有關短期電力負荷預測的研究

趙 堃

（四川省電力公司綿陽電業局，四川 綿陽 621000）

短期的電力負荷預測能夠對未來的幾小時或者是幾天的相關電力負荷進行預報，它是能量管理系統一個重要的組成部分，保障電力系統的經濟、安全的運行。對短期電力負荷預測進行研究已經成為一個重要課題。

一 短期電力負荷預測概述

（一）電力負荷預測的意義

負荷預測即從之前的歷史資料以及與之有影響的一些因素出發，比如說經濟、政治、以及氣象等等，探索出負荷之間的一些變化以及規律，然后對于未來的一種用電需求進行預見的估計。

對于短期電力負荷的預測有著重要的意義。具體體現在以下幾點：

第一，能夠準確的進行電力負荷的預測，對于正在運行中的發電廠的一些出力要求提出相應的預告，能夠預先的對于發電機的出力變化相關情況進行估計，這對于裝機容量小的孤立電網來說，進行短期的符合預測是很有必要的。

第二，容量稍微大一些的電網，為了能夠科學經濟合理的安排本網中各個發電機的停機與啟動，這樣以便使得系統在合理安全的范圍內能夠保持旋轉的儲備容量其耗費達到最小，進行短期的負荷預報也是很有必要的。

第三，在電網進行計算機的在線控制時，就應該用較為短期的預測信息將發電容量通過合理的調度予以實現，力求滿足于給定的相關運行技術要求，使得發電的成本降為最小。

第四，在電力系統中，隨著電力市場的建立以及發展，和電力的相關體制改革，電力運行的指標就是經濟性，這也對短期的負荷預測相應的提出了更高的要求，對于短期電力預測將不再僅僅是作為EMS 的一個部分，而且也是進行電力市場指導與交易的一個很重要的依據。在電力市場的條件下進行短期的負荷預測不單單是技術性的問題也是一個經濟問題，所以說，電力市場的不斷發展也需要精確的短期發揮的預測。

（二）電力負荷預測技術的發展及現狀

短期的預測負荷技術經歷了從開始的離線分析到現在的在線應用，從過去的過分的對于調度員的依賴到現在的自動化以及智能化的一個轉變的過程，它經歷了大約三個時期。

最為早期的負荷預測是僅僅依賴于調度員檢驗，但是因為沒有科學理論的指導，對于不同的調度員其預測的結果經常是存在著較大的差異性，此外，調度員的經驗都是慢慢在實踐中進行積累起來，因此，對于那些沒有經驗的新調度員根本就不能勝任這項工作。

到了二十世紀大約七十年代，一些關于數學的統計方法已經被引進了短期的負荷預測之中，這就使得短期的負荷預測能夠超出并擺脫了必須要依賴于調度員的經驗工作的一個歷史，進而將短期的負荷預測提高了一個高度，其中比較典型的算法有確定性時間的分析法、狀態空間法、回歸分析法等等。

在二十世紀大約九十年代開始，在短期負荷預測技術中出現了人工的智能技術，比如專家系統法、人工神經的網絡、灰色預測法、模糊性推理等等。其中人工的智能技術主要是來解決一些關于不確定性問題以及非線性問題，但是與數學的統計相比起來，人工智能的預測方法在進行預測的工程中進而考慮到了更多不確定的一些因素，比如說天氣因素、溫度因素、季節因素、以及人工經驗等等，這些技術在實際的預測過程中提高了預測的精度。

這些方法在電力系統中的短期負荷預測中盡管得到了廣泛的運用，但是其都有自己的局限性，所以說，在將各種預測模型進行綜合的組合方法也得到了很廣泛的關注。優選組合預測一般是有兩種預測方法：第一，將各種預測的方法其所得到的結果，進而選取一些適當的權重來加權平均；第二，在這幾種預測的方法里加以比較，然后選擇標準離差最小的或者是擬合優度最好的預測模型將之作為一種最優的模型來預測。

二 短期負荷預測的特點以及其影響因素

電力的負荷預測是以電力負荷以及其影響因素作為一種歷史數據，然后建立一種模型，科學的預測未來的電力負荷。短期的負荷預測具有一種不確定性以及隨機性，所以這就導致了負荷有著以下特點：第一，對于預測的結果并不是確定的，具有一種不確定性；第二，對于各種負荷預測往往是在一定的條件下進行，其具有空間性；第三，短期的負荷預測一般是在一定時間與范圍內進行，其具有時間性；第四，因為預測的結果具有條件性以及不準確性，因此說其具有多方案性的特點。

負荷預測一般是根據過去的歷史相關資料，來建立一種數學模型進而對未來進行預測，所以一般會受到以下影響；第一，天氣情況；第二，歷史數據；第三，日期類型；第四，社會事件；第五，預測模型。

筆者對于四川綿陽有關天氣情況是否能對短期負荷電力造成一定的影響進行了調查，通過對比，在溫度條件以及節假日都相同的基礎上，由于這一天四川綿陽的天氣出現了降雨，溫度較低，很涼快，短期電負荷出現了下降的現象，這就進一步的反映出了天氣因素對于實際的短期電力負荷的影響。

三 短期負荷預測方法

短期的負荷預測因為受到天氣的變化以及社會活動與節日類型的各種因素的相互影響，所以在時間序列方面就會表現為一種非平穩的隨機的過程，但是在系統負荷的各種影響因素中都具有規律性，這就為有效的進行預測奠定了相應的基礎。在目前來看，短期負荷預測的方法有很多，可以歸結為以下幾種：經典預測的方法、智能預測的方法、傳統的預測方法、對于電力的負荷預測其研究的核心就是怎樣利用歷史數據，來建立預測的模型，然后預測未來的時刻以及某一時間段內的負荷值。所以說，影響短期負荷預測的精度主要因素就是預測的模型以及數據信息是否可靠。隨著天氣預測水平的提高以及現在的電力系統的管理信息相關系統的建立，很輕易的就能夠獲取歷史數據，所以說，短期的預測其核心問題就是預測模型的水平，看其水平的高低。具體方法有以下幾種：

（一）經典方法

第一種，回歸分析法。即以歷史數據的變化規律作為基礎，尋找因變量與自變量之間的關系，將模型的參數予以確定，這樣來推斷出負荷值。這種方法的優點就是結構形式以及計算的原理較為簡單，對于預測的速度也較快，其外推行比較好，也能夠很好的預測對于歷史上沒有出現過的情況。其存在的不足之處就是對于一些歷史數據要求還是過于高，結構形式比較簡單，精度也比較低，這種模型不能詳細的進行對于影響負荷因素的描述，對于模型的初始化還存在著一定的難度，所以說起需要較高的技巧以及豐富的經驗。

第二種，時間序列法。電力負荷的一些歷史數據就是根據時間的間隔記錄下來的一種有序的集合，所以說它是一個時間序列。根據歷史數據，來建立一種數學模型，確立負荷預測的相關表達式，然后對未來的負荷進行預測。

這種方法的優點就是工作量小，所需要的數據少，此外計算的速度也快，對負荷近期的變化的連續性能夠準確的反映。但是這種方法只是對于比較均勻的短期預測，對于一些不確定的因素還考慮不健全，如果是天氣變化比較大，或者是遇上一些節假日，預測的誤差也就比較大。

（二）智能預測法

第一種，專家系統法。這種方法是基于一種知識的程序設計而建立的計算機系統，能夠擁有某一領域的專家的經驗或者是基礎知識，然后在推理的基礎上對于未來進行預測。這種方法的優點就是能夠對于各種因素進行全面的考慮，全過程程序化，其具有快速決斷以及建模簡單的優點。此外，專家系統擁有豐富的知識以及經驗，可以不但的積累并豐富，可靠性比較好，其工作的效率也高，可以將復雜的數值計算予以避免，進而得到準確的結果。

但是這種方法在進行預測的過程中經常會出現差錯，此外，因為各地的負荷都有自己的特征，專家系統都是針對一些具體的系統，所以就不能直接的應用于一些其他的系統。

第二種，人工神經的網絡法。這種方法優點就是能夠適應大量的非結構性以及非精確性的一些規律，具有自主學習、信息記憶、以及知識推理的一些特點。有很強的計算能力、容錯能力、復雜映射的能力等等。缺點就是神經網絡的相關層數以及神經元的個數往往是主觀經驗來確定的，對于網絡結構不能科學的確定，學習的速度也比較慢等。

此外還有很多方法，比如小波分析法、綜合模型預測法、模糊預測法等等。

總結：短期負荷預測的精度與水平有著很重要的意義，其直接影響著電力系統的安全性與經濟性以及供電的質量。相關工作人員應該積極的探索一些新思路與方法，進一步滿足于市場經濟背景下對短期負荷預測提出的新要求。此外，在實際的運用中，應該根據不同地方的短期負荷預測的特征做到靈活的運用。

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