淺析電力負荷預(yù)測

1、淺析電力負荷預(yù)測摘要：本文首先介紹了電力負荷預(yù)測的定義和作用，然后分析了影響電力負荷預(yù)測的因素、預(yù)測方法，最后，指出了電力負荷預(yù)測技術(shù)的發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞：電力負荷預(yù)測 作用 影響因素 預(yù)測方法0 引言電力負荷預(yù)測是制定發(fā)電計劃和電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃的基礎(chǔ),精確的負荷預(yù)測對于電力系統(tǒng)經(jīng)濟、安全、可靠地運行具有重要意義。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,各種各樣的負荷預(yù)測方法不斷涌現(xiàn)。電力系統(tǒng)負荷具有是不可控性和具有按天、按周、以及按年的周期性變化特性,負荷預(yù)測具有不準確性、條件性、時間性和多方案性。負荷的組成是多種多樣的且不斷變化 的,其影響因素也是多種多樣的,組成負荷需求的社會是一個大系統(tǒng),負荷預(yù)測是一

2、個系統(tǒng)工程,想用某種單一的理論去研究負荷預(yù)測是困難的,所以需要廣泛研究各種負荷預(yù)測方法。1 電力負荷預(yù)測概述1.1 電力負荷預(yù)測的含義 電力負荷預(yù)測包括兩方面的含義，即用以指安裝在國家機關(guān)、企業(yè)、居民等用戶處的各種用電設(shè)備，也可用以描述上述用電設(shè)備所消耗的電力電量的數(shù)值。電力負荷預(yù)測是以電力負荷為對象進行的一系列預(yù)測工作。從預(yù)測對象來看，電力負荷預(yù)測包括對未來電力需求量（功率）的預(yù)測和對未來用電量（能量）的預(yù)測以及對負荷曲線的預(yù)測。其主要工作是預(yù)測未來電力負荷的時間分布和空間分布，為電力系統(tǒng)規(guī)劃和運行提供可靠的決策依據(jù)。1.2 電力負荷預(yù)測的作用電能不能大量貯存的特點使得電力系統(tǒng)必須隨時保持供

3、需平衡，并向各類用戶盡可能經(jīng)濟地提供可靠和合乎標準的電能，以滿足他們對負荷的需求。因此，為保證電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行，必須要掌握負荷的變化規(guī)律，以及未來的變化趨勢。隨著電力市場改革的深入，作為電力市場主體的各電力公司要立足于電力市場，其一切經(jīng)濟活動就必須以經(jīng)濟效益為中心，并把深入研究電力市場的供需形勢及其發(fā)展作為公司經(jīng)營活動的基礎(chǔ)。因此，做好電力負荷預(yù)測工作是準確把握市場脈搏、分析未來電力需求走勢的必要工具。在電力系統(tǒng)運行、控制和計劃管理中，負荷預(yù)測決定了發(fā)電、輸電和配電的合理安排，既是電力系統(tǒng)規(guī)劃的重要組成部分，又是提高電力企業(yè)的經(jīng)濟效益和促進國民經(jīng)濟發(fā)展的重要因素之一。2 影響電力負荷預(yù)

4、測的因素在電力負荷預(yù)測中，很多因素不同程度地影響著電力荷的預(yù)測值。有些因素因自然而變化，比如氣象。有些因按地區(qū)條件產(chǎn)生差異，如工農(nóng)業(yè)發(fā)展速度;有些因素是無法估計的重大事件，如嚴重災(zāi)害等，并且各個因素對負荷的影響可能是不一樣的，而且同一因素的不同水平對負荷的影也是不同的。2.1 時間因素目前系統(tǒng)中的最大負荷小時數(shù)越來越小，時間對負荷的影響越來越大。對負荷預(yù)測有重要影響的時間因素主要有3種：季節(jié)變化、周循環(huán)、法定節(jié)假日。其中季節(jié)變化和氣候有不少的關(guān)聯(lián)，周循環(huán)則與工作日的情況有關(guān)系，這些還是比較好考慮的。時間因素中以節(jié)假日符合預(yù)測最為困難。 在我國除了“五一”、“十一”、元旦，還有傳統(tǒng)的春節(jié)、清明節(jié)

5、、端午節(jié)、中秋節(jié)。這些節(jié)日對負荷預(yù)測準確性的影響也很大。春節(jié)是負荷變化最大時節(jié)，相當數(shù)量的工廠停產(chǎn)，民用負荷占負荷總數(shù)的比重很大。春節(jié)期間實際負荷的大小，與諸多因素有關(guān)，如：工廠的停產(chǎn)情況、負荷的自然增長率、當時的天氣情況等，比如今年南方的大雪，不僅使人們對于電力的要求變得巨大，另一方面還是我們的電網(wǎng)遭受很大的損壞，是很多負荷脫離電網(wǎng)，這是準確的預(yù)測可以說是不可能的。 “五一”、“十一”是雖然是法定長假，但由于國家具有補休的政策，這就導(dǎo)致一些工廠并非按長假休息，具體如何休假沒有一定的規(guī)律，具有較大的隨機性，從而負荷波動很大2.2 能源市場經(jīng)濟變化帶來的影響： 最近國際油價，煤價一路飆升，是許多

6、用油用氣用煤的設(shè)備運行在成本大漲，從而大量的轉(zhuǎn)向用電，以及電動車的興起都導(dǎo)致用電負荷的大量增加。再者，目前煤價大漲、煤質(zhì)不好、也開始影響到發(fā)電廠的經(jīng)濟效益，全國的很多電廠基本都是在虧本的情況向進行發(fā)電，在發(fā)電虧本的情況下上網(wǎng)負荷極不穩(wěn)定，有的隨時停機的可能，從而你對負荷預(yù)測造成了很大的影響。2.3 工農(nóng)業(yè)等宏觀產(chǎn)業(yè)用戶因素的影響： 工農(nóng)業(yè)等宏觀產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟因素可以包括：供電區(qū)域人口多少、工業(yè)生產(chǎn)水平以及工業(yè)的類型、電器設(shè)備的數(shù)量和變化特性也即負荷的特性、政策發(fā)展趨勢變化和經(jīng)濟趨勢，另外，電力系統(tǒng)的管理政策，如電力需求管理及電價素也將對負荷變化產(chǎn)生影響。這些經(jīng)濟因素對負荷影響的時間比較長，長于一周時

7、間。在季節(jié)變化及年度變化時，根據(jù)這些因素對負荷預(yù)測值的修正是十分重要的。其中國家經(jīng)濟政策對電力系統(tǒng)的影響尤為重要。可以說他可以決定一個電力系統(tǒng)乃至一個地區(qū)的發(fā)展方向。如果國家決定在某個地區(qū)投資興建大型的煉鋼廠等耗電量極大的企業(yè)，那么這些企業(yè)的用電情況將給負荷預(yù)測帶來極大的困難。因為各地區(qū)用電大戶一旦增多。必然會有一些大用戶用電存在無序性，使得調(diào)度部門難以準確掌握大用戶負荷特性以及用戶的停產(chǎn)、設(shè)備檢修等情況，從而影響負荷預(yù)測的準確性。其次電氣化鐵路等沖擊負荷也對負荷預(yù)測準確率造成一定的影響，我國最近幾年修建的技術(shù)非常先進的幾干線可定會對沿線的符合預(yù)測造成影響。 由資料統(tǒng)計我們可以知道電網(wǎng)中大用戶

8、負荷變化對負荷預(yù)測準確性的影響大約占20% 資料： 臺資獨資企業(yè)京陽水泥廠是鎮(zhèn)江電網(wǎng)負荷較大的用戶之一，該廠一般情況下的用電負荷在2830 MW。由于該廠為自動化程度較高的生產(chǎn)水泥廠家，若廠內(nèi)部分設(shè)備故障停產(chǎn)，就會造成負荷較大幅度降低(1520 MW)，甚至會造成全廠停產(chǎn)。而該廠部分或全部停產(chǎn)，就會造成電網(wǎng)負荷變化幅度加大，影響負荷預(yù)測的準確性。2.4 負荷特性分析和預(yù)測方法的影響目前，由于很多地區(qū)在負荷種類結(jié)構(gòu)以及變化因素上的統(tǒng)計分析工作不夠深入系統(tǒng)，導(dǎo)致在需要歷史數(shù)據(jù)進行對照時無法展開工作，對于負荷特性和相關(guān)變化規(guī)律的總結(jié)也就無從談起。而現(xiàn)實當中，不少電網(wǎng)的省調(diào)及地調(diào)在預(yù)測曲線的制作時僅憑

9、預(yù)測人員的經(jīng)驗辦事，科學(xué)使用的預(yù)測軟件應(yīng)用率比較低。而人工經(jīng)驗為主要手段預(yù)測由于數(shù)據(jù)性不強、方式單一，其預(yù)測結(jié)果也有一定的局限性。2.5 地理因素 地理因素可以包括一個大區(qū)域內(nèi)不同環(huán)境下的負荷。比如一個城市的新老城區(qū)在負荷預(yù)測上就應(yīng)該用不同的參數(shù)或者方法來對待。一方面老城區(qū)內(nèi)的用電設(shè)備由于使用年限都比較久了，故障率、用電損耗率之類可能都會增加預(yù)測的時候應(yīng)該要考慮到這一點。同樣，新城區(qū)雖然用電設(shè)備比較新，故障率、用電損耗率肯定也比較低，但是新城區(qū)發(fā)展很快，負荷每年每季度增長率可能很大并且也是在不斷變化中的。在負荷預(yù)測中也應(yīng)該考慮這些因素。2.6 管理與政策的影響負荷預(yù)測是一項技術(shù)含量很高的工作，

10、然而負荷預(yù)測工作在很多地區(qū)還沒有得到足夠的重視，基礎(chǔ)工作薄弱，考核標準過于寬松，與大用戶的信息溝通不暢，大用戶的用電缺乏計劃性和有序性；預(yù)測人員缺乏良好的綜合素質(zhì)、較高的分析能力和豐富的運行經(jīng)驗，不適應(yīng)高標準工作的要求。3 電力負荷預(yù)測的方法3.1 單耗法主要是依據(jù)計劃產(chǎn)品數(shù)量生產(chǎn)間和用電單耗計算出年用電總量，這種負荷預(yù)測方法對部分農(nóng)業(yè)負荷和單耗指標的工業(yè)比較實用，是個最直接最有效對部分農(nóng)業(yè)負荷和單耗指標的工業(yè)的電力負荷預(yù)測方法。負荷預(yù)測時，可以根據(jù)城市經(jīng)濟發(fā)展的整體規(guī)劃，利用規(guī)劃期內(nèi)各年份的農(nóng)業(yè)工業(yè)生產(chǎn)目標，對過去國民經(jīng)濟的各部門產(chǎn)品生產(chǎn)中的單位耗電量，億元耗電量進行分析統(tǒng)計，找出其中存在的

11、規(guī)律，找出各種產(chǎn)值的單位耗電量。單耗法的豐要缺點有：調(diào)研工作任務(wù)量大，統(tǒng)計數(shù)字結(jié)果也不夠準確。其優(yōu)點有：預(yù)測方法相對簡單，對眼前的電力負荷預(yù)測效果良好。負荷預(yù)測的主要自揚水負荷、電氣化鐵路負荷、日常工農(nóng)業(yè)用電負荷等構(gòu)成。使用單耗法進行電力負荷預(yù)測的企業(yè)通常是能耗高、造紙和建材業(yè)，使用這種負荷預(yù)測方法基本能夠和企業(yè)的實際電力使用相同。3.2 彈性系數(shù)法電力彈性系數(shù)是一個地區(qū)用電總最的平均年增長率和工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟牛產(chǎn)總值增長率的一個比值，是一個宏觀反映國民經(jīng)濟發(fā)展和電力發(fā)展之間關(guān)系的一個指標。k=vwv, wh=(1+kv)n wo式中wo，wh電量初期、末期計算；k電力彈性系數(shù)；v國內(nèi)生產(chǎn)總值平均增

12、長速度；vw用電量平均增長速度；n規(guī)劃年限從以上概念可知如果工農(nóng)業(yè)的正常率速度比較大，那么電力彈性系數(shù)值就會大于1，電力彈性系數(shù)通常是依據(jù)地區(qū)負荷性質(zhì)、電力結(jié)構(gòu)，并且在在對各類用電比重的發(fā)展趨勢或以往資料重新分析后才確定的，所以，這種負荷測試法教適用于中長期的宏觀負荷3.3 趨勢外推法當電力負荷根據(jù)時間的變化表現(xiàn)出上升或下降趨勢，并且這種變化趨勢不存在季節(jié)波動趨勢，這種變化趨勢又能夠用一個函數(shù)大致反映，可以把時間變化定義為比變量t，y定義為因變量，根據(jù)t和y之間的關(guān)系構(gòu)建一個y=fm模型。這種電力負荷法就是趨勢外推法。趨勢外推法包括多種有對數(shù)趨勢預(yù)測法、二次函數(shù)趨勢預(yù)測法、對數(shù)趨勢預(yù)測法等。趨

13、勢外推法的缺點是：電力負荷如果發(fā)生大的波動，則預(yù)測的誤差范圍變大。其優(yōu)點是：只需較少的歷史數(shù)據(jù)就可建立模型。3.4 負荷密度法其指的是每km2平均電力負荷值。對整個城市的電力負荷密度并不是直接預(yù)測，而是根據(jù)城市的功能分區(qū)或城市區(qū)域進行預(yù)測。首先，計算出城市過去和現(xiàn)在的電力負荷密度，依然依據(jù)城市地區(qū)的規(guī)劃建設(shè)和電力負荷發(fā)展特點，計算出個區(qū)域年電力負荷密度預(yù)測值；對分區(qū)中存在的幾個用電大戶，可單獨對其進行電力密度負荷預(yù)測。使用負荷密度法對某地進行電力負荷預(yù)測時，要考慮到該地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展和電力負荷不伴隨某種因素發(fā)生跳躍式變化。3.5 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是有許多簡單的神經(jīng)元非線性構(gòu)成的一個系統(tǒng)。雖然

14、每一個神經(jīng)元的功能和結(jié)構(gòu)相對簡單。但是這些簡單的神經(jīng)元構(gòu)成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較負責，功能智能化，比如，具有較強的計算能力、記憶能力、學(xué)習能力、容錯能力等?，F(xiàn)在，國際t研究和適用最普遍的是這四種基本模型或改進模型，即概率網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)、多層感知器、自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。帶有隱層的前饋型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)在電力系統(tǒng)負荷預(yù)測中使用最廣的一種，其是有若干層隱層構(gòu)成的。目前最簡單使用的誤差法訓(xùn)練算法，其本質(zhì)是梯度算法。其把所有的相關(guān)數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)、在對其進行樣本模擬訓(xùn)練后，便可使用電力負荷預(yù)測。優(yōu)點是：類似人腦那樣智能化處理；具有自適應(yīng)那些非精確非結(jié)構(gòu)性的能力；能記憶信息、會自主進行學(xué)習、優(yōu)

15、化計算和推理知識等優(yōu)點。缺點是：無法使用已有的信息對初始值進行確定；學(xué)習過程比較緩慢，處理突發(fā)事件的能力不夠強。4 負荷預(yù)測技術(shù)的發(fā)展趨勢電力系統(tǒng)將是一個數(shù)字化、信息化、互聯(lián)、交直流并存、電能質(zhì)量大大提高的強大系統(tǒng)。電力科技與其他學(xué)科發(fā)展將會更加交融和促進,電力系統(tǒng)與許多領(lǐng)域發(fā)展的相關(guān)性變得越來越大,特別是信息融合技術(shù)出現(xiàn)后,在解決同一個問題時,會有許多的不同領(lǐng)域的辦法,各學(xué)科也不再分得那樣細,人工智能,專家系統(tǒng),統(tǒng)計學(xué)理論,小波理論、模糊理論,灰色理論等均已經(jīng)與電力系統(tǒng)的許多領(lǐng)域相結(jié)合并在實際中也解決了許多問題。使得負荷預(yù)測技術(shù)具有如下發(fā)展趨勢: 4.1 近現(xiàn)代方法取代經(jīng)典、經(jīng)驗方法,綜合考

16、慮影響負荷的各種因素二十世紀60年以來提出的回歸法、時間序列法、指數(shù)平滑法主要基于負荷形狀及函數(shù)形式對負荷進行研究,主要把負荷預(yù)測的不確定性歸為隨機性,運用概率論與數(shù)理統(tǒng)計的方法進行處理,存在的缺點有:模型的定階、求解、識別困難;模型的適應(yīng)性不強;模型與數(shù)據(jù)不分離,建模所需數(shù)據(jù)量大,運算速度慢;精度低等?；疑A(yù)測法、專家系統(tǒng)法、卡爾曼濾波法、小波分析法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法除了考慮負荷形狀等因素外,還涉及影響負荷的許多外在因素,如天氣狀況、日期特征等,因而精度進一步提高,具有較好的發(fā)展前景。 4.2人工智能技術(shù)與現(xiàn)代數(shù)學(xué)理論結(jié)合應(yīng)用 包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的人工智能技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于短期甚至中長期負荷預(yù)測。除

17、了各種單一人工智能技術(shù)的應(yīng)用負荷預(yù)測外,還有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊系統(tǒng)的結(jié)合、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法的結(jié)合、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與混沌方法的結(jié)合、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專家系統(tǒng)及模糊系統(tǒng)的結(jié)合、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與小波分析方法的結(jié)合等正成為研究熱點。 4.3應(yīng)用組合預(yù)測技術(shù) 單一預(yù)測方法所用的信息是有限的,不同的預(yù)測方法所用信息是不會完全相同的,將各種單一預(yù)測結(jié)果進行組合可以得到組合預(yù)測結(jié)果。但也不能說組合預(yù)測結(jié)果就一定比單一方法預(yù)測結(jié)果好。如果找到一個能夠反映負荷變化規(guī)律的單一模型,則用這個模型進行預(yù)測是合適的,如果這種模型找不到,或者把握不大,也可以從不同預(yù)測角度建立多種模型進行組合預(yù)測。組合預(yù)測集多種預(yù)測模型的信息,往往能夠達到改善預(yù)測效果的目的,也是一種新穎而可行的預(yù)測方法。5 總結(jié)隨著我國電網(wǎng)建設(shè)的日趨完善，電力系統(tǒng)的負荷預(yù)測技術(shù)也逐漸引起人們的廣泛研究。準確的符合預(yù)測，能夠幫助電力部門經(jīng)濟合理地安排機組啟停、減少旋轉(zhuǎn)備用容量、合理安排檢修計劃，最終實現(xiàn)降低發(fā)電成本、提高經(jīng)濟效益的目。在電力市場發(fā)展速度越迅猛的情況下，就越能體現(xiàn)出負荷預(yù)測不可忽視的地位，同時負荷預(yù)測的精度要求也隨之增高。在此同時，這種各樣的因素影響著電力負荷預(yù)測的準確性