基于進(jìn)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的短期電力負(fù)荷預(yù)測(cè)研究

◆唐詩(shī)

基于進(jìn)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的短期電力負(fù)荷預(yù)測(cè)研究

◆唐詩(shī)

（揚(yáng)州大學(xué) 江蘇 225000）

電力負(fù)荷的預(yù)測(cè)影響著電力儲(chǔ)蓄和輸送的工作質(zhì)量，所以提高電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的精準(zhǔn)度對(duì)提高電力部門(mén)的效率具有重要意義。隨著時(shí)代的發(fā)展，電力系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)變得越來(lái)越復(fù)雜，電力負(fù)荷的形式也越來(lái)越多樣化，像非線性變化、事變、和不確定變化越來(lái)越突出，為了適應(yīng)這一變化，誕生了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，與傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)方法相比較，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)的精準(zhǔn)度更高、非線性映射、自學(xué)能力都得到了提高，為電力負(fù)荷預(yù)測(cè)做出了卓越的貢獻(xiàn)。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；電力負(fù)荷；預(yù)測(cè)研究

這幾年，電力負(fù)荷預(yù)測(cè)中廣泛的使用BP網(wǎng)絡(luò)，它具有自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可以完美的與電力預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)相結(jié)合，對(duì)一些數(shù)據(jù)非線性變化和不確定變化具有很好的分析處理能力，對(duì)電力負(fù)荷的預(yù)測(cè)具有很重要的價(jià)值。短期電力負(fù)荷預(yù)測(cè)是運(yùn)營(yíng)商向用戶(hù)提供服務(wù)的基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的電力負(fù)荷預(yù)測(cè)有SVM、回歸法等預(yù)測(cè)方法，這些方法具有施工難度低、便于操作等特點(diǎn)，但是對(duì)電力負(fù)荷預(yù)測(cè)不是很精準(zhǔn)，會(huì)影響運(yùn)營(yíng)商的基本判斷，以至于造成用戶(hù)流失等現(xiàn)象。而B(niǎo)P網(wǎng)絡(luò)就很好地解決了這些問(wèn)題，在電力負(fù)荷預(yù)測(cè)中能夠確保預(yù)測(cè)的精度，對(duì)電力行業(yè)具有卓越的貢獻(xiàn)。

1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷預(yù)測(cè)概述

短時(shí)間內(nèi)電力系統(tǒng)負(fù)荷可以看作是一個(gè)時(shí)間序列。從算法的角度出發(fā)，會(huì)有兩種預(yù)測(cè)的方式，一種是在參數(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行預(yù)測(cè)，另一種是不在參數(shù)額基礎(chǔ)上進(jìn)行預(yù)測(cè)，本篇文章所探討的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)短期電力負(fù)荷預(yù)測(cè)是不在參數(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行預(yù)測(cè)的，這種預(yù)測(cè)方式的優(yōu)點(diǎn)有，不用對(duì)模型信號(hào)進(jìn)行假設(shè)，與使用參數(shù)的預(yù)測(cè)方法相比，其使用范圍更廣。在短期電力負(fù)荷預(yù)測(cè)中，把以前的負(fù)荷數(shù)據(jù)當(dāng)作參考的依據(jù)，用來(lái)計(jì)算出未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，便于BP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的映射關(guān)系，適用于未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)[1]。

2 負(fù)荷預(yù)測(cè)的應(yīng)用價(jià)值

負(fù)荷在電力系統(tǒng)中作為重要的一項(xiàng)元素，對(duì)電力系統(tǒng)的整個(gè)運(yùn)行起著不可或缺的影響作用。因此，電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)就由此發(fā)展起來(lái)了，通過(guò)對(duì)負(fù)荷做出一個(gè)判斷和預(yù)估，從而更好地幫助電力系統(tǒng)穩(wěn)定、安全的運(yùn)行，尤其是在現(xiàn)如今的電力市場(chǎng)中，電力負(fù)荷預(yù)測(cè)更是擁有著巨大的研究?jī)r(jià)值。

因?yàn)殡娔艿漠a(chǎn)生、運(yùn)輸、使用幾乎都是在同時(shí)進(jìn)行的，所以不能大面積存儲(chǔ)，而且電能的使用關(guān)系著國(guó)計(jì)民生，與人們的生活息息相關(guān)。所以，電力系統(tǒng)內(nèi)的可發(fā)電量應(yīng)該在正常的輸送條件下，都可以承受住負(fù)荷的要求，這樣一來(lái)，就可避免掉突發(fā)的停電事故，也不會(huì)造成人們不能正常生活的現(xiàn)象出現(xiàn)。但是實(shí)際上，電網(wǎng)部門(mén)還是缺乏這部分意識(shí)的，在察覺(jué)到發(fā)電量不足時(shí)，才去采取措施補(bǔ)救，來(lái)增加輸送量，這需要一個(gè)轉(zhuǎn)換的過(guò)程，而且在等待轉(zhuǎn)換的時(shí)間內(nèi)也勢(shì)必會(huì)帶來(lái)或小或大的負(fù)面影響。因此，電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)該充分認(rèn)識(shí)到負(fù)荷預(yù)測(cè)的應(yīng)用價(jià)值，更是未來(lái)電網(wǎng)行業(yè)工作人員所具備的基礎(chǔ)技能之一，對(duì)電力負(fù)荷數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)可以有效估計(jì)出各地區(qū)的電力發(fā)展水平和輸送量，從而保障一方經(jīng)濟(jì)的平穩(wěn)運(yùn)行，也是促進(jìn)國(guó)家電力系統(tǒng)又好又快發(fā)展的有力措施[2]。

3 負(fù)荷預(yù)測(cè)原理與步驟

（1）基本原理

電力負(fù)荷預(yù)測(cè)是根據(jù)現(xiàn)有的負(fù)荷數(shù)值及發(fā)展規(guī)律，來(lái)預(yù)判電力負(fù)荷在接下來(lái)的時(shí)間段里發(fā)展的趨勢(shì)和一些變化情況，所以要對(duì)預(yù)測(cè)的原理進(jìn)行科學(xué)的總結(jié)和規(guī)劃，以此來(lái)更好完成預(yù)測(cè)工作。預(yù)測(cè)主要依靠這幾種原理：可知、可能、連續(xù)、相似、反饋、系統(tǒng)等幾種原理。

（2）基本步驟

首先，進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)要對(duì)負(fù)荷的預(yù)測(cè)目標(biāo)有一個(gè)心理估算。其次將原來(lái)的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)收集并整理，同時(shí)進(jìn)行分析，對(duì)一些沒(méi)有利用價(jià)值的數(shù)據(jù)就可以進(jìn)行篩選和剔除，以此來(lái)讓后續(xù)的數(shù)據(jù)能夠保持可靠和真實(shí)有用，從而確保預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。然后，統(tǒng)籌安排預(yù)測(cè)各環(huán)節(jié)，根據(jù)手上的資料和數(shù)據(jù)，選擇合適的使用方法。最后，就是對(duì)預(yù)測(cè)的結(jié)果和數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析，看各個(gè)因素對(duì)電力負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果的影響大小，及判斷預(yù)測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)性。

4 電力短期負(fù)荷預(yù)測(cè)對(duì)于電網(wǎng)的運(yùn)行和優(yōu)化具有重要作用

（1）優(yōu)化電力調(diào)度方面

電力調(diào)度指的是電力公司根據(jù)實(shí)際的用電情況對(duì)電力進(jìn)行調(diào)度分配，要想對(duì)調(diào)度進(jìn)行優(yōu)化就要做好負(fù)荷的預(yù)測(cè)，因?yàn)轭A(yù)測(cè)的結(jié)果數(shù)據(jù)能夠直接反應(yīng)調(diào)度的工作分配情況，所以，要對(duì)電力預(yù)測(cè)進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估是電力調(diào)度的一項(xiàng)重要工作項(xiàng)目。在相關(guān)的規(guī)章制度中也明確地指出，工作人員在預(yù)測(cè)電力負(fù)荷、發(fā)電、運(yùn)輸?shù)确矫娑家刻爝M(jìn)行工作計(jì)劃的編制，并嚴(yán)格按照計(jì)劃執(zhí)行。例如，發(fā)電站必須按照每天的發(fā)展日程運(yùn)行，并按照日程安排進(jìn)行電力調(diào)整等。

（2）保障電網(wǎng)的運(yùn)行

隨著各個(gè)行業(yè)的迅猛發(fā)展，國(guó)家經(jīng)濟(jì)、工業(yè)產(chǎn)量都得到的很大的提升，人們的生活水平也越來(lái)越高，對(duì)電的運(yùn)用也越來(lái)越多，人們的生活已經(jīng)離不開(kāi)電，這就造成了電力行業(yè)的巨大壓力。這就需要電力部門(mén)在電網(wǎng)安全的前提下，依據(jù)電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的結(jié)果分析出實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)高效控制辦法，優(yōu)化電資源，來(lái)保證電力的平衡。假如某一個(gè)地方發(fā)生電力事故，導(dǎo)致電力中斷，讓系統(tǒng)能夠及時(shí)啟動(dòng)備用電源，減少損失，保障人民的安全用電。

（3）提升經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和電力的使用增加，讓供應(yīng)和需求之間得不到一種平衡的狀態(tài)，要想打破這種不平衡就需要準(zhǔn)確的電力預(yù)測(cè)分析，才能解決各種突發(fā)事件，從而達(dá)到對(duì)各機(jī)組啟動(dòng)優(yōu)化，節(jié)約成本，讓電力部門(mén)的經(jīng)濟(jì)靈活性得到提升。同時(shí)，隨著電力行業(yè)的改革發(fā)展，以及未來(lái)發(fā)展的形式，電力負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性直接影響著電力部門(mén)在未來(lái)電力行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中的優(yōu)勢(shì)，是電力企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益的重要手段之一。

5 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本原理

（1）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本特性

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是電力的動(dòng)力系統(tǒng)，它具有高度非線性、規(guī)模大、連續(xù)時(shí)間等特點(diǎn)，它的主要作用體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)全局作用、大規(guī)模并行處理、學(xué)習(xí)能力以及時(shí)間非線性動(dòng)力等方面，同時(shí)它也具備一般系統(tǒng)的非線性特征，所以說(shuō)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是電力上比較好的信息處理系統(tǒng)。

（2）BP網(wǎng)絡(luò)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中對(duì)誤差進(jìn)行反向的傳播，這就是BP網(wǎng)絡(luò)，BP網(wǎng)絡(luò)是1986年被提出的，它是一種單向多層前向網(wǎng)絡(luò)。從結(jié)構(gòu)上看，該網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)多層網(wǎng)絡(luò)，分別為：輸入、輸出、隱藏層，它是可以通過(guò)學(xué)習(xí)來(lái)調(diào)整各個(gè)層的數(shù)值，它除了輸入層外其他的層都是通過(guò)非線性單元輸入的，當(dāng)確定一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的輸入模式時(shí)，它從輸入層到隱藏層在傳輸?shù)捷敵鰧樱敵鰧釉诮?jīng)過(guò)處理最終形成一個(gè)輸出模式，這種模式就被稱(chēng)作是前向傳播，在輸出的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，誤差會(huì)沿著各個(gè)層在進(jìn)行傳遞，這就是后向傳播，誤差會(huì)在各個(gè)層之間被修正，就這樣前向和后向傳播在不斷地循環(huán)，知道誤差越來(lái)越小，滿(mǎn)足需要，這時(shí)BP網(wǎng)絡(luò)就可以使用了。

圖1 傳統(tǒng)BP網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)結(jié)構(gòu)

（3）BP算法

BP算法是以梯度下降法為基礎(chǔ)的，利用其搜索，是網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際輸出值和預(yù)計(jì)輸出值將誤差縮減為最小，其過(guò)程可以分為三個(gè)階段。第一階段：信息從輸入層到輸出層各個(gè)層計(jì)算的過(guò)程。第二階段：根據(jù)輸出層的網(wǎng)絡(luò)輸出和所需輸出結(jié)果的誤差調(diào)整信息，并將信息從輸出層反饋到輸入端的過(guò)程。第三階段：根據(jù)調(diào)整后的網(wǎng)絡(luò)重新訓(xùn)練樣品的過(guò)程。

6 基于BP網(wǎng)絡(luò)的短期負(fù)荷預(yù)測(cè)

（1）BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)過(guò)程

在具體的實(shí)施過(guò)程中，首次創(chuàng)建模型后，要依據(jù)輸入和輸出的量來(lái)構(gòu)建訓(xùn)練所需的樣本，若樣本庫(kù)中有不符合的數(shù)據(jù)則必須先刪除。配置好訓(xùn)練樣本后，可以訓(xùn)練模型。網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)束后，可以再根據(jù)歷史資料，預(yù)測(cè)當(dāng)天或T時(shí)的負(fù)荷數(shù)字。

（2）處理數(shù)據(jù)

系統(tǒng)負(fù)荷建模需要非常多的數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)的采集一般都是依據(jù)電量采集器所進(jìn)行的，會(huì)受設(shè)備本身和數(shù)據(jù)傳輸中的各因素所影響，同時(shí)還受到人為因素的影響，所以在收集的數(shù)據(jù)中往往有很多不合理的數(shù)據(jù)，一旦這些不合理的數(shù)據(jù)被采用，那么所建的模型肯定會(huì)存在很大的誤差，有可能導(dǎo)致預(yù)測(cè)算法的分散，對(duì)實(shí)際的分析帶來(lái)一定的影響，所以，把這些數(shù)據(jù)運(yùn)用在實(shí)際之前，要先進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和篩選。

（3）規(guī)范數(shù)據(jù)

在測(cè)試之前，為了不讓神經(jīng)元飽和的現(xiàn)象出現(xiàn)，一般把負(fù)荷數(shù)據(jù)和各特征量在ANN輸入層的數(shù)據(jù)規(guī)范為[1，1]，如圖2所示。

圖2 函數(shù)圖

（4）天氣數(shù)據(jù)處理

為了充分反映聲音、溫度、濕度等因素對(duì)也負(fù)荷的影響，將預(yù)測(cè)日的天氣狀況、陰晴、溫度作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)，根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的要求，本文根據(jù)天氣特征進(jìn)行分類(lèi)。晴天、陰天、雨天、雪天的處理值分別為0、0.4、0.7、1.0。

7 結(jié)語(yǔ)

由文章中的信息可以了解到，本文通過(guò)對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和電力負(fù)荷預(yù)測(cè)應(yīng)用的研究與分析，要做好這些還是需要付出一定努力和時(shí)間的，所以，需要各行各業(yè)的支持和配合，尤其是電力行業(yè)的鼎力相助，才能保障我國(guó)整個(gè)電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，促進(jìn)電力系統(tǒng)在現(xiàn)代化社會(huì)得到升級(jí)和發(fā)展，這些都有益于社會(huì)的進(jìn)步。

[1]周步祥.電力系統(tǒng)短期負(fù)荷預(yù)測(cè)方法的研究[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2018（67）.

[2]王冰山.電力短期負(fù)荷的多變量時(shí)間序列線性回歸預(yù)測(cè)方法研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2006（24）.