基于饱和负荷密度的城市远景空间负荷预测
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第40卷第1期
2
0
1
8年
1月沈阳工业大学学报
JournSl
offShei工
angliUniifersi 学
of 学
fech按
ilogyVo 1.40
No. 1
Jan. 2第01 卷
doi：
10.7688/j. issn. 1000 -1646.2018.01.03
基于饱和负荷密度的城市远景空间负荷预测+
张明理1宋卓然1梁毅1史喆1叶鹏2
(1.国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院，沈阳1101/0 2.沈阳工程学院电力学院，沈阳11016)
摘要：
针对城市中长期发展过程中的电网规划问题,提出一种基于饱和负荷密度的城市远景空
间负荷预测方法.基于粗糙集和元胞自动机理论模拟城市不同类型的用地动态变化过程,根据不
同用地类型的土地转换规则预测规划区域内未来的土地使用类型及面积变化;基于logistic饱和负
荷预测模型预测出不同用地类型的饱和负荷密度曲线;最终根据不同用地类型的饱和负荷密度曲
线及面积预测出城市远景空间负荷分布，并通过案例验证所提出方法的有效性，为城市空间负荷
预测的研究提供了理论参考.
关键词：
负荷密度；城市电网；空间负荷预测；曲线模型；用地规划；粗糙集；元胞自动机；
土地类型
中图分类号：
TP273 文献标志码
：A 文章编号
：1000 -1646(2018)01 -0012 - 07
Forecasting for urban prospective spatial load based
on saturated load density
ZHANG
Ming-li
1 ,
SONG
Zhuo-ran
1 ,
LIANG
Yi
1 ,
SHI
Zhe
1 ,
YE
Peng2
(1 . Economic Technology Research Institute, State Grid Liaoning Electric Power Co. Ltd. Shenyang 110180，
China；
2. School of Electric Power，Shenyang Institute of Engineering，Shenyang 110136，
China)
Abstract
：
Aiming
at
the
power
grid
planning
problem
in
the
medium
and
long
te
a
forecasting
method
for
urban
prospective
spatial
load
based
on
saturated
load
density
was
proposed.
Based
on
the
rough
set
and
cellular
automata
theory,
the
dynamic
change
process
of
land
use
with
different
types
in
the
cities
was
simulated，
and
the
future
type
and
aea
change
of
land
use
in
t
according
to
the
land
conversion
rules
of
different
land
use
types.
Based
on
the
logistic
saturated
load
forecasting
model，
the
saturated
load
density
curve
of
different
land
use
types
was
predicted.
According
to
the
saturated
load
density
curves
and
the
aea
of
different
land
use
types，
the
urban
prospective
spatial
load
distribution
was
forecasted，
and
the
validity
of
the
proposed
method
was
verified
with
examples，
which
could
provided
a
theoretical
reference
for
further
research
of
urban
spatial
load
f
Key words
：
load
density；
urban
power
grid；
spatial
load
forecasting；
curve
model；
land
use
planning；
rough
set；
cellular
automata；
land
type
随着我国工业化、城镇化进程的逐步加快，受
城市土地资源和环境容量等限制，城市电网发展与
城市经济发展之间的协调问题越来越突出.随着城
市的快速发展，城市电网若缺乏长远规划则有可能 * 引发大量、频繁的改扩建工作.城市饱和负荷是城
市电网规划中确定电网发展最终规模的关键性指
标[
1]，是近年来城市电网规划中提出的新概念，与
传统的针对具体年限的负荷预测方法不同，城市饱
收稿日期：2016 -11 -29.
基金项目：辽宁省自然科学基金指导计划资助项目（201602534).
作者简介：张明理（1978 -)男，辽宁沈阳人，高级工程师，博士，主要从事电力系统运行与控制等方面的研究.
*本文已于2017 - 10 - 25 21: 13在中国知网优先数字出版.网络出版地址：http: //kns. cnki. net/kcms/detail/21. 1189. T.
20171025.2113.044.html第1期张明理，等：基于饱和负荷密度的城市远景空间负荷预测13
和负荷预测的时间跨度往往较大，且涉及面较为广
泛，包括城市的功能定位、能源资源条件等多个方
面.通过对城市饱和负荷的分析和预测确定城市电
网最终规模，并以远景电网规划为目标指导近期电
网规划与建设，有利于促进城市电网建设与城市经
济社会发展相适应、与城市规划相协调.因此，开展
城市饱和负荷预测工作，对未来电网建设和城市建
设具有重要的指导意义和实用价值.
文献[2 - 3]基于
Logistic曲线模型进行城市
电力饱和负荷的研究;文献[4]以天津市中心城
区为例，采用基于人均用电量法和城市负荷密度
法对天津市中心城区电力饱和负荷进行研究与预
测;文献[5]采用基于情景分析法进行城市电力
负荷的中长期预测研究;文献
[6 ]采用改进
Ver-
hulst模型来进行饱和负荷预测；文献[7 ]考虑影
响城市饱和负荷的多种因素，通过采用滚动多维
度预测模型来进行饱和负荷预测.上述文献所提
出的方法大都针对饱和负荷特性和预测等方面展
开研究，未考虑电力负荷的空间特性对城市电力
饱和负荷预测结果的影响.
空间负荷预测对城市电网的未来规划产生重
大的影响.城市空间负荷预测的过程主要可细化
为3个阶段:1)城市空间地理位置等各方面信息
的收集;
2) 土地使用决策及转化准则;3)城市空
间负荷的变化预测.
在上述的3个阶段中，土地使用决策及转化
准则是城市空间负荷预测的核心.文献
[8 -9]提
出在传统的负荷预测中，土地使用决策及转化准
则主要依靠专家判断，根据专家判断对规划城区
内每块土地的使用类型及发展程度进行规划评
估，根据规划评估得分的高低来制定规划城区未
来各块土地的发展情况;文献[
1〇 ]提出了基于混
沌时间序列的
Elman神经网络模型的工业用电
预测;在空间负荷预测中，为减小转化规则由专家
制定而带来的负荷预测误差，文献
[11 ]引人基于
模糊粗糙集和支持向量机理论的参数，并训练系
统规则;文献
[12 ]采用模糊粗糙集理论模型进行
用地决策的相关属性约简分析，但存在数据离散
化过程准确性差的问题.上述文献中有关负荷预
测方法虽然考虑了负荷分布的时空特性，但没有
考虑负荷饱和特性对预测结果的影响.
本文在分析上述文献缺陷的基础上，提出了
一种新的城市空间饱和负荷预测方法.首先，基于
粗糙集和元胞自动机理论模拟城市不同类型的用
地动态变化过程，根据不同用地类型的土地转换
规则预测规划区域内未来的土地使用类型及面积变化;其次，基于
logistic饱和负荷预测模型预测
出不同用地类型的饱和负荷密度曲线;最后，根据
不同用地类型的饱和负荷密度曲线及不同用地类
型的面积预测出城市远景空间负荷分布，并通过
案例验证所提出方法的有效性，为城市空间负荷
预测的研究提供理论参考.
1饱和负荷预测基本理论
1.1饱和负荷特性
饱和负荷指城市建设发展到一定阶段后，受
人口、土地、环境等因素的影响，城市用电总负荷
的增长速度放缓甚至停滞的一种状态.饱和负荷
密度的影响因素主要包括人均
GDP、人口密度、
用地性质和区域的经济规划布局等.随着城市经
济指标体系的变化，饱和负荷密度的总体走势呈现
出先发展后趋于饱和的“
S”型状态.某一地区的负
荷增长曲线如图1所示，曲线增长呈现为“
S”型曲
线.由图
1分析可知:负荷首先经历平伏增长阶段，
然后在经过快速增长阶段后，进入低速平缓增长阶
段，即饱和负荷阶段.在区域供电中由于供电设备
的容量有限，且可利用的土地面积有限，故研究区
域的面积越小，“
S”型曲线的特征越明显.
图1电力负荷“S”型增长曲线
Fig. 1 “S” type of increasing curve for power load
当某一区域的电力负荷趋于饱和状态时，该
区域通常具有以下特征:
1)电力负荷由原来的快
速增长变为持续低速平稳增长;
2)该区域的各大
产业结构的发展比例较为合理，经济规模较大且
发展均衡;3)如果某地区城市高低负荷密度的土
地转变较少，在忽略其他因素的条件下可认为该
地区已经暂时进入饱和阶段.
1.2饱和负荷预测的数学模型
“
S ”型曲线通常采用逻辑斯蒂(
logistic)模型
拟合得到，逻辑斯蒂函数模型的表达式为
式中:
f为时间变量;;
V,为电力负荷值;为常
数且 k
>0 ,a
>0 ,b
<0.
