電力系統負荷預測方法分析及應用

王學申 劉剛 黑龍江省電力有限公司，哈爾濱 150000

電力系統負荷預測方法分析及應用

王學申 劉剛 黑龍江省電力有限公司，哈爾濱 150000

本文在分析負荷預測的特點的基礎上，分析了電力系統負荷預測的方法及應用，其包括單耗法、彈性系數法、趨勢外推法、負荷密度法、回歸分析法等，旨在與廣大同業者共同提高。

電力系統；負荷預測

一、電力系統負荷預測的特點

（一）資料的收集與整理

首先我們先來看下資料的收集與整理。負荷預測是按照實際的國民經濟以及電網的相關歷史數據，再結合后續城鄉發展計劃和國民經濟整體計劃等資料所做出的預測活動。但是實際情況是，有些與電網負荷預測相關的資料，由于管理或其他原因無法完整的收集起來，并且收集的資料也可能存在數據不準確的問題，因此在完成資料收集后，還需要再做認真的分析與整理。收集資料的過程中，如果要對規劃區域內的全部用電量做出預測，那么就要將該地區電源發電量以及供本區的電量和大電網的直供電量等進行全面的資料收集，以免出現重復或者遺漏等現象。

（二）負荷發展分析

縣級電網的供電負荷增長相對有較大的變化，因此要深究其根本原因。如果條件允許，可以把某些主要供電區域、或者大用戶進行分別計算，做單獨的分析與研究。

（三）規劃協調

按照我國現階段的經濟增長速度，我國的國民生產總值有著較高的年增長率。在經濟產業結構中第二、第三產業的發展都相對較快，此外工業的建設以及城鎮的建設等都有著諸多項目，所以做好電網的規劃對促進縣市經濟的發展都有著非常重要的意義。省級電網的規劃要以市、縣級的電力系統負荷分析為基礎，但是也不能脫離省級電網的規劃原則以及整體框架。

二、電力系統負荷預測的原理

可以說建立一個負荷模型是預測即將運行的電力系統負荷的最直接有效的辦法。通常來講，負荷模型包含兩個層面的意義，其一是負荷的時空特性，其二就是負荷電壓和頻率特性。先來看一下負荷的時空特性，即所指的是隨著時間與空間分布的不同而產生不同的負荷。這種負荷模型相對比較復雜，我們通常采用負荷時間曲線對這種特性加以描述，因此，負荷曲線按照時間來劃分，就可以分為日負荷、周負荷以及季度負荷和年度負荷；如果按照時空劃分負荷曲線，則其又可以分為系統、節點以及用戶的負荷曲線；如果按照負荷的性質進行劃分，那么負荷曲線又可以分為工業負荷、農業負荷、市政負荷以及生活負荷等等。對于負荷的電壓和頻率特性來說，負荷可以作為電壓與頻率的非線性函數，其公式表示如下：

其中：αj、βj、γj、θj均為系數，而Kpj、KQj、Cpj、CQj則為指數。在日常的計算過程式，一般采用負荷假定，假定PDi和QDi在某個給定的時刻時為常數，即其與系統的電壓及頻率無關。負荷假定也可以用于安全經濟運行的狀態下。

安全經濟運行的過程中，負荷模型通常是指其未來時空特性，所以也可以稱作為負荷預測模型。一般來說，負荷預測模型的內容非常廣泛，不但要在運行的過程中對其進行短期或者實時的負荷預測，在規劃電力系統時網絡及電源的發展方案也要做長期負荷的預測。主要采用概率統計來預測負荷，最有效的分析工具即為時間序列分析。不過需要注意的是，由于其預測的是未來的負荷，因此會客觀存在一定的誤差。電網的安全經濟運行要尋求未來的發電計劃，此處所指的未來是一個極為廣義的概念，其既可以是幾分鐘的實時調方案，也可以是幾個小時的準時調度方案，既可以是次日的離線調度，也可以是一周或者更長時間的長期調度案等等。研究未來負荷預測誤差的產生主要是因為某些不確定因素與負荷變化的規律不相符，比如由于自然災害導致的事故停電，那么負荷曲線就會在該時段形成突變的區段。此時就要進行人工干預，即不能再完全依賴預測模型所得出的結果。不過從另一方面來看，也不可由于不確定因素的存在，就對負荷變化作全盤的否認，其實很多時候負荷預測模型的計算還是相對比較準確的。

三、負荷預測的方法

（一）單耗法

按照計劃產品的數據以及用電的單耗，推算出年用電數量，這種方法通常用于有單耗指標的工業，以及部分農業的負荷預測，可以說是一種非常有效的辦法。在進行具體的預測時，可以先按照城市經濟發展實際狀況的規劃目標，通過分析規劃期內每年的工農業產值指標、主要工業的規劃指標以及統計往年國民經濟產品生產過程中的單位耗電量、億元產值耗電量等等，按照調整產業結構的一般規律，最終分析出每種產品以及產值的綜合單耗；接下來再根據國民經濟相關部門所編制的產量指標、經濟指標預測出單耗。這種方法具有方法簡單、預測短期負荷效果好等優點，但是也其精準度無法得到有效的保證，并且需要花費大量的人力物力進行調研工作。

（二）彈性系數法

所謂的電力彈性系數指的是地區總用量年平均增長率和工農業總產值的平均增長率之比，其所反映的是電力發展和國民經濟發展的宏觀指標。具體表達式如下所示：

Vw為國民經濟生產總值平均增長的速度

n 為所規劃的年限通常來講，電力工業的發展與國民經濟生產總值相比要適當的超前，即電力彈性系數一般會大于1。不過因為電力彈性系數又受著當地負荷結構以及負荷性質的影響，而且是分析了歷史資料和各類用電比重的發展趨勢后而確定的，所以通常在進行宏觀的負荷預測以及校核中期負荷預測時會采用彈性系數法。

（三）趨勢外推法

如果電力負荷會按照時間的變化而呈現出某種趨勢，比如上升或者下降，而且其中沒有明顯的季節的波動，可找出反映其波動的函數曲線時，那么就可建立起一個趨勢模型，如下式表示為：

其中：t 為時間自變量

y 為時序數值因變量

如果可以相信這種趨勢能夠向未來延伸，那么當賦予t所需的值時，就可以得出相應時刻的時間序列未來值，這種方法我們稱其為趨勢外推法。外推法又有多種，比如預測對數趨勢、線性趨勢、指數曲線趨勢、二次曲線趨勢以及生長曲線趨勢等等。這種方法的特點是進行預測時只需歷史數據即可，但是一旦負荷有變動，那么相應的誤差也比較大。

（四）負荷密度法

負荷密度指的是每km2平均的負荷值。這種方法無法預測出整個城市的負荷密度，但是可以將城市進行區域劃分然后再進行區域負荷密度的預測。具體的方法為：先計算出區域內現狀及歷史的分區負荷密度，再按照地區的發展規劃及負荷發展特點，推算出每個區域目標年限的負荷密度預測值。而分區中少量的大用戶，可以作為點負荷進行單獨的計算。采用該方法時，要將預測地區經濟社會以及電力負荷由于外界因素而表現出跳躍式發展的特點考慮在內。由此可見，采用負荷密度法時要注意其直觀性。

（五）回歸分析法

利用回歸分析法進行負荷的預測，是按照歷史資料建立起相關的數學模型，再對該模型作數學分析。采用統計學中回歸分析法分析變量觀測數據，最終預測出未來的負荷值。一般回歸模型包括一元線性、多元線性、非線性等幾種。通常我們在預測中期負荷時可以采用線性回歸法，其優勢在于預測的精度相對較高，所以預測中短期的負荷常用到，但其也存在一定的不足，比如無法詳細的統計出規劃水平年的工農業總產值；再者，盡管回歸分析可以預測出綜合用電負荷的發展，但是卻沒辦法計算出各區域的負荷發展。

[1] 郭帥. 電力系統短期負荷的預測[J].山西煤炭管理干部學院學報.2010(2)

[2] 劉志瀚. 電力系統負荷預測的應用分析[J]. 電氣時空.2011(11)

[3] 馬瑩瑩. 電力系統短期負荷預測方法綜述[J].黑龍江科技信息.2010(3)

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.08.004