電力負(fù)荷預(yù)測方法研究

1、    電力負(fù)荷預(yù)測方法研究    郭晶晶摘要：電力負(fù)荷預(yù)測的開展始于上世紀(jì)八十年代初。最早的電力負(fù)荷預(yù)測工作完全依靠預(yù)測人員的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，沒有科學(xué)的理論做指導(dǎo)，預(yù)測誤差往往較大。隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)日趨復(fù)雜，單純地依靠人工預(yù)測己經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足預(yù)測的要求。因此，要求電力負(fù)荷預(yù)測更科學(xué)、更準(zhǔn)確，極大地促發(fā)了電力負(fù)荷預(yù)測理論研究的開展。關(guān)鍵詞：負(fù)荷，負(fù)荷預(yù)測abstract: the development of electric power load forecasting began in the 1980 s. the earliest po

2、wer load forecasting work depend entirely on the forecasters operation experience, no scientific theories do guidance, prediction error often larger. along with the development of the electric power industry, electric power system is complicated, simply rely on artificial prediction has been far fro

3、m meeting the requirements of the forecast. therefore, request power load forecasting more scientific and more accurate, greatly contributed to the electric power load forecasting theory research development.keywords: load, load forecasting：c39 ：a ：引言隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，電力負(fù)荷將不斷增長，正確的預(yù)測電力負(fù)荷是保證國民經(jīng)濟(jì)各

4、個(gè)部門及人們生活的電力需要，是電力工業(yè)自身建行發(fā)展的需要，也是電力規(guī)劃的基礎(chǔ)。作為電力規(guī)劃工作的重要組成部分，電力負(fù)荷預(yù)測成為地區(qū)和電網(wǎng)的電力發(fā)展速度、電力建設(shè)規(guī)模、電力工業(yè)布局、能源資源平衡以地區(qū)或電網(wǎng)資金和人力資源的需求和平衡提供可靠的依據(jù)，它對于保證電力工業(yè)的建行發(fā)展，及對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展均有著十分重要的意義。當(dāng)前，電力企業(yè)走向市場化對電力負(fù)荷預(yù)測提出了新的要求，需要充分引用最先進(jìn)的科學(xué)預(yù)測理論，做出符合市場需求的科學(xué)預(yù)測，是預(yù)測手段及預(yù)測結(jié)果滿足市場經(jīng)濟(jì)化的電力發(fā)展。負(fù)荷預(yù)測的概念、特點(diǎn)及分類負(fù)荷指電力需求量或者用電量，而需求量是指能量的時(shí)間變化率，即功率。也可以說，負(fù)荷指發(fā)電廠、供電地

5、區(qū)或電網(wǎng)在某一瞬間所承擔(dān)的工作負(fù)荷。對用戶來說，用電負(fù)荷是指連接在電網(wǎng)的用戶所有用電設(shè)備在某一瞬間所消耗的功率之和。電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測是指從已知的經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展和電力系統(tǒng)需求情況出發(fā)，在正確理論的指導(dǎo)下，通過調(diào)查研究掌握大量翔實(shí)的歷史數(shù)據(jù)并加以分析的基礎(chǔ)上，運(yùn)用可靠的方法與手段，探索事物間的內(nèi)在聯(lián)系和發(fā)展規(guī)律，以未來年份經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展情況的預(yù)測結(jié)果為依據(jù)，對電力負(fù)荷的發(fā)展趨勢做出科學(xué)合理的估計(jì)與預(yù)測。因此，電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測實(shí)際上是對電力市場需求的預(yù)測，核心是根據(jù)預(yù)測對象的歷史資料，建立數(shù)學(xué)模型來表述其發(fā)展變化的規(guī)律，從而得到合理的預(yù)測結(jié)果，為電力系統(tǒng)管理部門做出正確的決策提供依據(jù)和保證。負(fù)荷預(yù)測

6、按不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可以作以下幾種不同的劃分。按時(shí)間劃分負(fù)荷預(yù)測可以分為長期、中期、短期、超短期以及節(jié)日預(yù)測。負(fù)荷的長期預(yù)測一般指10年以上并以年為單位的預(yù)測,中期預(yù)測指5年左右并以年為單位的預(yù)測,它們的意義在于幫助決定電網(wǎng)的規(guī)劃、增容和改建,是電力規(guī)劃部門的重要工作之一。按預(yù)測內(nèi)容分類,負(fù)荷預(yù)測可以分為城市民用負(fù)荷、商業(yè)負(fù)荷、農(nóng)村負(fù)荷、工業(yè)負(fù)荷以及其它負(fù)荷的預(yù)測。按特性分類根據(jù)負(fù)荷預(yù)測表示的不同特性,常常又分為最高負(fù)荷、最低負(fù)荷、平均負(fù)荷、負(fù)荷峰谷差、高峰負(fù)荷平均、低谷負(fù)荷平均、平段負(fù)荷平均、全網(wǎng)負(fù)荷、母線負(fù)荷、負(fù)荷率等類型的負(fù)荷預(yù)測,以滿足供電、用電部門管理工作的需要。負(fù)荷預(yù)測的意義電力用戶是

7、電力工業(yè)的服務(wù)對象，隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，電力負(fù)荷將不斷增長。中長期負(fù)荷預(yù)測主要用于新的發(fā)電機(jī)組的安裝與電網(wǎng)的增容和改建。正確地預(yù)測電力負(fù)荷是保證國民經(jīng)濟(jì)各部門及人民生活的電力需要，是電力工業(yè)自身健康發(fā)展的需要，也是電力規(guī)劃的基礎(chǔ)。作為電力規(guī)劃工作的重要組成部分，電力負(fù)荷預(yù)測為地區(qū)或電網(wǎng)的電力發(fā)展速度、電力建設(shè)規(guī)模、電力工業(yè)布局、能源資源平衡，地區(qū)或電網(wǎng)間的電力余缺調(diào)劑，以及地區(qū)或電網(wǎng)資金和人力資源的需求與平衡提供可靠的依據(jù)，它對于保證電力工業(yè)的健康發(fā)展，乃至對于國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展均有著十分重要的意義。影響電力負(fù)荷的因素有很多，其中存在一些難以量化的因素，如政策、經(jīng)濟(jì)等影響，這些

8、因素之間又存在著一定的相關(guān)關(guān)系，因此，需要用復(fù)雜度更高的參數(shù)組來表述電力負(fù)荷在這些因素影響下的變化趨勢，如何分析參數(shù)間的聯(lián)系就成了研究重點(diǎn)。因此需要引入計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)的協(xié)整理論探求用電量及其影響因素的動態(tài)均衡關(guān)系。在此基礎(chǔ)上的預(yù)測方法能夠得到更為準(zhǔn)確的預(yù)測結(jié)果，能夠?yàn)殡娏σ?guī)劃提供更可靠的依據(jù)。電力負(fù)荷預(yù)測是計(jì)劃用電管理、合理安排電網(wǎng)運(yùn)行方式和制定機(jī)組檢修計(jì)劃的前提，是對發(fā)電、輸電和電能分配等工作進(jìn)行合理安排的必要前提。它對電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義，也是電網(wǎng)營銷決策時(shí)必須考慮的因素。它的重要性表現(xiàn)在幾個(gè)方面：（1）負(fù)荷預(yù)測工作是電力系統(tǒng)增容規(guī)劃的基礎(chǔ)。（2）準(zhǔn)確的負(fù)荷預(yù)測有利于進(jìn)行市場營銷分

9、析，采取適合的營銷策略組合。（3）準(zhǔn)確的負(fù)荷預(yù)測有利于電網(wǎng)采取正確的運(yùn)行方式。負(fù)荷預(yù)測的方法負(fù)荷預(yù)測的方法有很多種，用的比較多的有回歸分析法、趨勢預(yù)測方法、時(shí)間序列預(yù)測法，常用的還有概率預(yù)測法、彈性系數(shù)法、產(chǎn)值單耗法、專家系統(tǒng)預(yù)測法等。隨著負(fù)荷預(yù)測技術(shù)的發(fā)展，近年來又出現(xiàn)了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、模糊聚類法、小波分析、優(yōu)選組合預(yù)測等。這些方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在預(yù)測中要針對當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況采取相應(yīng)的預(yù)測方法。1.電力彈性預(yù)測法：電力彈性系數(shù)是電量平均增長率與國內(nèi)生產(chǎn)總值之間的比值，根據(jù)國內(nèi)生產(chǎn)總值增長速度結(jié)合電力彈性系數(shù)得到規(guī)劃期的總用電量。同時(shí)由于彈性系數(shù)值受到預(yù)測期的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)科技及工

10、藝水平、生活水平、電價(jià)水平及節(jié)電政策和措施等諸多因素的影響，所以如何確定預(yù)測期的電力彈性系數(shù)成為這種方法的關(guān)鍵。電力彈性系數(shù)法的優(yōu)點(diǎn)是能較好地把握電力負(fù)荷增長的趨勢及范圍，但是由于近年來產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，使得彈性系數(shù)意義在淡化，具體地區(qū)彈性系數(shù)波動太大，因此目前更傾向于以彈性系數(shù)法作為中長期負(fù)荷預(yù)測結(jié)果校核的一種手段。2.灰色預(yù)測法：灰色系統(tǒng)理論自80年代由我國學(xué)者提出以來，已在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。特別是在電力負(fù)荷預(yù)測中取得了一定的成績，它是自動控制科學(xué)和運(yùn)籌數(shù)學(xué)方法相結(jié)合的一門新理論，它為系統(tǒng)研究提供了新的科學(xué)方法和數(shù)學(xué)手段。部分信息已知、部分信息未知的系統(tǒng)稱為灰色系統(tǒng)。它把一切隨機(jī)過程看作

11、是在一定范圍內(nèi)變化的、與時(shí)間有關(guān)的灰色過程。對灰色量不是從統(tǒng)計(jì)規(guī)律的角度應(yīng)用大樣本進(jìn)行研究，而是采用數(shù)據(jù)生成的方法，將雜亂無章的原始數(shù)據(jù)整理成規(guī)律性強(qiáng)的生成序列再作研究?；疑A(yù)測技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是要求數(shù)據(jù)少，不考慮分布規(guī)律、不考慮變化趨勢、運(yùn)算方便、短期預(yù)測精度高、易于檢驗(yàn)等。缺點(diǎn)是當(dāng)數(shù)據(jù)的離散程度越大，即數(shù)據(jù)灰度越大，則預(yù)測精度越差，不適合電力系統(tǒng)的長期若干年的預(yù)測。3.趨勢外推法：當(dāng)電力負(fù)荷依時(shí)間變化呈現(xiàn)某種上升或下降的趨勢，并且無明顯的季節(jié)波動，又能找到一條合適的函數(shù)曲線反映這種變化趨勢時(shí)，就可以用時(shí)間t為自變量，時(shí)序數(shù)值y為因變量，建立趨勢模型yf(t)。當(dāng)有理由相信這種趨勢能夠延伸到未來時(shí)

12、，賦予變量t所需要的值，可以得到相應(yīng)時(shí)刻的時(shí)間序列未來值。這就是趨勢外推法。4.彈性系數(shù)法：彈性系數(shù)是電量平均增長率與國內(nèi)生產(chǎn)總值之間的比值，根據(jù)國內(nèi)生產(chǎn)總值的增長速度結(jié)合彈性系數(shù)得到規(guī)劃期末的總用電量。彈性系數(shù)法是從宏觀上確定電力發(fā)展同國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的相對速度，它是衡量國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和用電需求的重要參數(shù)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是：方法簡單，易于計(jì)算。缺點(diǎn)是：需做大量細(xì)致的調(diào)研工作。5.回歸分析法：回歸預(yù)測是根據(jù)負(fù)荷過去的歷史資料，建立可以進(jìn)行數(shù)學(xué)分析的數(shù)學(xué)模型。用數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的回歸分析方法對變量的觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，從而實(shí)現(xiàn)對未來的負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測?；貧w模型有一元線性回歸、多元線性回歸、非線性回歸等回歸預(yù)測模型。

13、其中，線性回歸用于中期負(fù)荷預(yù)測。6.時(shí)間序列法：就是根據(jù)負(fù)荷的歷史資料，設(shè)法建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型，用這個(gè)數(shù)學(xué)模型一方面來描述電力負(fù)荷這個(gè)隨機(jī)變量變化過程的統(tǒng)計(jì)規(guī)律性；另一方面在該數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上再確立負(fù)荷預(yù)測的數(shù)學(xué)表達(dá)式，對未來的負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測。7.專家系統(tǒng)法：專家系統(tǒng)預(yù)測法是對數(shù)據(jù)庫里存放的過去幾年甚至幾十年的，每小時(shí)的負(fù)荷和天氣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而匯集有經(jīng)驗(yàn)的負(fù)荷預(yù)測人員的知識，提取有關(guān)規(guī)則，按照一定的規(guī)則進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測。實(shí)踐證明，精確的負(fù)荷預(yù)測不僅需要高新技術(shù)的支撐，同時(shí)也需要融合人類自身的經(jīng)驗(yàn)和智慧。因此，就會需要專家系統(tǒng)這樣的技術(shù)。專家系統(tǒng)法，是對人類的不可量化的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行轉(zhuǎn)化的一種較好的方法。

14、但專家系統(tǒng)分析本身就是一個(gè)耗時(shí)的過程，并且某些復(fù)雜的因素(如天氣因素)，即使知道其對負(fù)荷的影響，但要準(zhǔn)確定量地確定他們對負(fù)荷地區(qū)的影響也是很難的。專家系統(tǒng)預(yù)測法適用于中、長期負(fù)荷預(yù)測。8.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測技術(shù)，可以模仿人腦做智能化處理，對大量非結(jié)構(gòu)性、非確定性規(guī)律具有自適應(yīng)功能。ann應(yīng)用于短期負(fù)荷預(yù)測比應(yīng)用于中長期負(fù)荷預(yù)測更為適宜。因?yàn)?，短期?fù)荷變化可以認(rèn)為是一個(gè)平穩(wěn)隨機(jī)過程。而長期負(fù)荷預(yù)測可能會因政治、經(jīng)濟(jì)等大的轉(zhuǎn)折導(dǎo)致其模型的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的破壞9.小波分析預(yù)測技術(shù)：小波分析是一種時(shí)域-頻域分析法，它在時(shí)域和頻域上同時(shí)具有良好的局部化性質(zhì)，并且能根據(jù)信號頻率高低自動調(diào)節(jié)采樣的疏密，它容

15、易捕捉和分析微弱信號以及信號、圖像的任意細(xì)小部分。結(jié)論負(fù)荷預(yù)測的方法很多，一些在很多領(lǐng)域運(yùn)用很成功的預(yù)測方法如回歸預(yù)測等方法同樣在電力負(fù)荷預(yù)測領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用。這些方法本身總的來說是很有效的，也積累了很多成功的經(jīng)驗(yàn)，但是這些方法的使用過程同時(shí)存在著一些需要深入探討和挖掘的問題。進(jìn)入二十一世紀(jì)，隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源供給出現(xiàn)短缺，在電能方如何實(shí)現(xiàn)削峰填谷，降低電力高峰負(fù)荷，提高負(fù)荷率，成為電力需求側(cè)管理的首任務(wù)。本文擬通過對電力負(fù)荷特性分析預(yù)測方法進(jìn)行研究，探索變負(fù)荷特性，提高電力負(fù)荷率，以達(dá)到電力能源的健康、可持續(xù)發(fā)展。負(fù)荷特性分析和預(yù)測是負(fù)荷管理的基礎(chǔ)，只有認(rèn)識和分析電力負(fù)荷的現(xiàn)狀，測未來負(fù)荷趨勢，才能找到負(fù)荷管理工作的切入點(diǎn)，尋找切實(shí)可行的管理辦法。參 考 文 獻(xiàn)1牛東曉，曹樹華，趙磊,等.電力負(fù)荷預(yù)測技術(shù)及其應(yīng)用.中國電力出版社,1998,1281332韋鋼,賀