電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)方法綜述

吳丹

摘 要：負(fù)荷預(yù)測(cè)對(duì)電力系統(tǒng)的調(diào)度運(yùn)行和生產(chǎn)計(jì)劃有著前瞻性的作用，準(zhǔn)確的負(fù)荷預(yù)測(cè)在當(dāng)前的電網(wǎng)運(yùn)行中扮演越來越重要的角色。負(fù)荷預(yù)測(cè)在電力系統(tǒng)中指的是在充分考慮一些重要的自然條件、社會(huì)影響、增容決策、系統(tǒng)運(yùn)行特性等情況下，利用數(shù)學(xué)方法對(duì)過去或者未來的負(fù)荷進(jìn)行處理，在滿足一定精度的情況下，可以預(yù)測(cè)出某一特定時(shí)刻的負(fù)荷值。該文給出了電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)的概念，并論述了其意義，對(duì)現(xiàn)有的負(fù)荷預(yù)測(cè)方法進(jìn)行了分類與原理性的介紹，并對(duì)未來的發(fā)展方向做出了展望。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng) 負(fù)荷預(yù)測(cè) 新發(fā)展

中圖分類號(hào)：TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）12（a）-0098-01

電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)的結(jié)果可以在某種程度上反映負(fù)荷的發(fā)展現(xiàn)狀。通過預(yù)測(cè)結(jié)果，調(diào)度部門可以確定各規(guī)劃年用電負(fù)荷構(gòu)成、供用電量最大負(fù)荷、各供電區(qū)域各規(guī)劃年供用電量及規(guī)劃地區(qū)總的發(fā)展水平。負(fù)荷預(yù)測(cè)對(duì)于電源的建設(shè)規(guī)劃、發(fā)電機(jī)組的安裝和容量確定、電網(wǎng)的增容等都有重要的意義，同時(shí)也是推進(jìn)電力市場(chǎng)化合調(diào)控運(yùn)行的基礎(chǔ)。

1 負(fù)荷預(yù)測(cè)的概念

電網(wǎng)、供電區(qū)域或發(fā)電廠在某個(gè)時(shí)刻所承擔(dān)的用戶功率消耗之和稱為負(fù)荷。按照負(fù)荷在電力系統(tǒng)中所處的位置又可將負(fù)荷分為發(fā)電負(fù)荷、供電負(fù)荷和用電負(fù)荷；對(duì)于負(fù)荷檢測(cè)部分來說，負(fù)荷在時(shí)間上可分為年、月、日、時(shí)、分負(fù)荷。

2 負(fù)荷預(yù)測(cè)的作用和現(xiàn)狀

從電力系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在，負(fù)荷預(yù)測(cè)的地位也經(jīng)歷了從輕到重的變化。在1970年至1996年這近30年的缺電時(shí)間內(nèi)，由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)缺陷以及對(duì)于控制用電的力度等客觀存在的原因，負(fù)荷預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度并不高。而在1997年之后，我國(guó)的電力市場(chǎng)上供求關(guān)系發(fā)生了極大的變化，局部地區(qū)出現(xiàn)了供電的負(fù)增長(zhǎng)等，而有的地區(qū)的用電卻仍處于十分低迷的狀態(tài)，因而在當(dāng)下，我國(guó)對(duì)于負(fù)荷預(yù)測(cè)的高精度有了迫切的需要。

3 負(fù)荷預(yù)測(cè)的常用方法

3.1 單耗法

單耗法可分為“產(chǎn)品單耗法”和“產(chǎn)值單耗法”，一般在電力系統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)中采用的是“產(chǎn)品單耗法”。具體來說，產(chǎn)品單耗法指的是單位產(chǎn)品電耗法，通過產(chǎn)量和平均單位產(chǎn)品耗電量可以計(jì)算該產(chǎn)品的總電力需求量。由此得到總電力需求量的計(jì)算公式為：

式中A代表總電力需求量；b為產(chǎn)品需求量；q為產(chǎn)品單位的耗電量。

從單耗法的計(jì)算思路可以看出，由于短期內(nèi)產(chǎn)品耗能和產(chǎn)量等是可以通過現(xiàn)有的跡象判斷分析得出的，但是在實(shí)際操作中，每個(gè)產(chǎn)品的耗電量很難都有非常精確的結(jié)果，因此存在一定的局限性，且工作量也很大。

3.2 彈性系數(shù)法

國(guó)民經(jīng)濟(jì)平均增長(zhǎng)率和區(qū)域總用電量的平均年增長(zhǎng)率比值稱為電力彈性系數(shù)，計(jì)算方法如下：

其中，表示電力彈性系數(shù)，表示國(guó)民經(jīng)濟(jì)平均年增長(zhǎng)率，表示總用電量的平均年用電增長(zhǎng)率，表示規(guī)劃初期的總電力需求量，表示規(guī)劃末期的總電力需求量。

根據(jù)當(dāng)前社會(huì)的變化規(guī)律，電力彈性系數(shù)在一般情況下大于1。但是并不能簡(jiǎn)單的確定電力彈性系數(shù)的具體值，因而盡管彈性系數(shù)法方法簡(jiǎn)單、計(jì)算方便，但也存在工作量和結(jié)果精確度的問題。

3.3 回歸分析法

對(duì)歷史負(fù)荷進(jìn)行整理，可以發(fā)現(xiàn)負(fù)荷的變化規(guī)律以及引起負(fù)荷改變的原因，從而確定出回歸分析模型中的因變量、自變量和回歸方程。

數(shù)學(xué)模型的一般表達(dá)式為：

回歸分析法是通過純數(shù)學(xué)理論和建模的思想而確立的，預(yù)測(cè)速度快且過程簡(jiǎn)單，具有平滑的外推性能，對(duì)負(fù)荷有很強(qiáng)的擬合能力，各參數(shù)的估計(jì)方法成熟，能夠綜合考慮各個(gè)影響因素，適合預(yù)測(cè)中期負(fù)荷。回歸分析法的缺點(diǎn)是當(dāng)變化趨勢(shì)和分布律的穩(wěn)定性要求過高或者數(shù)據(jù)樣本不足時(shí)，無法確定回歸方程，并且難以詳細(xì)的描述負(fù)荷的各影響因素，精度也變得不能滿足要求。

4 電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)技術(shù)的新發(fā)展

4.1 人工神經(jīng)預(yù)測(cè)技術(shù)

解決時(shí)間序列預(yù)測(cè)問題（尤其是平穩(wěn)隨機(jī)過程的預(yù)測(cè)）多用ANN（人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)），因此在預(yù)測(cè)電力系統(tǒng)負(fù)荷時(shí)也可以用ANN。負(fù)荷預(yù)測(cè)是ANN在電力系統(tǒng)應(yīng)用中最為合適的一個(gè)領(lǐng)域，也是目前為止研究的較多的一個(gè)課題，已經(jīng)在現(xiàn)階段取得了明顯的成果。研究表明，與其他方法相比，ANN的預(yù)測(cè)結(jié)果更精確，具有良好的發(fā)展前景。但是因?yàn)榧夹g(shù)不成熟，還有一些問題存在。如，把針對(duì)一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的ANN直接的應(yīng)用在另一個(gè)系統(tǒng)上時(shí)，原來性能良好的ANN預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性會(huì)明顯減低。所以對(duì)于不同的系統(tǒng)，需要根據(jù)氣象和負(fù)荷變化規(guī)律選取不同的ANN結(jié)構(gòu)和模型、不同的數(shù)據(jù)處理方法和不同的特征參數(shù)。總而言之，需要做到具體系統(tǒng)具體分析。

4.2 小波分析預(yù)測(cè)技術(shù)

小波分析是一種時(shí)域—頻域分析法，對(duì)于不同頻段的成分可以進(jìn)行逐步精細(xì)和較小步長(zhǎng)的采樣，甚至可以聚焦到一個(gè)信號(hào)的任意細(xì)節(jié)點(diǎn)上，且對(duì)奇異信號(hào)非常敏感，具有很強(qiáng)的處理突變或微弱信號(hào)的能力。具體的說，小波分析法就是把一個(gè)信號(hào)的信息轉(zhuǎn)化成小波系數(shù)，從而可以更方便的進(jìn)行分析、處理、傳遞、儲(chǔ)存或重建原始信號(hào)。由于上述特點(diǎn)，小波分析法被廣泛的應(yīng)用在預(yù)測(cè)負(fù)荷等問題上。

通過對(duì)主要負(fù)荷的特征進(jìn)行提取，小波分析法可以對(duì)將來的負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)。并且除了考慮運(yùn)行頻率、次序時(shí)間、負(fù)荷出現(xiàn)的時(shí)段等常規(guī)特征，還需要考慮負(fù)荷產(chǎn)生的無功功率因素等其他特征，從而利用小波分析法來識(shí)別和細(xì)分不同的負(fù)荷，這也是小波分析法進(jìn)一步需要研究的方向。

5 結(jié)語(yǔ)

負(fù)荷預(yù)測(cè)是電力系統(tǒng)安全可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行規(guī)劃的基礎(chǔ)與前提，負(fù)荷預(yù)測(cè)的精確與否很大程度上影響著電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。現(xiàn)有的負(fù)荷預(yù)測(cè)方法盡管已經(jīng)非常多元化，但是每個(gè)方法都有缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。負(fù)荷預(yù)測(cè)的未來工作包括：提高預(yù)測(cè)模型參數(shù)估計(jì)的精確度、挖掘負(fù)荷變化的規(guī)律、加強(qiáng)對(duì)負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)的處理、把多種預(yù)測(cè)方法相結(jié)合、探索新的模型等。

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