CN104217281A - 一种面向城市组团规划的电网规划方法 - Google Patents

Abstract

一种面向城市组团规划的电网规划方法。其包括组团基本数据收集、组团类比匹配、负荷预测、分层分区规划等步骤。本方法提供的面向城市组团规划的电网规划方法，突破传统分区规划不适用于特定地域规划的缺陷，根据地区经济发展状况，结合组团的功能差异性和城市规划的层次性，提出了电网的组团式规划思路及方法，通过类比组团的地域因素、经济状况、土地配置与负荷密度等属性选取相似组团，能够简化规划计算的维度，适用于负荷快速增长的城市电网的建设规划。

Description

一种面向城市组团规划的电网规划方法

技术领域

本发明属于城市配电网规划与优化技术领域，特别是涉及一种面向城市组团规划的电网规划方法。

背景技术

城市组团式发展规划方法是以城市各区域的功能性划分，以多样化的产业和基础设施为依托，形成多中心的组团式结构网络，各组团相互独立，各自有明确的发展定位，彼此又互相联系，以彰显出带有整体性的城市特色；但目前尚未发现面向城市组团规划的电网规划方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种面向城市组团规划的电网规划方法。

为了达到上述目的，本发明提供的面向城市组团规划的电网规划方法包括按顺序执行的下列步骤：

步骤1)组团基本数据收集：以组团为评价单位，从政府部门及电力公司相关部门的组团资料库中收集组团的基本数据，得到组团属性表；

步骤2)组团类比匹配：根据待评价组团的基本数据，与组团资料库中的组团进行类比，选出相似度最高的若干个组团作为匹配项加以参考；

步骤3)负荷预测：针对组团的功能定位，应用负荷密度法进行针对目标组团的差异化负荷预测，并通过已有的功能类似组团的负荷预测结果进行校验；

步骤4)分层分区规划：依据分层分区的电网规划思路，以组团为单位，进行各组团间或组团内部的变电站以及线路规划，并通过已有的功能类似组团的变电站及线路规划结果进行校验。

在步骤1)中，所述的组团的基本数据为：地域因素、经济状况、功能规划、土地配置与负荷密度数据。

在步骤2)中，所述的组团类比匹配的方法包括下列步骤：

步骤2.1)相似组团选取：根据待评价组团的功能定位，在组团资料库中，选取出功能定位相似的若干组团，作为相似度计算的备选组团，所述的组团资料库中存储有国内各组团的基本数据和电网规划基础数据；

步骤2.2)属性无量纲化处理：对包括待评价组团和备选组团在内的每个组团分别进行各属性无量纲化处理；处理方法包括线性函数归一和计算占比，其中线性函数归一利用公式(1)进行：

$u_{\mathrm{ik}}=\frac{a_{\mathrm{ik}}-\mathrm{Min}(a_{1k},a_{2k},...a_{\mathrm{mk}})}{\mathrm{Max}(a_{1k},a_{2k},...a_{\mathrm{mk}})-\mathrm{Min}(a_{1k},a_{2k},...a_{\mathrm{mk}})}---\left(1\right)$

式中，u_ik是无量纲化处理后的组团i属性k，

a_ik是无量纲化处理前的组团i属性k，

Max(a_1k,a_2k,…a_mk)和Min(a_1k,a_2k,…a_mk)分别是无量纲化处理前的m个组团的属性k中的最大值和最小值，m个组团中包括1个待评价组团和m-1个备选组团；

所述计算占比的方法为按公式(2)进行无量纲化的方法，

$u_{\mathrm{ik}}=\frac{a_{\mathrm{ik}}}{\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{\mathrm{ik}}}---\left(2\right)$

式中，u_ik是无量纲化处理后的组团i属性k，

a_ik是无量纲化处理前的组团i属性k，

p是土地配置类属性的个数；

步骤2.3)相似度计算：逐一计算各备选组团与待评价组团的相似度，公式为：

$r_i=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^n{u}_{0k}\·u_{\mathrm{ik}}}{\sqrt{{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^n{u^2}_{0k}\·{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^n{u^2}_{\mathrm{ik}}}}---\left(3\right)$

式中，r_i为备选组团i与待评价组团的相似度，

n为属性总数，

u_ik为备选组团i的第k个属性值，

u_0k为待评价组团的第k个属性值；

步骤2.4)制定相似组团列表：根据各备选组团与待评价组团的相似度，对备选组团按相似度降序排序。

在步骤3)中，所述的负荷预测方法包括下列步骤：

步骤3.1)饱和负荷密度指标求取：根据规划区详细控制规划，参考各行业负荷密度指标调查结果，确定饱和负荷密度指标；

步骤3.2)远景年负荷预测：根据调查各行业负荷指标的选取结果，进行负荷分布预测，并统计总负荷及分类负荷，得到规划区远景年负荷预测结果；

步骤3.3)远景年预测结果校对:对负荷预测结果采用人均综合电量、人均生活电量两项指标进行校核，确定远景年负荷预测结果是否能够满足规划区负荷发展需求；

步骤3.4)近期负荷密度指标求取：结合远景年负荷预测结果，根据规划区近期招商、开发建设进度安排情况，充分考虑近期负荷需求，对远景各地块负荷指标进行干预，得到近期各行业负荷密度指标；

步骤3.5)近期负荷预测：利用规划系统自动进行负荷分布计算，并统计总负荷及分类负荷，得到规划区近期负荷分布预测结果；

步骤3.6)近期负荷预测结果调整：结合近期负荷预测结果，对近期规划区内的报装用户进行调查，得到详细的报装数据结果，结合每年用户报装情况，得到近期逐年负荷预测结果。

在步骤4)中，所述的分层分区规划的方法为：

综合考虑城市的经济发展状况、基础设施的布局情况、各区域功能协调因素，按照分层分区布局的思路对组团规划的城市进行电网规划；

第一层电网，组团之间的联系电网；建立中心组团之间、以及中心组团与其他组团之间的联系电网，互相配合，互为备用；加强组团之间的双向互动联络，当负荷分配不平衡，中心组团超负荷时，通过组团联络线将负荷转移至其他城镇，达到由中心组团带动周边其他组团实现经济发展的目标；

第二层电网，组团内部的220kV输电网；220kV电网实现分区分片运行，各分区之间保持一定的电气联系，各分区内维持双环网、双链供电；

第三层电网，组团内部的110kV配电网；取决于城市化程度以及产业结构，以220kV变电站为中心，110kV电网实现链式供电模式，正常方式下开环运行，事故情况下具备转移负荷的能力；在中压电网网架完善，转移负荷能力强的区域，进一步简化110kV电网接线。

本发明提供的面向城市组团规划的电网规划方法,针对不同产业集聚区主体功能的电力需求，制定具有针对性的规划方案，各个组团电网根据产业结构及功能定位，独立规划，实现了电能电量的就地平衡；并加强各组团之间的联络，实现负荷的合理分配和协调互补，又通过组团联络线相互联系，等效地降低了城中心组团的负荷密度，减轻其输电压力。

本方法的有益效果：

本发明提出的基于城市组团规划的配电网规划，突破传统分区规划不适用于特定地域规划的缺陷，根据地区经济发展状况，结合组团的功能差异性和城市规划的层次性，提出了电网的组团式规划思路及方法，这种方法能够简化规划计算的维度，降低中心城区的负荷压力，适用于负荷快速增长的城市电网的建设规划。

附图说明

图1为本发明提供的面向城市组团规划的电网规划方法的实施流程图；

图2为负荷预测流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的面向城市组团规划的电网规划方法进行详细说明。

本发明提出了一种面向城市组团规划的电网规划方法，以郑州城市规划“六城十组团”中的宜居教育城为例，基于城市的组团发展规划进行配电网规划的研究。其实施流程图如图1所示，详细说明如下：

如图1所示，本发明提供的面向城市组团规划的电网规划方法包括按顺序执行的下列步骤：

步骤1)组团基本数据收集：以组团为评价单位，从政府部门及电力公司相关部门的组团资料库中收集组团的基本数据，包括地域因素、经济状况、功能规划、土地配置与负荷密度数据，得到组团属性表；

步骤2)组团类比匹配：根据待评价组团的基本数据，与组团资料库中的组团进行类比，选出相似度最高的若干个组团作为匹配项加以参考；

步骤3)负荷预测：针对组团的功能定位，应用负荷密度法进行针对目标组团的差异化负荷预测，并通过已有的功能类似组团的负荷预测结果进行校验；

步骤4)分层分区规划：依据分层分区的电网规划思路，以组团为单位，进行各组团间或组团内部的变电站以及线路规划，并通过已有的功能类似组团的变电站及线路规划结果进行校验。

在步骤1)中，所述的组团基本数据收集为：以组团为评价单位，从政府部门及电力公司相关部门的组团资料库中收集组团的基本数据，包括地域因素、经济状况、功能规划、土地配置以及负荷密度数据，得到组团属性表；

宜居教育城位于郑州南11km的郑州市境内，城镇建设面积约34.26km²。收集到的宜居教育城的各属性如表1所示。

表1宜居教育城属性表

在步骤2)中，所述的组团类比匹配的方法包括下列步骤：

步骤2.1)相似组团选取：根据待评价组团的功能定位，在组团资料库中，选取出功能定位相似的若干组团，作为相似度计算的备选组团，所述组团资料库中存储有国内各组团的基本数据和电网规划基础数据；

组团电网规划的思路是通过相关产业的组团而适度集聚，将各个分散的变电站、配电线路整合规划，将具有相同产业功能的类似的电网数据及规划方法汇集总结，最终形成标准化方法；城市组团的功能分区是由城市现阶段的产业结构、空间结构及功能定位所决定；组团功能分类及相应的电网规划指标如表2所示：

表2组团功能分类及相应的电网规划指标

宜居教育城是郑州市“一心两城两组团”的重要组成部分和郑州都市区的重要组团之一，组团功能定位服务业产业体系为主的城市组团，主要发展居住、教育、高新产业和旅游功能，目标建成集教育培训、商业服务、现代工业、休闲居住为一体，重点突出教育建设的组团城市；

步骤2.2)属性无量纲化处理：对每个组团(包括待评价组团和备选组团)，分别进行各属性无量纲化处理，处理方法包括线性函数归一和计算占比，处理规则如表3所示：

表3属性无量纲化处理规则

表2中，所述中心性的定义为：一级中心包括北京、上海；二级中心包括深圳、广州、天津、武汉、重庆、哈尔滨、南京、沈阳、西安；三级中心包括济南、杭州、大连、长春、成都、郑州、石家庄、太原、包头、兰州、宁波、台州等沿海地区或内地人口大省的主要城市；四级中心包括苏州、鞍山、烟台、洛阳、柳州、锦州、保定、齐齐哈尔、张家口、唐山等省域副中心或省内重要的地方中心城市；五级中心包括地方性中心和职能专业化城市。

步骤2.2)中，所述线性函数归一的方法为按公式(1)进行无量纲化的方法，

$u_{\mathrm{ik}}=\frac{a_{\mathrm{ik}}-\mathrm{Min}(a_{1k},a_{2k},...a_{\mathrm{mk}})}{\mathrm{Max}(a_{1k},a_{2k},...a_{\mathrm{mk}})-\mathrm{Min}(a_{1k},a_{2k},...a_{\mathrm{mk}})}---\left(1\right)$

式中，u_ik是无量纲化处理后的组团i属性k，

a_ik是无量纲化处理前的组团i属性k，

Max(a_1k,a_2k,…a_mk)和Min(a_1k,a_2k,…a_mk)分别是无量纲化处理前的m个组团的属性k中的最大值和最小值，m个组团中包括1个待评价组团和m-1个备选组团。

步骤2.2)中，所述计算占比的方法为按公式(2)进行无量纲化的方法，

$u_{\mathrm{ik}}=\frac{a_{\mathrm{ik}}}{\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{\mathrm{ik}}}---\left(2\right)$

式中，u_ik是无量纲化处理后的组团i属性k，

a_ik是无量纲化处理前的组团i属性k，

p是土地配置类属性的个数。

步骤2.3)相似度计算：逐一计算各备选组团与待评价组团的相似度，公式为：

$r_i=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^n{u}_{0k}\·u_{\mathrm{ik}}}{\sqrt{{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^n{u^2}_{0k}\·{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^n{u^2}_{\mathrm{ik}}}}---\left(3\right)$

式中，r_i为备选组团i与待评价组团的相似度，

n为属性总数，

u_ik为备选组团i的第k个属性值，

u_0k为待评价组团的第k个属性值；

步骤2.4)制定相似组团列表：根据各备选组团与待评价组团的相似度，对备选组团按相似度降序排序；

在步骤2)中，所述的组团类比匹配为：根据待评价组团的基本数据，与组团资料库的多个组团进行类比，选出相似度最高的若干个组团作为匹配项加以参考；

本实施例中，首先从组团资料库中选取与宜居教育城功能定位相近的工业类组团，对宜居教育城和这些备选组团的属性进行无量纲化处理，宜居教育城的处理结果如表4所示：

表4宜居教育城属性无量纲化处理结果表

然后根据公式(2)计算得到本实施例中的相似组团列表，如表5所示，在实际实施中，可以截取相似度最高的若干个组团做为相似组团加以参考；

表5宜居教育城的相似组团列表

在步骤3)中，考虑到组团式城市发展的特点，规划需要针对某一具体规划区域进行，负荷密度法较适合；负荷密度法通过横向比较，深入调查，找到本地区发展到某一特定时刻的饱和指标，可得到目标年的总量及空间分布结果。针对某一规划区内的空间负荷预测，比较适用的方法是采用分析类比的方法。所谓分析类比法，就是根据具体的用地信息，通过具体的用户用电构成分析，同时参考已建成的产业功能结构的组团用电负荷情况，获得相似的负荷用电密度指标，然后根据这一指标确定出待规划的组团内的空间负荷预测结果；其负荷预测的流程如图2所示。

如图2所示，在步骤3)中，所述的负荷预测包括下列步骤：

步骤3.1)饱和负荷密度指标求取：根据规划区详细控制规划，参考各行业负荷密度指标调查结果，确定饱和负荷密度指标；

步骤3.2)远景年负荷预测：根据调查各行业负荷指标的选取结果，进行负荷分布预测，并统计总负荷及分类负荷，得到规划区远景年负荷预测结果；

步骤3.3)远景年预测结果校对:对负荷预测结果采用人均综合电量、人均生活电量两项指标进行校核，确定远景年负荷预测结果是否能够满足规划区负荷发展需求；

步骤3.4)近期负荷密度指标求取：结合远景年负荷预测结果，根据规划区近期招商、开发建设进度安排等情况，充分考虑近期负荷需求，对远景各地块负荷指标进行干预，得到近期各行业负荷密度指标；

步骤3.5)近期负荷预测：利用规划系统自动进行负荷分布计算，并统计总负荷及分类负荷，得到规划区近期负荷分布预测结果；

步骤3.6)近期负荷预测结果调整：结合近期负荷预测结果，对近期规划区内的报装用户进行调查，得到详细的报装数据结果，结合每年用户报装情况，得到近期逐年负荷预测结果。

以宜居教育城为例，宜居教育城属于城市周边地区的组团，负荷预测中，将宜居教育城按照功能区分为A、B、C三个大区，A区绿地为主，B区为工业教育商业整合的核心区，C区多为居民区。

表6远景年郑州宜居教育城分区负荷预测结果

由于2017年的各行业负荷水平与远景年相比较仍有一定差距，各地块的负荷密度指标与远景年也应不同，但考虑到引起负荷密度差异的主要因素是土地利用率的差异，而各地块之间的负荷密度比例不会有较大区别。针对规划区的发展目标、建成区的保留情况，以及规划区范围各地块发展速度的不均衡，还必须考虑到宜居教育城相同性质用地在负荷密度上的差异。这样，对规划区近年重点发展区域的负荷密度指标进行适当调整。

表72017年宜居教育城分区负荷预测结果

类似的负荷密度指标进行了分类负荷指标的确定及总负荷的统计，并与类似组团区域的负荷密度指标进行比较，以便验证负荷预测结果的合理性。

表8部分规划区远景年负荷密度指标

宜居教育城远景年负荷密度为21MW/km²，略高于苏州工业园区Ⅰ期开发区，略低于郑州高新技术产业集聚区远景年的负荷密度。通过比较，表明预测结果合理，与宜居教育城的功能定位相符。

在步骤4)中，所述的分层分区规划的方法为：

综合考虑城市的经济发展状况、基础设施的布局情况、各区域功能协调等因素，按照分层分区布局的思路对组团规划的城市进行电网规划。

第一层电网，组团之间的联系电网。建立中心组团之间、以及中心组团与其他组团之间的联系电网，互相配合，互为备用。加强组团之间的双向互动联络，当负荷分配不平衡，中心组团超负荷时，可以通过组团联络线，将负荷转移至其他城镇，达到由中心组团带动周边其他组团实现经济发展的目标；

第二层电网，组团内部的220kV输电网。220kV电网实现分区分片运行，各分区之间保持一定的电气联系，各分区内维持双环网、双链供电；

第三层电网，组团内部的110kV配电网。取决于城市化程度以及产业结构，以220kV变电站为中心，110kV电网实现链式供电模式，正常方式下开环运行，事故情况下具备转移负荷的能力。在中压电网网架完善，转移负荷能力强的区域，进一步简化110kV电网接线。

以宜居教育城220kV电网为例，根据负荷预测结果对规划区内负荷增长情况进行分析计算，得到220kV变电容量平衡如表5所示。

表5宜居教育城220kV变电容量分析表    单位：MW、MVA

宜居教育城在2011年规划区内无220kV变电站，规划区必须由220kV陈庄变向区内供电，导致陈庄负载率偏高，且电力传输的能源浪费。因此，区内需要考虑建设220kV电源点。

根据容量平衡结果，结合宜居教育城经济建设发展情况以及负荷发展情况，对规划区220kV变电站建设进行布点规划。表6为220kV电网规划建设情况。

表6宜居教育城规划区220kV电网规划建设情况

此220kV电网规划方案从近期到远景年的变电站选址及线路规划，符合层次性原则，适应于组团规划要求。

Claims (5)

1.一种面向城市组团规划的电网规划方法，其特征在于：所述的面向城市组团规划的电网规划方法包括按顺序执行的下列步骤：

步骤1)组团基本数据收集：以组团为评价单位，从政府部门及电力公司相关部门的组团资料库中收集组团的基本数据，得到组团属性表；

步骤2)组团类比匹配：根据待评价组团的基本数据，与组团资料库中的组团进行类比，选出相似度最高的若干个组团作为匹配项加以参考；

步骤3)负荷预测：针对组团的功能定位，应用负荷密度法进行针对目标组团的差异化负荷预测，并通过已有的功能类似组团的负荷预测结果进行校验；

步骤4)分层分区规划：依据分层分区的电网规划思路，以组团为单位，进行各组团间或组团内部的变电站以及线路规划，并通过已有的功能类似组团的变电站及线路规划结果进行校验。

2.根据权利要求1所述的面向城市组团规划的电网规划方法，其特征在于：在步骤1)中，所述的组团的基本数据为：地域因素、经济状况、功能规划、土地配置与负荷密度数据。

3.根据权利要求1所述的面向城市组团规划的电网规划方法，其特征在于：在步骤2)中，所述的组团类比匹配的方法包括下列步骤：

步骤2.1)相似组团选取：根据待评价组团的功能定位，在组团资料库中，选取出功能定位相似的若干组团，作为相似度计算的备选组团，所述的组团资料库中存储有国内各组团的基本数据和电网规划基础数据；

步骤2.2)属性无量纲化处理：对包括待评价组团和备选组团在内的每个组团分别进行各属性无量纲化处理；处理方法包括线性函数归一和计算占比，其中线性函数归一利用公式(1)进行：

$u_{\mathrm{ik}}=\frac{a_{\mathrm{ik}}-\mathrm{Min}(a_{1k},a_{2k},...a_{\mathrm{mk}})}{\mathrm{Max}(a_{1k},a_{2k},...a_{\mathrm{mk}})-\mathrm{Min}(a_{1k},a_{2k},...a_{\mathrm{mk}})}---\left(1\right)$

式中，u_ik是无量纲化处理后的组团i属性k，

a_ik是无量纲化处理前的组团i属性k，

Max(a_1k,a_2k,…a_mk)和Mⁱn(a_1k,a_2k,…a_mk)分别是无量纲化处理前的m个组团的属性k中的最大值和最小值，m个组团中包括1个待评价组团和m-1个备选组团；

所述计算占比的方法为按公式(2)进行无量纲化的方法，

$u_{\mathrm{ik}}=\frac{a_{\mathrm{ik}}}{\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{\mathrm{ik}}}---\left(2\right)$

式中，u_ik是无量纲化处理后的组团i属性k，

a_ik是无量纲化处理前的组团i属性k，

p是土地配置类属性的个数；

步骤2.3)相似度计算：逐一计算各备选组团与待评价组团的相似度，公式为：

$r_i=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^n{u}_{0k}\·u_{\mathrm{ik}}}{\sqrt{{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^n{u^2}_{0k}\·{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^n{u^2}_{\mathrm{ik}}}}---\left(3\right)$

式中，r_i为备选组团i与待评价组团的相似度，

n为属性总数，

u_ik为备选组团i的第k个属性值，

u_0k为待评价组团的第k个属性值；

步骤2.4)制定相似组团列表：根据各备选组团与待评价组团的相似度，对备选组团按相似度降序排序。

4.根据权利要求1所述的面向城市组团规划的电网规划方法，其特征在于：在步骤3)中，所述的负荷预测方法包括下列步骤：

步骤3.1)饱和负荷密度指标求取：根据规划区详细控制规划，参考各行业负荷密度指标调查结果，确定饱和负荷密度指标；

步骤3.2)远景年负荷预测：根据调查各行业负荷指标的选取结果，进行负荷分布预测，并统计总负荷及分类负荷，得到规划区远景年负荷预测结果；

步骤3.3)远景年预测结果校对:对负荷预测结果采用人均综合电量、人均生活电量两项指标进行校核，确定远景年负荷预测结果是否能够满足规划区负荷发展需求；

步骤3.4)近期负荷密度指标求取：结合远景年负荷预测结果，根据规划区近期招商、开发建设进度安排情况，充分考虑近期负荷需求，对远景各地块负荷指标进行干预，得到近期各行业负荷密度指标；

步骤3.5)近期负荷预测：利用规划系统自动进行负荷分布计算，并统计总负荷及分类负荷，得到规划区近期负荷分布预测结果；

步骤3.6)近期负荷预测结果调整：结合近期负荷预测结果，对近期规划区内的报装用户进行调查，得到详细的报装数据结果，结合每年用户报装情况，得到近期逐年负荷预测结果。

5.根据权利要求1所述的面向城市组团规划的电网规划方法，其特征在于：在步骤4)中，所述的分层分区规划的方法为：

综合考虑城市的经济发展状况、基础设施的布局情况、各区域功能协调因素，按照分层分区布局的思路对组团规划的城市进行电网规划；

第一层电网，组团之间的联系电网；建立中心组团之间、以及中心组团与其他组团之间的联系电网，互相配合，互为备用；加强组团之间的双向互动联络，当负荷分配不平衡，中心组团超负荷时，通过组团联络线将负荷转移至其他城镇，达到由中心组团带动周边其他组团实现经济发展的目标；

第二层电网，组团内部的220kV输电网；220kV电网实现分区分片运行，各分区之间保持一定的电气联系，各分区内维持双环网、双链供电；

第三层电网，组团内部的110kV配电网；取决于城市化程度以及产业结构，以220kV变电站为中心，110kV电网实现链式供电模式，正常方式下开环运行，事故情况下具备转移负荷的能力；在中压电网网架完善，转移负荷能力强的区域，进一步简化110kV电网接线。