一种社会工业发展不均衡的饱和电力计算方法与流程

本发明涉及的电力
技术领域：
，尤其涉及一种社会工业发展不均衡的饱和电力计算方法。
背景技术：
：饱和电力需求预测是电力规划等工作中的重要环节，电力消费何时趋于饱和以及饱和量大小的确定在中长期电力规划中起引导作用，能够避免盲目投资，优化电网技术指标；随着中国经济进入“新常态”及社会节能减排深入等因素的影响，近年来中国用电增速已显现出明显放缓迹象，开始出现饱和的趋势，使得中长期电力需求预测和饱和电力需求预测工作的必要性和紧迫性进一步凸显。负荷增长模式的转变加大了中长期负荷预测的难度，目前常用类s型曲线模型对历史数据进行拟合，是基于假设全社会是均衡的自然增长，反映电力需求由高速增长逐渐趋缓进入饱和的s型自然增长过程；但目前该类方法均是利用类s曲线模型直接对全社会用电量或最大负荷进行整体拟合预测，没有考虑到实际社会发展中各工业发展不均衡，实际各类用电处于s型曲线增长的不同阶段，叠加产生的全社会用电量并不呈现准确的s型曲线；因此，一方面，使用该方法前没有有效的假设检验措施，容易产生伪拟合结果；另一方面，该方法准确性难以满足实际应用的要求，模型拟合度一般较低，误差较大。技术实现要素：本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。鉴于上述现有社会工业发展不均衡的饱和电力计算方法存在的利用类s曲线模型直接对全社会用电量或最大负荷进行整体拟合预测，没有考虑到实际社会发展中各工业发展不均衡，叠加产生的全社会用电量并不呈现准确的s型曲线问题，提出了本发明。因此，本发明目的是提供一种社会工业发展不均衡的饱和电力计算方法。为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种社会工业发展不均衡的饱和电力计算方法，包括如下步骤：采集工业电力数据，根据工业电力来源对工业电力数据进行划分，获取各工业电力量；根据各工业的指标计算依据，确定各工业的发展指标阶段；依据各工业的发展指标阶段，对组成全社会用电量的各工业的发展阶段进行量化计算，得出各工业发展阶段量化指标；根据各工业发展阶段量化指标，计算社会工业发展阶段不均衡度并评判其高低；若不均衡度低，则直接采用logistic曲线对全社会用电量进行拟合获取发展电量模型，若不均衡度高，需分别对各工业进行拟合，获取长期发展电量模型。作为本发明所述社会工业发展不均衡的饱和电力计算方法的一种优选方案，其中：各工业包括第一产业、第二产业、第三产业和居民生活。作为本发明所述社会工业发展不均衡的饱和电力计算方法的一种优选方案，其中：第一产业、第二产业、第三产业和居民生活发展进程分别以第一产业就业人口占比、制造业增加值占总商品增加值比重、工业结构比例和城镇化率作为依据。作为本发明所述社会工业发展不均衡的饱和电力计算方法的一种优选方案，其中：各工业的发展阶段通过阶段阈值法进行量化计算，获取各工业发展阶段量化指标。作为本发明所述社会工业发展不均衡的饱和电力计算方法的一种优选方案，其中：各工业发展阶段量化指标λk为：式中，λk表示第k个指标，k＝1～4，xk表示指标依据，jk表示指标阶段，jk＝1代表尚未进入工业化阶段，处于阶段1，则该项指标计算为0；jk＝5代表已完成工业化阶段，处于阶段5，则该项指标计算为100；处于工业化阶段中(2,3,4),则按区间阈值计算指标，maxkj为k指标在j阶段的最大阈值，minkj为k指标在j阶段的最小阈值。作为本发明所述社会工业发展不均衡的饱和电力计算方法的一种优选方案，其中：社会工业发展阶段不均衡度σλ采用如下公式：其中，为指标均值。作为本发明所述社会工业发展不均衡的饱和电力计算方法的一种优选方案，其中：需分别对各工业进行拟合的步骤包括：收集各工业用电历史数据，形成历史数据矩阵；对各工业用电，采用改进logistic模型对历史数据进行拟合；获取各工业电量模型。作为本发明所述社会工业发展不均衡的饱和电力计算方法的一种优选方案，其中：改进logistic模型如下：式中，y为因变量；t为时间；s为因变量y的最大极限值；a和b为参数；e为自然常数，c为改进后添加的常参数。作为本发明所述社会工业发展不均衡的饱和电力计算方法的一种优选方案，其中：长期发展预测模型通过各工业测模型相加获取。作为本发明所述社会工业发展不均衡的饱和电力计算方法的一种优选方案，其中：长期发展预测模型y采用如下公式：y＝y1+y2+y3+y4式中，y1表示第一产业的预测模型；y2表示第二产业的预测模型；y3表示第三产业的预测模型；y4表示居民生活的预测模型。本发明的有益效果：本发明通过建立完整的中长期电力需求预测方法，量化评估了组成全社会用电需求的各工业在实际社会发展中不均衡的情况，即可充分包容社会发展的不同情况，并能更好地反映各工业电力需求不同的发展规律，提高s型曲线预测方法的预测精度，可以有效预检验s型曲线对整体进行直接拟合的可行性。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：图1为本发明社会工业发展不均衡的饱和电力计算方法的整体步骤示意图。图2为本发明社会工业发展不均衡的饱和电力计算方法所述的需分别对各工业进行拟合的步骤流程示意图。图3为本发明社会工业发展不均衡的饱和电力计算方法所述的需分别对各工业进行拟合的流程示意图。图4为本发明社会工业发展不均衡的饱和电力计算方法所述的湖北省第二产业用电量拟合及预测结果示意图。图5为本发明社会工业发展不均衡的饱和电力计算方法的湖北省第三产业用电量拟合及预测结果示意图。图6为本发明社会工业发展不均衡的饱和电力计算方法的湖北省居民生活用电量拟合及预测结果示意图。图7为本发明社会工业发展不均衡的饱和电力计算方法的湖北省全社会用电量预测结果示意图。具体实施方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。实施例1参照图1～3，提供了一种社会工业发展不均衡的饱和电力计算方法的整体结构示意图，如图1，一种社会工业发展不均衡的饱和电力计算方法包括：s1：采集工业电力数据，根据工业电力来源对工业电力数据进行划分，获取各工业电力量；s2：根据各工业的指标计算依据，确定各工业的发展指标阶段；s3：依据各工业的发展指标阶段，对组成全社会用电量的各工业的发展阶段进行量化计算，得出各工业发展阶段量化指标；s4：根据各工业发展阶段量化指标，计算社会工业发展阶段不均衡度并评判其高低；s5：若不均衡度低，则直接采用logistic曲线对全社会用电量进行拟合获取发展电量模型，若不均衡度高，需分别对各工业进行拟合，获取长期发展电量模型。本发明通过建立完整的中长期电力需求预测方法，量化评估了组成全社会用电需求的各工业在实际社会发展中不均衡的情况，即可充分包容社会发展的不同情况，并能更好地反映各工业电力需求不同的发展规律，提高s型曲线预测方法的预测精度，可以有效预检验s型曲线对整体进行直接拟合的可行性，避免误假设。具体的，本发明主体结构包括，s1：采集工业电力数据，根据工业电力来源对工业电力数据进行划分，获取各工业电力量；其中，采用工业电力数据的方式是通过供电局监控台供电数据库中获取，工业电力数据为总供电电量，各工业包括第一产业、第二产业、第三产业和居民生活。s2：根据各工业的指标计算依据，确定各工业的发展指标阶段；其中，发展指标阶段包括前工业化阶段、工业化初期、工业化中期、工业化后期和后工业化阶段，指标计算依据包括第一产业就业人口占比、制造业增加值占总商品增加值比重、工业结构比例和城镇化率。选取以上依据的原因在于构成全社会电力需求的四种来源，分别为第一产业、第二产业、第三产业、居民生活，第一产业、第二产业、第三产业、居民生活四种社会工业发展随着社会工业化进程的推进都具有类s型曲线的发展规律，因此选择了能分别表征第一产业、第二产业、第三产业、居民生活发展进程的第一产业就业人口占比、制造业增加值占总商品增加值比重、工业结构比例和城镇化率作为依据。工业、行业指标计算依据指标序号第一产业第一产业就业人口占比1第二产业制造业增加值占总商品增加值比重2第三产业第三产业增加值较第一产业、第二产业相对关系3居民生活城镇化率4选取以上指标依据的数学意义在于采用比例指标方便归一化、均随社会工业化进程发展呈一定的规律趋势，从而有利于统一量化计算模型建立，各指标在社会不同发展阶段各指标的标志阈值如表2所示；由上表可设第一产业就业人口占比、制造业增加值占总商品增加值比重、工业结构比例、城镇化率，分别以x1、x2、x3、x4代表，并根据表2判断四个指标分别所处的阶段j1、j2、j3、j4，其值为发展阶段序号(1,2,3,4,5)。s3：依据各工业的发展指标阶段，对组成全社会用电量的各工业的发展阶段进行量化计算，得出各工业发展阶段量化指标；其中，各工业的发展阶段通过阶段阈值法进行量化计算，获取各工业发展阶段量化指标。进一步的，各工业发展阶段量化指标λk为：式中，33为阶段阈值法的归一化系数，由3个阶段取100/3≈33；λk表示第k个指标，k＝1～4，xk表示指标依据，jk表示指标阶段，jk＝1代表尚未进入工业化阶段，处于阶段1，则该项指标计算为0；jk＝5代表已完成工业化阶段，处于阶段5，则该项指标计算为100；处于工业化阶段中(2,3,4),则按区间阈值计算指标，maxkj为k指标在j阶段的最大阈值，minkj为k指标在j阶段的最小阈值。其中，各阶段参考阈值基于表2计算得到的表3所示。s4：根据各工业发展阶段量化指标，计算社会工业发展阶段不均衡度并评判其高低；基于组成全社会电力需求的各工业发展变化存在一定的固有规律(类s型自然增长)，使社会经济发展随着工业化的推进整体呈现类s型曲线的发展规律，但各工业发展的不均衡会造成整体的发展不遵循类s型曲线的发展规律，因此在s2、s3中判断各工业所处的发展阶段，识别各工业发展不均衡的程度，判断是否不适合采用传统针对整体电力需求直接拟合，从而避免拟合程度偏低、不准确的预测结果。s4中以s3得出的各工业发展阶段量化指标，考虑到指标已归一化(范围在0～100间)，使用标准差σλ，社会工业发展阶段不均衡度σλ采用如下公式：其中，为指标均值；计算后进入判断，若各指标均位于同一阶段，标准差最大值在四个指标位于区间两侧时取得，极差为33，对应标准差为σλ≤33/2＝16.5，则代表各指标基本属于同一阶段发展，工业发展不均衡度低，可以采用传统方法直接对全社会电力需求进行拟合预测；若σλ＞16.5，则代表各工业发展不均衡度偏高，继续进入s4进行拟合预测。s5：若不均衡度低，则直接采用logistic曲线对全社会用电量进行拟合获取发展电量模型，若不均衡度高，需分别对各工业进行拟合，获取长期发展电量模型；其中，需分别对各工业进行拟合的步骤包括：s51：收集各工业用电历史数据，形成历史数据矩阵，其中，历史数据矩阵λki，k＝1,2,3,4(分别为第一产业、第二产业、第三产业、居民生活)；i＝1,2,…n(历史年份序列)；s52：对各工业用电，采用改进logistic模型对历史数据进行拟合，改进logistic模型方程在保留s型自然增长特性的基本性质的基础上，给模型增加了一个参数自由度，提高了模型的精度，具体的，对第k个工业用电，采用改进logistic模型对在s21整理的历史数据进行拟合，其改进logistic模型如下：式中，y为因变量；t为时间；s为因变量y的最大极限值；a和b为参数，一般有a>0，b<0；e为自然常数，c为改进后添加的常参数。基于第k个工业历史年度的用电数据，使用matlab内联函数进行拟合，检验拟合度r2，考虑r2≥0.95，则可接收该模型拟合结果，此处也可选择0.95以外的数值进行更严格或更宽松的判断，获得s、a、b、c四个参数，将待预测年份t作为自变量可得到该工业用电中长期发展预测模型；若r2＜0.95，则认为该工业用电不符合s型曲线增长，应选择采用其他传统电力负荷预测方法进行估计，如工业单耗法，通过预测该工业的单位产值电耗，乘以该工业未来预期的产值，得到该工业用电量；从而对各工业用电需求都进行了拟合及检验，提高了最终结果预测的正确性和准确度。s53：获取各工业电量模型，其中，对四个工业，k＝1,2,3,4，分别进行s22步骤，可得到分工业电力需求模型；进一步的，长期发展预测模型通过各工业测模型相加获取，需说明的是，长期发展预测模型y采用如下公式：y＝y1+y2+y3+y4式中，y1表示第一产业的预测模型；y2表示第二产业的预测模型；y3表示第三产业的预测模型；y4表示居民生活的预测模型；确定待预测年份t后，可通过上述模型计算得到该年份的电力需求预测值，基于该中长期逐年预测结果，将“其后用电量增长率始终小于2％”作为用电量进入饱和阶段的依据，将“其后用电量超过预测曲线极大值的95％”作为用电量达到饱和的依据，判断得到研究区域电力需求进入饱和阶段的时间及饱和用电量，有效反映及判断电力了需求发展由高速发展转入饱和发展阶段的时间及饱和量，为电力规划确定规划水平年及规划方案研究奠定重要基础。实施例2参照图4～7，该实施例不同于第一个实施例的是：本实施例以选取湖北省进行算例分析，以验证本发明所提方法的适用性；社会经济现况数据采用了2017年的湖北省数据，用电历史数据采用了1995年-2017年的湖北省分工业历史用电数据，对湖北省中长期饱和电力需求进行预测，算例基础数据如表4、表5所示。表4湖北省2017年社会经济发展数据第一产业就业人数占比35.4％制造业增加值占总商品增加值比重70％三产结构比例10.3:44.5:45.2人口城镇化率59.3％表5湖北省1995-2017年分工业用电量数据采用表4数据，计算四项发展指标结果如表6所示。表6湖北省2017年社会经济发展指标计算结果λ154.12λ2100λ365.01λ463.69由计算结果可见，反映第二产业进程的λ2已达到满分，即后工业化阶段，印证了着湖北省第二产业发展较快，制造业结构先进，按照工业化进程理论，在后工业化阶段，第二产业发展基本饱和；其余指标均处于33～66的范围，即工业化中期阶段，印证了湖北省第一产业占比还较大，比例有待进一步下降，而第三产业和居民生活在工业化中期阶段将高速发展期的前期，将在工业化后期开始加速发展。根据四项量化指标计算社会经济工业发展不均衡度为17.43，大于16.5，意味着湖北省各工业之间发展存在不均衡问题，不适宜直接对全社会用电量整体进行拟合，采用分工业改进logistic模型拟合检验。对第一产业进行改进logistic模型拟合，拟合度r2不足0.9，不适合采用“s”型曲线进行预测，这主要由于第一产业用电量受天气等随机因素影响较大造成的，由于第一产业比重低于2％，采用先进省份及国家第一产业用电比例法对第一产业用电量进行了预测，预测模型为：y1＝h1yt其中，y1为第一产业用电量预测值；h1为第一产业用电量占全社会用电量比重，取1.3％；yt为全社会用电量预测值。对第二产业进行改进logistic模型拟合，拟合度r2＝0.997，达到了很高的拟合度，因此接受该模型，第二产业用电量预测模型为：式中：y2为第二产业用电量预测值，t为年份，拟合及预测未来增长曲线如图2所示。由模型预测结果可见，湖北省第二产业用电量已进入饱和发展区间，未来增长不大，与湖北省第二产业发展的实际情况相吻合。对第三产业进行改进logistic模型拟合，拟合度r2＝0.998，达到了很高的拟合度，因此接受该模型，第三产业用电量预测模型为：式中：y3为第三产业用电量预测值，t为年份，拟合及预测未来增长曲线如图3所示。由模型预测结果可见，湖北省第三产业用电量正处于快速发展期的起步阶段，未来将开始快速增长，与湖北省第三产业发展的实际情况相吻合。对居民生活用电进行改进logistic模型拟合，拟合度r2＝0.996，达到了很高的拟合度，因此接受该模型，居民生活用电量预测模型为：式中：y4为居民生活用电量预测值，t为年份，拟合及预测未来增长曲线如图4所示。由模型预测结果可见，湖北省居民生活用电量正处于快速发展期的起步阶段，未来将开始快速增长，与湖北省居民生活水平、城镇化还较低，近年来开始快速发展的实际情况相吻合。综合以上四个工业的用电模型，得到湖北中长期全社会用电量预测模型为：式中：yt为湖北全社会用电量预测值，拟合及预测曲线如图5所示，该模型对湖北历史全社会用电量的整体拟合度r2＝0.996。根据湖北省中长期饱和电力需求预测数学模型，湖北省2033年全社会用电量增速为1.9％，低于2％，此后增速始终递减，因此可以判定，湖北省全社会用电量将于2033年开始进入饱和阶段。由预测模型可得理论极值为3440亿千瓦时，湖北省全社会用电量将于2048年达到3293亿千瓦时，超过极值的95％，达到饱和。由预测结果可以看出，湖北省全社会用电量在各工业不同发展速度的驱动下目前正处于一个增速调整的平台区，第二产业落后产能基本淘汰，第三产业开始发力等因素作用，全社会用电量在第三产业、居民生活用电的拉动下又将以较稳定的增速增长至2035年左右，此后增速持续下降直至进入饱和阶段，相较直接使用logistic模型对全社会用电量直接拟合，基于分工业用电改进logistic模型预测得到的曲线具有比logistic曲线更多的细节，各分工业的拟合模型可以达到很高的拟合度，而这些细节也充分反映了湖北自身工业发展不均衡的情况，证明了本发明提出的预测方法的有效性，并且具有较高的拟合精度，整体拟合度达到r2＝0.996。重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征)。应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。当前第1页1 2 3