均值生成序列z（1），然后建立灰色Verhulst模型的白化微分方程為：

其中，α、β為參數(shù)項(xiàng)，其最小二乘估計(jì)為：

取 x（1）（0）=x（0）（0），求解微分方程（10）可得灰色Verhulst模型的事件響應(yīng)式為：

其中，k=0，1，…。

對式（12）做一階累減還原（1-IAGO），得到原始序列x（0）的灰色Verhulst預(yù)測模型為：

在實(shí)際分析當(dāng)中，常遇到原始序列x（0）本身成S行的過程，這樣可取原始序列為x（1），其1-AGO新序列為 x（0），建立 Verhulst模型直接對 x（1）進(jìn)行模擬。

c.非線性回歸校正模型。

非線性回歸模型是中長期負(fù)荷預(yù)測的一種有效的方法，對常規(guī)變化趨勢的負(fù)荷有很好的擬合性，具有直觀性強(qiáng)、計(jì)算簡單、可檢驗(yàn)等優(yōu)點(diǎn)，但其對增長處于飽和階段的負(fù)荷預(yù)測誤差較大。通過對非線性回歸模型進(jìn)行校正可以很好地解決這個(gè)問題。該模型的推導(dǎo)、構(gòu)建流程及應(yīng)用詳見文獻(xiàn)[37]。

3 主要應(yīng)用

城市電力規(guī)劃作為城市總體規(guī)劃的組成部分，應(yīng)合理安排城市電網(wǎng)電源，確定城市電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，布置規(guī)劃區(qū)內(nèi)電力設(shè)施建設(shè)用地位置、規(guī)模和形式，及各級高壓線路走廊寬度、方位、地下電力管線的位置和走向，預(yù)留電力設(shè)施用地，以滿足城市總體規(guī)劃[38]?；陲柡拓?fù)荷分析的城市電網(wǎng)規(guī)劃、電源布局、網(wǎng)源協(xié)調(diào)、網(wǎng)架優(yōu)化已逐漸得到重視和應(yīng)用。

文獻(xiàn)[2]以濟(jì)南電力飽和負(fù)荷預(yù)測結(jié)果為基礎(chǔ)，通過對煤炭資源、水資源和環(huán)保等條件約束下本地電廠最大允許裝機(jī)容量和和機(jī)組最大可供出力的分析，給出了飽和負(fù)荷階段濟(jì)南市110 kV及以上電網(wǎng)的變電容量需求及其布局。文獻(xiàn)[7]以蘇州工業(yè)園區(qū)為例建立了以飽和負(fù)荷及目標(biāo)網(wǎng)架指導(dǎo)電網(wǎng)中短期規(guī)劃、建設(shè)的思路，將飽和負(fù)荷分析方法應(yīng)用到其空間負(fù)荷預(yù)測中，取得了較好效果。文獻(xiàn)[9]針對北京燕山石化電網(wǎng)飽和負(fù)荷分析結(jié)論與負(fù)荷分布進(jìn)行電力電量平衡，提出了大型工業(yè)區(qū)高壓配電網(wǎng)建設(shè)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。文獻(xiàn)[31]設(shè)計(jì)了一種具有“遠(yuǎn)見性”的電網(wǎng)規(guī)劃方法，即先制定飽和年（未來30 a或更多）電網(wǎng)網(wǎng)架，再參照此網(wǎng)架和近景年（未來5 a）負(fù)荷預(yù)測值制定近景年電網(wǎng)網(wǎng)架，彌補(bǔ)了常規(guī)電網(wǎng)規(guī)劃方法“眼光短淺”的不足，尤其適合新開發(fā)區(qū)的電網(wǎng)規(guī)劃，并結(jié)合安徽定遠(yuǎn)電網(wǎng)規(guī)劃展示其具體實(shí)現(xiàn)過程。文獻(xiàn)[39]對飽和負(fù)荷下的輸電網(wǎng)規(guī)劃進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)了一種基于風(fēng)險(xiǎn)度評估的方法，把影響電網(wǎng)規(guī)劃的多種離散不確定性因素轉(zhuǎn)變?yōu)楦鱾€(gè)多場景區(qū)間，利用多場景規(guī)劃技術(shù)處理飽和負(fù)荷階段輸電網(wǎng)規(guī)劃所面臨的不確定因素。文獻(xiàn)[40]采用空間負(fù)荷預(yù)測方法對泰安城區(qū)飽和負(fù)荷進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上研究了變電站布點(diǎn)、接線方式和目標(biāo)網(wǎng)架模型。文獻(xiàn)[41]通過對濟(jì)南市不同用地性質(zhì)的分析，確定了飽和負(fù)荷在時(shí)間和空間上的具體分布情況，進(jìn)而指導(dǎo)電源規(guī)劃、站址規(guī)劃、走廊規(guī)劃等。

國內(nèi)部分科研院所和電力公司在科研和規(guī)劃專項(xiàng)中對飽和負(fù)荷分析進(jìn)行了探索和應(yīng)用。國網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院在《輸配電壓序列優(yōu)化研究》[42]中對中國主要電網(wǎng)遠(yuǎn)景年負(fù)荷的規(guī)模進(jìn)行預(yù)測，并結(jié)合城市化進(jìn)程和社會主義新農(nóng)村建設(shè)，從多個(gè)角度分析預(yù)測各類典型地區(qū)飽和負(fù)荷密度的范圍，并以此為據(jù)對重慶電網(wǎng)進(jìn)行了輸配電壓序列優(yōu)化[43]。河北省電力研究院在《河北南網(wǎng)遠(yuǎn)景500千伏目標(biāo)網(wǎng)架研究》[44]中以飽和負(fù)荷密度分析與飽和負(fù)荷需求預(yù)測結(jié)果為基礎(chǔ)，進(jìn)行了變電總?cè)萘啃枨鬁y算，制定了2015年、2020年、2030年及2030年以后的500kV及以上電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)。江蘇省電力公司南京供電公司在《南京主城飽和負(fù)荷研究暨電網(wǎng)專項(xiàng)規(guī)劃研究》[45]中形成城市規(guī)劃和電網(wǎng)規(guī)劃“閉環(huán)協(xié)調(diào)雙向負(fù)責(zé)”機(jī)制，提高了城市建設(shè)對規(guī)劃變電站站址及電力通道的預(yù)控能力，為解決城市發(fā)展核心區(qū)電力設(shè)施落實(shí)困難的突出問題提供有效途徑。

4 結(jié)論與展望

分析城市電力飽和負(fù)荷，可以推知在當(dāng)前城市總體規(guī)劃的情景下該城市電網(wǎng)將達(dá)到的最大規(guī)模，并推算城市內(nèi)不同地區(qū)電網(wǎng)發(fā)展的最終形態(tài)。以最終形態(tài)為目標(biāo)來指導(dǎo)近期電網(wǎng)建設(shè)，可以避免今后不必要的電網(wǎng)改擴(kuò)建工程，提高城市電網(wǎng)建設(shè)和維護(hù)資金的效用，增強(qiáng)電網(wǎng)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展能力，促進(jìn)城市電網(wǎng)與城市經(jīng)濟(jì)社會的協(xié)調(diào)發(fā)展。未來的城市電力規(guī)劃應(yīng)充分考慮電力飽和負(fù)荷分析結(jié)論，注重電網(wǎng)與電源協(xié)調(diào)、輸電網(wǎng)與配電網(wǎng)協(xié)調(diào)、新技術(shù)新設(shè)備應(yīng)用等，規(guī)劃出滿足現(xiàn)代社會需求、適應(yīng)科學(xué)發(fā)展的城市電力發(fā)展規(guī)劃方案。

未來的飽和負(fù)荷研究工作中，應(yīng)注重以下幾點(diǎn)：

a.應(yīng)注重與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的緊密聯(lián)系，著力研究經(jīng)濟(jì)趨于飽和階段的經(jīng)濟(jì)總量、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、人口變化、消費(fèi)需求、技術(shù)進(jìn)步、功能定位、基礎(chǔ)設(shè)施、公共服務(wù)等方面的指標(biāo)體系和量化特征，構(gòu)建工業(yè)化、城鎮(zhèn)化、國際化進(jìn)程與電力需求增長之間的定量關(guān)系；

b.應(yīng)注重進(jìn)一步研究電力負(fù)荷飽和的科學(xué)判據(jù)，并結(jié)合地理信息系統(tǒng)、衛(wèi)星遙感成像等技術(shù)對重點(diǎn)城市空間飽和負(fù)荷分布進(jìn)行研究；

c.應(yīng)注重組合模型在飽和分析中的應(yīng)用，研究組合模型的權(quán)重、精度，提高分析的科學(xué)性和可行性；

d.應(yīng)注重研究智能電網(wǎng)背景下，未來需求側(cè)資源參與互動以及分布式電源、電動汽車、儲能技術(shù)、節(jié)能技術(shù)對飽和負(fù)荷水平的深刻影響。