一種基于產業結構的電力需求預測模型

林華淵

(長沙理工大學，湖南 長沙 410114)

一種基于產業結構的電力需求預測模型

林華淵

(長沙理工大學，湖南 長沙 410114)

電力需求分析是電力系統安全平穩運行的前提和基礎。本文從產業結構演變規律出發，將全社會用電量分成一產用電、二產用電、三產用電和居民生活用電，建立一種基于灰色理論模型的電力需求預測方法，用于預測中長期用電需求波動變化，實現經濟社會與電網協調發展。

產業結構；用電需求預測；灰色理論

電力系統用電需求的影響因素有很多，其中產業結構對電力負荷的作用不可忽視。電力系統對工業生產和人民生活有直接影響。

1 基于灰色模型的電力需求預測方法

1.1 電力需求預測的主要方法

中長期負荷預測由于歷史數據的匱乏，以及不同地區電網與負載等的差異導致很難確定可以長期有效使用的預測方法。而且國內電網規劃的逐漸成型、電力公司的壟斷經營，使得中長期預測研究方向更加難以發展。但是準確的中長期的負荷預測對今后的電力系統的規劃、設計與完善起著舉足輕重的作用。如今電力產業發展迅速，利用合適的模型對電力負荷進行預測，能對負荷以后的發展方向做出準確的預測。與短期負荷預測類似，可將常用的模型歸納如下幾類：線性回歸模型、指數平滑模型、神經網絡模型以及灰色模型。

1.2 基于灰色模型的電力預測方法

灰色預測法通過對灰色信息進行分析，得到那些已知部分，從而準確認識與控制整個系統。實現灰色預測首先需要將無規律數據累計加成，從而獲取一些更具規律的新數列，從而建立更易分析的模型，然后利用這種模型進行預測，并還原整個模型，而這個最終模型就稱作灰色預測模型。該方法屬于一類新興學科，已經逐漸發展并應用于經濟與工業控制方面。

整個灰色模型建立及其預測過程如圖1所示。其中需要注意的是：當數據波動較大時，需要建立多個模型，結合當地歷史數據與地區實際情況，選擇更符合要求的預測模型，特別當預測精度不夠時，需要重新建立殘差灰色模型，采用等維度灰數遞補動態模型及時更新數據對提升灰色預測法的精度幫助很大，而且當修正參數α還能進一步修正時，還需要進行參數的修正。

圖1 灰色預測模型計算的流程圖

在電力負荷的系統中電網容量、生產能力、大用戶情況、某些主要產品耗電信息以及供電機組等相關情況是已經明確的；天氣環境變化，如臺風、冰雹，地區活動等等情況是不明朗的，這些因素都將會帶來很大的不確定性。所以地區電力負荷系統實際上是一個典型的灰色系統，具有灰色模型的基本條件，符合灰色預測的基本特征。灰色系統理論的實質是將無規律的、雜亂無章的原始數據進行處理，即灰色生成，從而得到規律性較強的新數列，利用生成的數列建立模型。灰色預測所需要的采樣數據少，原理簡易，運算快捷，而且預測精度教高，在中長期負荷預測中得到了廣泛使用。

1.3 建立灰色預測模型

建立灰色預測模型的步驟如下。

（1）生成一次累加序列。對原始數列中的相同類型的數據依次進行累加，從而形成新的序列。若某類的原始數列為：

（2）一次擬合參數。通過解 G(1,1)模型可以得到響應函數為：

其中：k 為 0、1、2…，且

其 中 當 -a ≤ 0.3 時， 灰 色 GM(1,1) 能 夠應用在中長期預測中，并且預測精度很高；當0.3 ＜ -a ≤ 0.5 時， 此 模 型 能 夠 應 用 在 短 期 預 測中，而且精度較好，但是中長期預測則精度不足，因 而 需 要 慎 重 使 用； 當 0.5 ＜ -a ≤ 0.8 時， 灰 色GM(1,1)能夠應用于短期預測中，但精度不足，因此需要慎重使用；當 0.8 ＜ -a ≤ 1 時，應該使用殘差修正后的灰色 GM(1,1)模型；當 1 ＜ -a 時，灰色GM(1,1)模型預測精度很低，因而不采取此模型。

（3）計算預測值。通過對響應函數進行累減還原得到預測函數為：

2 實例分析

2.1 某地區各產業用電量原始數據

我們通過查閱統計資料獲取了某地區 2008-2015 年第一產業、第二產業、第三產業用電量數據和居民生活用電量數據，具體值如表1所示。根據該地區的實際情況，建立一個基于該地區產業結構的中長期用電量預測模型，通過分別預測出第一產業、第二產業、第三產業的用電量，然后將其各部分用電量相加得到全社會用電量的預測值。

2.2 對各部分用電量預測

通過灰色 GM(1,1)模型對第一、第二、第三產業以及居民生活用電量分別進行預測，并對預測模型精度進行檢驗。

表 1 某地區 2008-2015 年各產業結構的用電量

（1）對第一產業 用電量進行預測。2008 ～2015 年當地第一產業用電量的原始數據為：

其中：k 為 0、1、2、3……。

（2）對第二產業用電量進行預測。2008-2015年當地第二產業用電量的原始數據)0(2x 為：

其中：k 為 0、1、2、3……。

（3）對第三產業用電量進行預測。2008-2015年當地第三產業用電量的原始數據)0(3x 為：

其中：k 為 0、1、2、3……。

（4）對全社會用電量進行預測。全社會用電量即第一產業、第二產業、第三產業總和。在 2008 ～2015 年的當地居民生活用電量預測值如圖2 所示。

3 產業結構與電力需求協調發展的建議

圖2 全社會用電量實際值與預測值

該地區需要通過不斷優化產業結構，從而保障社會經濟的增長和電力能源的使用。針對該市產業結構優化調整的有3個方面：推動工業發展，強調以工業為主導地位；促進農業升級，強化農業的基礎地位；大力發展服務業，優化第三產業。在進行產業結構調整時，應當建立起以節約電能為中心的資源節約型體制。大力使用新技術提高各產業資源的利用率，提高生產效率，減少能源消耗。以服務業為主的第三產業，雖然目前相對滯后，但具有很大的發展潛力。加強服務業的發展不僅能夠優化該地區的經濟結構，加強經濟增長，還能夠降低在經濟發展的過程中所帶來的電力能源損耗。最后必須根據負荷發展與分布情況，進行明確的電網規劃，在滾動規劃中適當調整工程投產時間和資金安排計劃。在城市發展規劃中強調電網規劃、新增變電站點和建設主要輸電走廊通道。抓緊開展電力設施布局規劃調整工作，以便盡快納入城市土地利用總體規劃，并在各分區控制性詳規中予以落實，以滿足城市發展的用電需要。

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