[分享]获奖论文分享：体育场馆变压器安装容量的估算方法（下）

时间: 2020-08-02 10:56 阅读: 次大中小

编者按：本文是李炳华、霍铭、岳云涛、韩倩倩的论文，获今年全国建筑电气设计协作及情报交流网优秀论文一等奖，刊登在《建筑电气》杂志上，供大家交流。

体育场馆变压器安装容量的估算方法

李炳华¹霍铭²岳云涛²韩倩倩²

（1——悉地国际建筑设计顾问有限公司北京市 100013；

2——北京建筑大学北京市 100044）

摘要：针对目前体育场馆变压器安装容量估算方法方面的不足，提出了基于支持向量机的体育场馆变压器安装容量估算方法。基于现有数据提取出影响体育场馆变压器安装容量的三个主要特征，采用支持向量机对数据进行训练并预测，并使用matlab进行仿真实验，得出一种对体育场馆变压器安装容量的估算方法；对预测结果进行分析，得出本方法的使用范围，并进行验证。

关键词：体育场馆、变压器安装容量、预测方法、支持向量机

Method for estimating installation capacity of stadiumtransformers

LiBinghua¹Huo Ming² Yue Yuntao²Han Qianqian²

（1——CCDIGroup, Beijing100013,China；

2——BeijingUniversity ,Beijing 100044,China）

Abstract : According to the shortcomingsof the current methods for estimating the transformer installation capacity ofstadiums, a method for estimating the installation capacity of stadiumtransformers based on support vector machines is proposed. Based on theexisting data, three main features affecting the installation capacity oftransformers in stadiums were extracted. The data was trained and forecastedusing support vector machines, and simulation experiments were performed usingmatlab to obtain a method for estimating the installation capacity of stadiumtransformers. Analyze the forecast results, find the scope of use of themethod, and verify.

Keywords：Sports stadium, Transformer installation capacity, Predictionmethod, Support vector machine

1 体育场馆负荷情况简述

体育场馆的变压器安装容量对变压器选型、系统设置是非常重要的，能否准确的预测就显得尤为重要了，其方法是收集以往的变压器安装容量数据，拟合数学模型，同时考虑其影响因素，并根据体育建筑自身特性加以完善。由于电网的电能储存比较困难、低效，所以电网提供的电能需与建筑物用电负荷保持一致，不然就会出现供用电的不匹配，电能利用效率变差，浪费能源；或者电能供应不足，严重的将会出现负荷断电情况，产生巨大的经济损失，所以对于变压器安装容量预测的研究是十分有必要的。

体育场馆负荷分级及负荷计算是基础性工作，根据《体育建筑电气设计规范》JGJ-354-2014，将负荷划分为一级负荷中特别重要的负荷、一级负荷、二级负荷和三级负荷，详见表1-1。

表1-1 体育建筑负荷分级

体育建筑等级	负荷等级
体育建筑等级	一级负荷中特别重要的负荷	一级负荷	二级负荷	三级负荷
特级	A	B	C	D+其他
甲级	—	A	B	C+D+其他
乙级	—	—	A+B	C+D+其他
丙级	—	—	—	C+D+其他
其他	—	—	—	所有负荷

注：A包括主席台、贵宾室及其接待室、新闻发布厅等照明负荷，应急照明负荷，计时记分、现场影像采集及回放、升旗控制等系统及其机房用电负荷，网络机房、固定通信机房、扩声及广播机房等用电负荷，电台和电视转播设备，消防和安防用电设备等；
    B 包括临时医疗站、兴奋剂检查室、血样收集室等用电设备，VIP办公室、奖牌储存室、运动员及裁判员用房、包厢、观众席等照明负荷，建筑设备管理系统、售检票系统等用电负荷，生活水泵、污水泵等设备；
    C 包括普通办公用房、广场照明等用电负荷；
    D 普通库房、景观等用电负荷。

特级体育建筑中比赛厅(场)的TV应急照明负荷应为一级负荷中特别重要的负荷，其他场地照明负荷应为一级负荷；甲级体育建筑中的场地照明负荷应为一级负荷；乙级、丙级体育建筑中的场地照明负荷应为二级负荷。
对于直接影响比赛的空调系统、泳池水处理系统、冰场制冰系统等用电负荷，特级体育建筑的应为一级负荷，甲级体育建筑的应为二级负荷。
除特殊要求外，特级和甲级体育建筑中的广告用电负荷等级不应高于二级。

体育建筑等级与类型对体育建筑变压器安装容量同样影响巨大，根据《体育建筑设计规范》JGJ 31-2003，将体育建筑等级划分为特级、甲级、乙级、丙级及其他，将体育建筑分为体育场、体育馆、游泳馆，详见表1-2、1-3。

表 1-2 体育建筑等级划分

等级	主要使用要求
特级	举办亚运会、奥运会及世界级比赛主场
甲级	举办全国性和单项国际比赛
乙级	举办地区性和全国单项比赛
丙级	举办地方性、群众性运动会
其他	上述四个等级之外的体育建筑，如不举行运动会的社区和学校体育建筑

表1-3 体育建筑的分类

分类	特大型	大型	中型	小型	其他
体育场	60000座以上	40000-60000座	20000-40000座	20000座以下	无固定座席
体育馆	10000座以上	6000-10000座	3000-6000座	3000座以下	无固定座席
游泳馆	6000座以上	3000-6000座	1500-3000座	1500座以下	无固定座席

2 体育场馆变压器安装容量的数据

2.1 预测方法简介

在1995 年，Vapnik学者最先提出了支持向量机(Support Vector Machine, SVM)理论。SVM引入核函数技术将初始状态下输入空间中存在的线性、不可分的样本数据投射到一个崭新的特征空间中，目的是确保样本数据具备线性、可分性，然后通过寻找一个最优分类超平面的过程实现对新的特征空间中数据的学习及分类^[2]。SVM 拥有适应性强、稳定性好、时间快等优点，受到学术界的青睐。

SVM是针对线性可分情况进行分析，对于线性不可分的情况，通过使用非线性映射算法将低维输入空间线性不可分的样本转化为高维特征空间使其线性可分，从而使得高维特征空间采用线性算法对样本的非线性特征进行线性分析成为可能。同时SVM基于结构风险最小化理论之上在特征空间中构建最优超平面，使得学习器得到全局最优化，并且在整个样本空间的期望以某个概率满足一定上界。。SVM的出现代表着统计学习理论中的又一类新的研究方向。自问世以来，SVM就得到了学者们的高度重视。目前，人们对SVM的研究也正在不断地发展创新，确保了其在模式识别、分类以及回归预测等诸多领域的实用性。SVM的结构示意图如图2-1所示：

图2-1 支持向量机示意图

本文采用支持向量机对体育建筑变压器安装容量进行预测，选用径向基核函数，并对参数g、惩罚因子C进行优化，将现有数据通过支持向量机进行训练，建立出支持向量机预测模型。

2.2 数据采集

数据采集应为实际运行实测有效数据，数据参数准确且具代表性。采集历史体育场馆变压器安装容量是对其进行变压器安装容量预测的前提条件，样本数量直接影响预测模型的预测结果。若输入样本量不够，则有可能导致建模困难，模型不能完全拟合，对预测结果影响较大；若输入样本量过多，会影响模型训练，出现发散或训练时间过长，严重者会得不到预测结果。因此，样本量的选取应因模型而异。

本文以所采集数据中的体育建筑等级、建筑面积（m²）和体育建筑类型作为输入变量，体育建筑变压器安装容量（kVA）作为输出变量，推导建立出支持向量机模型（SVM）。使用MATLAB平台上的LIBSVM工具箱建模，并分析预测结果。

通过各方努力，采集到了全国各城市的多组体育建筑有效实测数据，本次所采集的体育建筑的参数主要有：体育建筑的名称、类型（封闭与否）、等级、建筑面积以及变压器总的安装容量。

本次采集的数据量较大，本文从采集到的数据中筛选出89组具有代表性的体育建筑相关数据，具体如表2-1所示。

表2-1 部分体育建筑参数、数据

项目编号		建筑信息			变压器总容量（kVA）
项目编号	项目名称	建筑类型	等级	总建筑面积（m2）	变压器总容量（kVA）
1	国家体育馆（奥运会时）	全封闭	特级	80900	9800
2	首体比赛馆（奥运会时）	全封闭	特级	39797	4800
3	国家游泳中心（奥运会时）	全封闭	特级	87000	13000
4	国家网球中心（奥运会时）	全封闭	特级	25914	9700
5	奥运会老山小轮赛场（奥运会时）	全敞开	特级	3399	1000
6	奥林匹克公园曲棍球场（奥运会时）	全敞开	特级	15507	6260
7	奥林匹克公园射箭场（奥运会时）	全敞开	特级	7500	3200
8	朝阳公园沙滩排球场（奥运会时）	全敞开	特级	14169	4600
9	杭州奥林匹克体育中心体育场	半敞开	特级	139000	13500
10	杭州奥林匹克体育中心网球馆	全封闭	特级	52312	6960
11	国家体育场（奥运会时）	半敞开	特级	258000	26630
12	老山自行车馆（奥运会时）	全封闭	特级	32920	4500
13	上海体育场（奥运会时）	半敞开	特级	137000	20000
14	工人体育场（奥运会时）	半敞开	特级	81100	13900
15	工人体育馆（奥运会时）	全封闭	特级	40200	13900
16	福建大学生体育场馆-体育场	半敞开	甲级	33662	4000
17	广西体育中心二期项目体育馆	全封闭	甲级	48562.9	4800
18	广西体育中心二期项目网球中心	半敞开	甲级	30692.4	1430
19	广西体育中心二期项目游泳跳水馆	全封闭	甲级	30692.4	3600
20	援科特迪瓦阿比让体育场项目	半敞开	甲级	60150	5700
21	宁波奥体中心体育馆	全封闭	甲级	48811	4000
22	宜昌奥体中心体育场	半敞开	甲级	55704	6400
23	宜昌奥体中心体育馆	全封闭	甲级	29232	3200
24	马鞍山奥体中心体育场	半敞开	甲级	60789	6400
25	马鞍山奥体中心体育馆	全封闭	甲级	20673	2000
26	济南奥体中心	半敞开	甲级	350000	34900
27	济南奥体中心体育场	半敞开	甲级	128684	14400
28	济南奥体中心体育馆	全封闭	甲级	59777	5700
29	济南奥体中心网球馆	全封闭	甲级	31400	4100
30	济南奥体中心游泳馆	全封闭	甲级	42480	4500
31	山西体育中心体育场	半敞开	甲级	90066	9860
32	福州奥林匹克体育中心体育场	半敞开	甲级	119772	10000
33	福州奥林匹克体育中心体育馆	全封闭	甲级	44240	4200
34	福州奥林匹克体育中心网球馆	全封闭	甲级	20500	2000
35	福州奥林匹克体育中心游泳馆	全封闭	甲级	29820	2500
36	沈阳奥林匹克体育中心游泳馆及网球中心	全封闭	甲级	53911	8000
37	沈阳奥林匹克中心综合体育馆	全封闭	甲级	67981	8000
38	沈阳奥林匹克体育中心五里河体育场	半敞开	甲级	104000	10000
39	湛江体育中心游泳馆	全封闭	甲级	33616	2500
40	鄂尔多斯市体育中心	半敞开	甲级	113137	7200
41	鄂尔多斯市体育中心	全封闭	甲级	76877.56	6400
42	滨河体育中心体育馆及全民健身中心	全封闭	甲级	49033	5700
43	东西湖体育中心体育场	半敞开	甲级	40110	9300
44	东西湖体育中心体育馆	全封闭	甲级	22292	3200
45	东西湖体育中心体游泳馆	全封闭	甲级	16172	2000
46	乌鲁木齐奥林匹克体育中心体育场	半敞开	甲级	58644	7000
47	乌鲁木齐奥林匹克体育中心体育馆	全封闭	甲级	52172	8900
48	乌鲁木齐奥林匹克体育中心游泳馆	全封闭	甲级	16222	8900
49	西安体育中心体育场	半敞开	甲级	152550	15400
50	北京工业大学奥运羽毛球馆	全封闭	甲级	24388	4500
51	中国农业大学奥运摔跤馆	全封闭	甲级	23950	3200
52	广州亚运游泳馆	全封闭	甲级	29133	4500
53	南沙体育馆	全封闭	甲级	30236	5000
54	宝安体育场	半敞开	甲级	86949	8500
55	江门滨江体育中心游泳馆	全封闭	甲级	46775	5000
56	淮安体育场	半敞开	甲级	48884	4500
57	南昌体育中心综合体育馆	全封闭	甲级	39693	6100
58	南昌体育中心体育场	半敞开	甲级	82742	8800
59	第十三届全国冬季运动会冰上运动中心-速滑馆	全封闭	甲级	28288.73	4630
60	大庆市奥林匹克体育公园--体育馆	全封闭	甲级	29247.58	3200
61	大庆市奥林匹克体育公园--速滑馆	全封闭	甲级	23912	3000
62	嘉祥县体育馆	全封闭	乙级	22000	1600
63	长乐市首占营前新区市体育中心	半敞开	乙级	43584	6060
64	曲靖市体育中心体育场	半敞开	乙级	43000	3200
65	曲靖市体育中心体育馆	全封闭	乙级	15968	2000
66	绍兴县体育中心-体育场	半敞开	乙级	77500	4000
67	宁波奥体中心游泳馆	全封闭	乙级	35557	3200
68	宁波奥体中心全民健身中心	全封闭	乙级	37500	2000
69	宁波奥体中射击馆	全封闭	乙级	18552	2000
70	温州奥体中心体育馆	全封闭	乙级	27644	7700
71	宜昌奥体中心游泳馆	全封闭	乙级	27665	2500
72	宜昌奥体中心羽网中心	半敞开	乙级	21175	2500
73	宜昌奥体中心射击馆	全封闭	乙级	17473	1260
74	湛江体育中心体育场	全敞开	乙级	81564	4860
75	湛江体育中心体育馆	全封闭	乙级	28872	2500
76	泾县体育中心体育馆	全封闭	乙级	9979.95	2230
77	泾县体育中心全名健身中心	全封闭	乙级	6836.7	2230
78	庐江县体育馆	全封闭	乙级	12272	1600
79	寿县体育中心体育馆	全封闭	乙级	17966	1600
80	全椒县体育中心	半敞开	乙级	32076.4	3250
81	霍山县体育中心	全敞开	乙级	145740	7700
82	海东市体育中心	半敞开	乙级	62393	4500
83	上杭县体育中心体育场	半敞开	乙级	25139.31	2860
84	上杭县体育中心体育馆	全封闭	乙级	18187	2000
85	湖北赤壁体育中心体育场	全敞开	乙级	18040	3600
86	湖北赤壁体育中心体育馆	全封闭	乙级	19944	1600
87	丹东市新城区体育中心体育场	半敞开	乙级	46395	4000
88	北京市地坛体育馆	全封闭	丙级	14000	1600
89	南昌体育中心游泳跳水馆	全封闭	丙级	15064	1000

（未完待续！）

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