西北電網電力負荷預測研究

【摘 要】西北地區經濟相對落后于其他地區，因此其經濟水平對國家整體發展水平至關重要。用電負荷能從側面反應經濟發展水平。近幾年西北地區用電負荷增長很快，其中也不乏不合理之處。為更深一步了解西北電網負荷特性，作者在整理分析西北電網歷史負荷數據電量數據的基礎上，用幾種預測電量方法，預測未來近十年電量增長情況，并對各種方法進行對比評價。最后發現雖然各種方法所預測的結果會有誤差，但基本走勢還是趨于一致。

【關鍵詞】西北電網；負荷預測；回歸預測；灰色預測；趨勢外推法

截至2008年底，包括陜西、甘肅、寧夏、青海、新疆等省區在內的西北地區統調裝機容量為5750.61萬千瓦，其中火電裝機3918.14萬千瓦，占該地區總裝機的68.1%，水電裝機1580.81萬千瓦，占該地區總裝機的27.5%，其它裝機為251.66萬千瓦，占該地區總裝機的4.4%。西北電網統調總發電量1981.06億千瓦時，其中火電發電為1523.82億千瓦時，水電發電為445.5億千瓦時，其他發電為11.55億千瓦時。機組平均利用小時數為5450小時，比2007年度下降520小時，地區全年社會用電量至2620億千瓦時。隨著西北地區經濟的發展和產業結構的調整，西北地區第三產業和居民生活用電增速將會加快，第二產業用電量增速將會隨著大比重的重工業結構的調整而減緩，西北地區的負荷特性將會發生變化。所以對西北電網進行負荷預測，能夠為以后電力電量的決策提供依據。電力系統負荷頂測是電力系統規劃管理工作中一個很重要的環節。新建電網中的電源布局、電網規劃中的電力平衡、舊電網改造及其現代電網的運行方式和各發電機組生產計劃安排，都與當地電力負荷有著十分密切的關系。電力負荷預測還是電力系統規劃的基本依據，因此，電力負荷預測工作要力求科學、準確以求得最佳經濟效益。目前，各種預測方法甚多，但回歸分析法簡單、易懂，具有一定的實用價值。

一、多元回歸分析預測

1.模型介紹。一般用回歸兩個字來表明一種現象伴隨著另一種現象的變化而發生變化的現象。根據某些影響因素的變動，來推測所研究對象的變化方向和程度，就是回歸預測。回歸預測是在定性分析的基礎上，對實際調查的定量資料進行分析，找出事物發展的內部因素，確定自變量與因變量以及它們之間的相互關系，得到一個回歸方程，然后利用回歸方程進行預測。它是一種利用事物發展變化的因果關系來預測未來發展趨勢的一種方法，所以又稱之為因果關系預測。根據結石變量的多少，分為單元回歸分析和多元回歸分析。在回歸分析中，隨機變量是自變量，非隨機變量是因變量，由給定的多組自變量和因變量資料研究二者之間的關系，形成回歸方程。回歸方程求得后，給定各自變量數值，就可求出因變量值。回歸方程根據自變量和因變量之間的函數形式，又可分為線性回歸方程和非線性回歸方程。多元回歸預測模型構建：y=b0+b1x1+b2x2+

b3x3+ε，其中x1表示經濟發展水平，x2表示工業化水平，x3表示城鎮化水平，ε則代表隨機誤差項。

2.西北電網電量需求預測。西北地區用電量相關指標歷史數據如表1。

SPSS軟件運行結果如下：

根據軟件輸出結果可得出具體的西北地區用電量預測多元回歸方程為：y=196.45+0.114x1+10.14x2-25.912x3+0.106x4。通過以上回歸結果可以看到：該方程的復相關系數R=0.9（決定系數R2=0.997），F=1022.2，說明該方程有效。VIF低于10，說明共線性較弱，不存在多重共線性。預測結果：

二、趨勢外推法

1.模型介紹。趨勢外推法將已有的各年度的電力負荷看作一個時間序列，利用最小二乘擬合等方法尋求電力負荷與時間的函數關系，并利用這個函數關系預測以后年度的電力負荷。趨勢外推方法在歷史數據的擬合方面是最好的，但是無法保證其外推效果的可靠性。其基本思想是未來的負荷變化規律是歷史的負荷變化規律的延續。根據歷史的負荷資料可以推算出未來的負荷變化情況。其中最簡單的是寫出趨勢曲線的解析函數。解析函數可以是線性的、拋物線的、指數曲線的等。趨勢曲線與歷史數據的曲線進行擬合，用最小二乘法求出趨勢曲線解析函數的各個系數，由確定了的趨勢曲線即可求得未來的負荷。

2.西北電網負荷預測。

在未來電量需求肯定按一定趨勢發展，用時間t為自變量，時序數值y為因變量，建立趨勢模型

y=f（t）。Y=aebt利用EXCEL分析工具分析出模型為：Y=871.6e0.110x。

預測結果：

根據結果所繪的趨勢圖：

3.預測結果。本研究5-2-1層網絡進行訓練，各層神經元傳遞函數分別取tansig，tansig，purelinh函數，trainlm訓練函數，進行計算。設定初始學習率為0.03，誤差為0.01，最大迭代次數為2000。

三、灰色預測法

1.模型介紹。灰色系統理論是20世紀80年代由我國鄧聚龍教授提出的用來解決信息不完備系統的數學方法。此理論將模糊控制方法和觀點擴展到復雜系統中，結合了運籌學與自動控制的數學方法，用來研究灰色性問題。灰色系統是部分信息已知、部分信息未知的系統。此系統將隨機過程視為一定范圍內不斷變化并且與有關時間的過程。它不是統計規律的角度利用大樣本研究，而是應用數據生成把雜亂無章的原始數據整理成規律性強的生成序列而后進行研究分析。GM（1，1）模型是最常用的一種灰色模型，它是由一個只包含單變量的一階微分方程構成的模型，是作為電力負荷預測的一種有效的模型。它是一種指數增長模型，當電力負荷呈嚴格指數增長時，從理論上已經證明，此方法具有預測精度高、所需樣本數據少、計算簡便和可檢驗等優點。

2.西北電力負荷預測。

四、結論

1.方法評價。回歸分析預測具有簡便，速度快、外推性好。但是對于歷史上未出現的情況有較好的預測性回歸預測對數據的要求高，特別是歷史數據殘缺或存在較大誤差的情況下，預測效果很不理想。對于描述比較復雜的情況，線性回歸過于簡單，而非線性回歸型的確定和參數估計又較為復雜。缺乏自學習能力，負荷結構變化，模型不修正，難以得到較準確的預測結果。趨勢外推方法可以保證對歷史數據的擬合是最好的，但不能保證外推效果的可靠性。灰色預測具有數據的要求少，分布規律、不需要考慮對變化趨勢和運算方便，短期內預測精度相對教高、易于檢驗等優點。但是當數據的離散程度越大，則預測精度就會越差，不太適合電力系統的長期若干年的預測對于具有波動性變化的電力負荷，采用GM（1，1）模型其誤差可能較大，難以滿足實際需要。

2.西北電力預測結果分析。雖然各種方法各有優點，也有其局限性，在實現途徑上也有所區別，但是總的預測不會出現太大沖突，所以可以看出我國西北地區電量需求在將來十年內有一個持續增長的發展趨勢。西北地區高耗能行業所占比重較大，尤其是2002年之后，經濟迅速發展，高耗能行業發展勢頭更加迅猛，重工業比重在工業結構中上升幅度較大，電網負荷基本保持以15%以上的增長速度快速增長，負荷曲線較平緩，負荷特性趨于良好。西北地區在經濟快速發展、產業結構趨于優化的情況下，勢必會推動第三產業和居民生活用電需求，而隨著大比重的重工業結構的調整，第二產業用電量增速將會而有所減緩，因此地區負荷特性將會發生很大變化，預計未來西北地區將將與中東部地區現階段性負荷特性相接近。

3.西北電力發展的建議。一是大力發展能源基地，使電力產業規模化；二是加強需求側管理，改善負荷特性；三是開展電力系統負荷特性研究。

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