編者按：本文是李炳華、霍銘、岳云濤、韓倩倩的論文，獲今年全國建筑電氣設(shè)計(jì)協(xié)作及情報(bào)交流網(wǎng)優(yōu)秀論文一等獎(jiǎng)，刊登在《建筑電氣》雜志上，供大家交流。

體育場館變壓器安裝容量的估算方法

李炳華¹霍銘²岳云濤²韓倩倩²

（1——悉地國際建筑設(shè)計(jì)顧問有限公司北京市 100013；

2——北京建筑大學(xué)北京市 100044）

摘要：針對目前體育場館變壓器安裝容量估算方法方面的不足，提出了基于支持向量機(jī)的體育場館變壓器安裝容量估算方法?；诂F(xiàn)有數(shù)據(jù)提取出影響體育場館變壓器安裝容量的三個(gè)主要特征，采用支持向量機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練并預(yù)測，并使用matlab進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，得出一種對體育場館變壓器安裝容量的估算方法；對預(yù)測結(jié)果進(jìn)行分析，得出本方法的使用范圍，并進(jìn)行驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：體育場館、變壓器安裝容量、預(yù)測方法、支持向量機(jī)

Method for estimating installation capacity of stadiumtransformers

LiBinghua¹Huo Ming²Yue 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體育場館負(fù)荷情況簡述

體育場館的變壓器安裝容量對變壓器選型、系統(tǒng)設(shè)置是非常重要的，能否準(zhǔn)確的預(yù)測就顯得尤為重要了，其方法是收集以往的變壓器安裝容量數(shù)據(jù)，擬合數(shù)學(xué)模型，同時(shí)考慮其影響因素，并根據(jù)體育建筑自身特性加以完善。由于電網(wǎng)的電能儲存比較困難、低效，所以電網(wǎng)提供的電能需與建筑物用電負(fù)荷保持一致，不然就會出現(xiàn)供用電的不匹配，電能利用效率變差，浪費(fèi)能源；或者電能供應(yīng)不足，嚴(yán)重的將會出現(xiàn)負(fù)荷斷電情況，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失，所以對于變壓器安裝容量預(yù)測的研究是十分有必要的。

體育場館負(fù)荷分級及負(fù)荷計(jì)算是基礎(chǔ)性工作，根據(jù)《體育建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ-354-2014，將負(fù)荷劃分為一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷、一級負(fù)荷、二級負(fù)荷和三級負(fù)荷，詳見表1-1。

表1-1體育建筑負(fù)荷分級

注：A包括主席臺、貴賓室及其接待室、新聞發(fā)布廳等照明負(fù)荷，應(yīng)急照明負(fù)荷，計(jì)時(shí)記分、現(xiàn)場影像采集及回放、升旗控制等系統(tǒng)及其機(jī)房用電負(fù)荷，網(wǎng)絡(luò)機(jī)房、固定通信機(jī)房、擴(kuò)聲及廣播機(jī)房等用電負(fù)荷，電臺和電視轉(zhuǎn)播設(shè)備，消防和安防用電設(shè)備等；
B 包括臨時(shí)醫(yī)療站、興奮劑檢查室、血樣收集室等用電設(shè)備，VIP辦公室、獎(jiǎng)牌儲存室、運(yùn)動員及裁判員用房、包廂、觀眾席等照明負(fù)荷，建筑設(shè)備管理系統(tǒng)、售檢票系統(tǒng)等用電負(fù)荷，生活水泵、污水泵等設(shè)備；
C 包括普通辦公用房、廣場照明等用電負(fù)荷；
D 普通庫房、景觀等用電負(fù)荷。

特級體育建筑中比賽廳(場)的TV應(yīng)急照明負(fù)荷應(yīng)為一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，其他場地照明負(fù)荷應(yīng)為一級負(fù)荷；甲級體育建筑中的場地照明負(fù)荷應(yīng)為一級負(fù)荷；乙級、丙級體育建筑中的場地照明負(fù)荷應(yīng)為二級負(fù)荷。
對于直接影響比賽的空調(diào)系統(tǒng)、泳池水處理系統(tǒng)、冰場制冰系統(tǒng)等用電負(fù)荷，特級體育建筑的應(yīng)為一級負(fù)荷，甲級體育建筑的應(yīng)為二級負(fù)荷。
除特殊要求外，特級和甲級體育建筑中的廣告用電負(fù)荷等級不應(yīng)高于二級。

體育建筑等級與類型對體育建筑變壓器安裝容量同樣影響巨大，根據(jù)《體育建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ 31-2003，將體育建筑等級劃分為特級、甲級、乙級、丙級及其他，將體育建筑分為體育場、體育館、游泳館，詳見表1-2、1-3。

表1-2體育建筑等級劃分

表1-3體育建筑的分類

2體育場館變壓器安裝容量的數(shù)據(jù)

2.1預(yù)測方法簡介

在1995年，Vapnik學(xué)者最先提出了支持向量機(jī)(Support Vector Machine,SVM)理論。SVM引入核函數(shù)技術(shù)將初始狀態(tài)下輸入空間中存在的線性、不可分的樣本數(shù)據(jù)投射到一個(gè)嶄新的特征空間中，目的是確保樣本數(shù)據(jù)具備線性、可分性，然后通過尋找一個(gè)最優(yōu)分類超平面的過程實(shí)現(xiàn)對新的特征空間中數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)及分類^[2]。SVM擁有適應(yīng)性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、時(shí)間快等優(yōu)點(diǎn)，受到學(xué)術(shù)界的青睞。

SVM是針對線性可分情況進(jìn)行分析，對于線性不可分的情況，通過使用非線性映射算法將低維輸入空間線性不可分的樣本轉(zhuǎn)化為高維特征空間使其線性可分，從而使得高維特征空間采用線性算法對樣本的非線性特征進(jìn)行線性分析成為可能。同時(shí)SVM基于結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化理論之上在特征空間中構(gòu)建最優(yōu)超平面，使得學(xué)習(xí)器得到全局最優(yōu)化，并且在整個(gè)樣本空間的期望以某個(gè)概率滿足一定上界。。SVM的出現(xiàn)代表著統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論中的又一類新的研究方向。自問世以來，SVM就得到了學(xué)者們的高度重視。目前，人們對SVM的研究也正在不斷地發(fā)展創(chuàng)新，確保了其在模式識別、分類以及回歸預(yù)測等諸多領(lǐng)域的實(shí)用性。SVM的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-1所示：

圖2-1支持向量機(jī)示意圖

本文采用支持向量機(jī)對體育建筑變壓器安裝容量進(jìn)行預(yù)測，選用徑向基核函數(shù)，并對參數(shù)g、懲罰因子C進(jìn)行優(yōu)化，將現(xiàn)有數(shù)據(jù)通過支持向量機(jī)進(jìn)行訓(xùn)練，建立出支持向量機(jī)預(yù)測模型。

2.2數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集應(yīng)為實(shí)際運(yùn)行實(shí)測有效數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)參數(shù)準(zhǔn)確且具代表性。采集歷史體育場館變壓器安裝容量是對其進(jìn)行變壓器安裝容量預(yù)測的前提條件，樣本數(shù)量直接影響預(yù)測模型的預(yù)測結(jié)果。若輸入樣本量不夠，則有可能導(dǎo)致建模困難，模型不能完全擬合，對預(yù)測結(jié)果影響較大；若輸入樣本量過多，會影響模型訓(xùn)練，出現(xiàn)發(fā)散或訓(xùn)練時(shí)間過長，嚴(yán)重者會得不到預(yù)測結(jié)果。因此，樣本量的選取應(yīng)因模型而異。

本文以所采集數(shù)據(jù)中的體育建筑等級、建筑面積（m²）和體育建筑類型作為輸入變量，體育建筑變壓器安裝容量（kVA）作為輸出變量，推導(dǎo)建立出支持向量機(jī)模型（SVM）。使用MATLAB平臺上的LIBSVM工具箱建模，并分析預(yù)測結(jié)果。

通過各方努力，采集到了全國各城市的多組體育建筑有效實(shí)測數(shù)據(jù)，本次所采集的體育建筑的參數(shù)主要有：體育建筑的名稱、類型（封閉與否）、等級、建筑面積以及變壓器總的安裝容量。

本次采集的數(shù)據(jù)量較大，本文從采集到的數(shù)據(jù)中篩選出89組具有代表性的體育建筑相關(guān)數(shù)據(jù)，具體如表2-1所示。

表2-1 部分體育建筑參數(shù)、數(shù)據(jù)

（未完待續(xù)?。?/span>