畢業(yè)設(shè)計（論文）電力市場電價預測

1、xx大學課程設(shè)計   電力市場下的電價預測xx大學本科生畢業(yè)設(shè)計題目：電力市場下的電價預測學 院： 專 業(yè)：電氣工程及其自動化指導老師： 學 生： 學 號： 日 期： 電力市場下的電價預測（電氣工程及其自動化） 指導老師 xxx摘要：隨著電力行業(yè)逐漸由壟斷經(jīng)營走向競爭，作為電力市場的核心因素即電價，相應地也發(fā)生了較大的變化。作為電力市場的參與者，其利益最終是通過電能的交易實現(xiàn)的，提前知道電價的信息，就可以在電力市場的交易中獲得更大的利益，因此，電價預測，主要是指系統(tǒng)邊際價格預測，就成為電力市場中首要解決的課題之一。典型的電價預測方法有倍比點對點預測、回歸預測、灰色理論預測、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)

2、預測、模糊邏輯預測等。本次論文首先介紹了電力市場下電價產(chǎn)生的背景和研究電價的意義，闡述了電價預測的基本概念、原理、分類方法及意義。接著，通過對電價預測模型生成過程的介紹和建立電價預測模型的分析，提出了幾種電價預測算法，舉出一個實例，詳細通過倍比點對點方法和回歸法對第二天（即交易日）各交易時段的市場電價作出預測并滾動預測十日電價，最后對運用這兩種方法分別產(chǎn)生的數(shù)據(jù)結(jié)果做出理論分析和比較，以達到掌握這兩種方法的目的。 關(guān)鍵詞：電力市場，電價預測，倍比點對點，回歸法abstract: as the marketing of the electric power industry have chang

3、ed from monopolizing managing into competitively, the electric price is taking a notable change, which be the core factor of electric power market. participators in electric power market have to get there benefit only through the electric exchange. so getting the electric price information in advanc

4、e is a key reason for the maximum benefit in the electric power market business. electric price forecast, mainly for the system boundary, becomes the main point of the electric market research. the forecast models of electric price include grey forecast，regress forecast，flat forecast and so on. this

5、 paper introduces the price background of the electric market and the research signification, expounds electric price forecast's basic conception, principle, how to classify besides the signification. then, through the introduce and analyse towards the creating model process of the electric pric

6、e forecast, comes up with several ways forecasted, arises an example, particularly forecast the every times' electric price in coming day through flat forecast and regress forecast，including the forecast of following ten days' price. at last, theory analysis and comparison about the statisti

7、c of the data from the forecast could bring up a clearly ways to understand the two methods mentioned above well.keywords: power market，price forecast，flat forecast，regress forecast摘要 1第一章 電力市場和電力的定價31.1電力市場概述31.1.1電力市場的定義及基本特征41.1.2電力市場的結(jié)構(gòu)及特點41.1.3研究電力市場的重大意義51.2電力的定價51.2.1電價的概念51.2.2研究電價的意義及概況61.3

8、本論文的任務6第二章 電價預測的原理和方法62.1電力市場中的預測問題62.1.1電力市場預測原理72.1.2電力市場下預測問題的分類82.2電價預測82.2.1電價預測的基本概念82.2.2電價預測的分類82.2.3電價預測的方法92.2.4電價預測的意義112.3電價預測的步驟11第三章 電價預測模塊總體設(shè)計123.1總體框架123.2 電價預測模型的建立123.3幾種電價預測算法概述13第四章 算例分析194.1算例簡述194.2倍比點對點法的算例分析194.3回歸法的算例分析324.3數(shù)據(jù)分析與比較374.4誤差計算與比較39第五章 結(jié)論40參考文獻41附錄41致謝55第一章 電力市場

9、和電力的定價1.1電力市場概述電力市場是電力交換的場所，其形成與電網(wǎng)緊密相關(guān)。隨著發(fā)電廠不僅僅是解決投資者自身對電力的需求，而且社會上也存在電力需求的情況下，就會促進電網(wǎng)發(fā)展，通過電網(wǎng)這一媒介，實現(xiàn)發(fā)電商與用戶之間以及發(fā)電商之間的電力交換。世界上電力市場已經(jīng)存在了上百年的時間，我國電力市場業(yè)已存在了近百年。80年代以來特別是進入90年代，世界電力工業(yè)又開始了新一輪電力體制改革，其主要思路就是實行私有化和構(gòu)筑競爭性電力市場。隨著我國社會主義市場經(jīng)濟體制的逐步形成和完善，1998年國務院批準同意在上海、浙江、山東和東北三省開展“廠網(wǎng)分開、競價上網(wǎng)”的改革試點，電力工業(yè)進行企業(yè)制度創(chuàng)新和構(gòu)建有中國特

10、色社會主義競爭性電力市場已經(jīng)進入實踐階段。電力系統(tǒng)市場化是世界電力工業(yè)的發(fā)展方向。電力系統(tǒng)市場化意味著電力系統(tǒng)的更進一步開放，信息的更多交流個公布。電力市場是指電力商品流通領(lǐng)域中電能的交換及其交換關(guān)系的總和。電力市場的主體包括電力建設(shè)企業(yè)，電力生產(chǎn)企業(yè) ，電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)以及電力消費用戶。電力市場的客體就是作為商品的電能，而電力市場的載體即為電網(wǎng)（包括輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)）。電力市場有別于其他商品市場最顯著的特征就是電力商品產(chǎn)供銷（發(fā)供用）瞬間同時完成。這個特征決定了電力市場較之其他商品市場就其運營難度以及技術(shù)、經(jīng)濟、體制、調(diào)節(jié)等因素的影響程度要廣泛的多。電力市場無論其理論還是實踐在我國尚處于雛形階段，

11、他既依賴于電力工業(yè)體制的改革，也有賴與政策、理論、技術(shù)很規(guī)則方面的準備，二者缺一不可。所謂電網(wǎng)商業(yè)化運營，就是在電力市場環(huán)境下，以價值規(guī)律為主導，在市場主體內(nèi)引入競爭機制；以電價作為支點，通過競爭上網(wǎng)，優(yōu)化調(diào)度，最終使得用戶獲得最大效益，并促進電力資源的合理配置。建立發(fā)電市場是電力行業(yè)從壟斷型經(jīng)營走向商業(yè)性市場經(jīng)營的第一步，其特點是：放開發(fā)電側(cè)，允許多種所有制形式電廠存在，具有獨立法人資格的發(fā)電公司各自承擔電廠經(jīng)營風險，參與發(fā)電市場上網(wǎng)電的競爭。其目的是：實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度的公平、公正、公開和發(fā)電企業(yè)之間的平等競爭，促進電力企業(yè)提高效率，加強管理，優(yōu)化電力資源配置，在改革過程中逐步調(diào)整好電力企業(yè)與社

12、會之間，電力企業(yè)之間的經(jīng)濟關(guān)系，以最終達到降低銷售電價，使全社會收益的目的。總之電力市場建立的目的是降低電力成本，使供需兩方共同收益，從而給電力工業(yè)帶來競爭的活力，同時使其他工業(yè)也因此降低了用電成本而帶來活力，所以電力市場可以增加整個國家產(chǎn)品的競爭力。1.1.1電力市場的定義及基本特征電力市場是采用法律、經(jīng)濟手段，本著公平競爭、自愿互利的原則，對電力系統(tǒng)中發(fā)電、輸電、供電、用戶等各成員組織協(xié)調(diào)運行的管理機制和執(zhí)行系統(tǒng)的總和。電力市場的基本特征是開放性、競爭性、計劃性和協(xié)調(diào)性、根據(jù)以上定義，電力市場首先是一種管理機制。這種機制與傳統(tǒng)的行政命令的機制不同，是主要采用經(jīng)濟的手段進行管理。所以電力市場

13、的基本原則是公平競爭、自愿互利。同時，電力市場還是體現(xiàn)這種管理機制的執(zhí)行系統(tǒng)，包括貿(mào)易場所、計量系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等。電力市場的基本特征是：開放性、競爭性、計劃性和協(xié)調(diào)性。與傳統(tǒng)的壟斷的電力系統(tǒng)相比，電力市場具有開放性和競爭性。與普通的商品市場相比，電力市場具有計劃性和協(xié)作性。電力系統(tǒng)是相互緊密聯(lián)系的，任一成員的操作，均將對電力系統(tǒng)產(chǎn)生影響。所以要求電力市場中的電力生產(chǎn)、使用、交換具有計劃性。同時由于電力系統(tǒng)要求隨時做到供需平衡，所以要求電力市場中的供應者之間、供應者與用戶之間相互協(xié)調(diào)。我國競爭性電力市場具有二個本質(zhì)特征，一是國有經(jīng)濟要占控制地位，這是我國社會主義性質(zhì)的特殊性所決定的；

14、二是市場的競爭性，這是市場的共同性所決定的。我國電力市場的競爭性包括競爭、有序和開放三方面的內(nèi)容，是三者的有機體，因而是競爭有序開放的電力市場。競爭是指有效競爭，是電力市場的各個主體按照共同的市場規(guī)則，無歧視地進行“三公”(即公開、公平、公正)競爭，也就是有序和開放的競爭。1.1.2電力市場的結(jié)構(gòu)及特點電力市場的結(jié)構(gòu)與電力生產(chǎn)過程各環(huán)節(jié)緊密相關(guān)，電力生產(chǎn)使用過程可以分為發(fā)電、輸電、配電、用電，各環(huán)節(jié)統(tǒng)一壟斷經(jīng)營。因此，電力市場也相應可分為四個部分：（一）發(fā)電市場的建立，鼓勵不同的投資商進入發(fā)電市場，互相競爭，參與發(fā)電市場的建設(shè)；（二）輸電市場的建立，成立一個或幾個電網(wǎng)公司，為發(fā)電廠和電力用戶提

15、供輸電服務，同時促進輸電網(wǎng)的建設(shè)；（三）配電市場的建立，成立一個或幾個配電公司（相當于電力零售商），為用戶提供電力陪送服務；（四）用電環(huán)節(jié)的完善，讓客戶根據(jù)一定的市場供需原則，選擇相應的服務和消費。其特點是：一、電價是電力市場的杠桿和核心內(nèi)容：電力市場要采用經(jīng)濟手段管理各成員，電價則是體現(xiàn)管理思想的工具，所以確定電價原則、計算貿(mào)易電價是電力市場的重要內(nèi)容。二、用戶：電力市場與傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)相比，提高了用戶的地位。在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)中，用戶被視為被動的負荷；而在電力系統(tǒng)中，用戶具有能動性。電力市場的成員，往往同時具有供應者和用戶的雙重身份。當某成員（例如某電力公司）有富裕的電能向其他電力公司傳送時

16、，它具有供應者的身份；而當它從其他電力公司購電時，又具有了用戶的身份。1.1.3研究電力市場的重大意義一、建立電力市場是當前電力發(fā)展的需要。(1)省網(wǎng)間進行功率交換需要電力市場；(2)電廠產(chǎn)權(quán)多元化需要電力市場 ；(3)引進競爭，增加活力；(4)建立電力市場是吸引投資的有效手段；(5)建立電力市場可獲得可觀的經(jīng)濟效益。二、建立電力市場的運行機制必須理論先行。三、建立電力市場是歷史發(fā)展的必然。1.2電力的定價1.2.1電價的概念電價是電力市場的支點,無論對供應電力的一方還是需求電力的一方,電價都是直接關(guān)系到各市場參與者的最直接和最敏感的因素。電價作為電力市場的指針能夠自動引導資源的配置，它的導向

17、力是直接和有力的。從發(fā)電商、輸電商、配電商的角度來看出，電價從長遠來說首先要能高過發(fā)電成本，影響發(fā)電成本的有以下一些因素：（） 發(fā)電所需的燃料費，在輸電、配電過程中的損失費；（） 從事電力生產(chǎn)所需的人工費用的管理費用；（） 發(fā)電、輸電、配電所需的維修費用，設(shè)備老化折舊的費用以及更新所需的費用；（） 隨著負荷的不斷增長，還要考慮發(fā)電、輸電、配電所需的發(fā)展和還貸費用；除此之外，從理論上講，電價還是一個變數(shù)，原因如下：（） 電價隨負荷漲落而變化。負荷較高時燃料為增率升高，發(fā)電的成本較高，而且旋轉(zhuǎn)備用容量的費用也加大，因此在一天小時的峰谷時電價差別是很大的；（） 電價隨地點而變化。作為發(fā)電廠距離燃料產(chǎn)

18、地越遠燃料價越貴，因為有運輸費用在里面，在同一個網(wǎng)內(nèi)燃料費幾乎能相差一倍。作為用戶也隨地點而不同，因為傳輸有損失，據(jù)電廠越遠電價越高；（） 電價隨可靠性變化。某些用戶要求供電可靠性非常高，因此這種高質(zhì)量的服務費就不能與一般用戶相同?；谝陨显?，理論上電廠的電價、用戶的電價均是隨時間、地點而變化的，因此有人提出了實時電價（spot price）的概念。實時電價是隨時間變化的電價，這需要更精細的電價計算方法和更強的自動化技術(shù)系統(tǒng)來支持。出了實時電價以外，還有合同電價（long term contract），合同電價則可以在考慮各方面的優(yōu)惠和對雙方的限制的基礎(chǔ)上簽訂合同電價。電價的制定原則應使電力

19、市場的每一參與者的利益與電力市場的總體利益一致，而這一總體利益又應該符合社會利益。1.2.2研究電價的意義及概況市場所賴以運行的經(jīng)濟機制即市場機制，從某種意義上也可以說是價格機制。市場通過價格使各種市場要素來相互適應，相互制約，自行協(xié)調(diào)。因此價格研究在市場理論中占據(jù)著核心地位。通過研究電價在市場環(huán)境中的經(jīng)濟信號作用，從而指導、調(diào)節(jié)、控制電能生產(chǎn)與消費，達到電力市場優(yōu)化資源配置，合理組織生產(chǎn)，平衡供需矛盾，提高社會經(jīng)濟效益的目的。電價在電力市場中的核心地位是同其具有的功能分不開的，電價的功能具體表現(xiàn)為:(1)電價不論是在一個政府定價的完全壟斷的環(huán)境中，還是在一個充分競爭的市場環(huán)境中，財務核算是其

20、最基本的功能。一方面電力生產(chǎn)服務部門依據(jù)電價獲取收益，維持生產(chǎn)與再生產(chǎn)，另一方面用戶根據(jù)電價決定用電，核算其用電成本。(2)電價在市場環(huán)境中起著引導生產(chǎn)與消費的經(jīng)濟信號作用。價格的變化引起各方之間的利益關(guān)系發(fā)生變化，進一步導致供需關(guān)系的改變，最終達到供需平衡。這里需要突出強調(diào)的是電價引導消費的負荷管理功能，正是電價的負荷管理功能將用戶與電力系統(tǒng)更緊密的聯(lián)系起來，為經(jīng)濟、高效地使用電能提供了有效的控制手段。(3)科學的電價形成機制，合理的電價體系，為電力工業(yè)開展公平競爭提供了條件。競爭機制具有強大的激勵作用，既是動力，也是壓力。企業(yè)在競爭中優(yōu)勝劣汰。(4)電價通過市場機制完成從資源配置、組織生產(chǎn)

21、到產(chǎn)品分配等一系列工作。合理的電價體系在滿足市場參與者追求自身效益最大化的同時也實現(xiàn)了社會效益的最大化。(5)電價作為國家能源政策等一系列經(jīng)濟、政治政策的實現(xiàn)手段，在國民經(jīng)濟生活中起著重要作用。即使在自由的市場環(huán)境中也不排斥政府運用信貸、稅收、許可證等手段干涉價格從而達到更高的政治目的。1.3本論文的任務了解電價的產(chǎn)生背景，學習幾種對電力市場電價預測的方法，仔細理解其中兩種電價預測方法的原理和理論，運用這兩種方法針對同一算例分別進行具體分析，計算出待預測日電價數(shù)據(jù)，利用反映波動性的數(shù)字特征值計算預測結(jié)果，并比較相互優(yōu)缺點。本文中選擇的是基于倍比點對點方法和回歸法的電價預測方法。第二章 電價預測

22、的原理和方法2.1電力市場中的預測問題 電力系統(tǒng)預測問題并不是一個新出現(xiàn)的課題。自80年代以來許多學者就對此進行了大量的研究。根據(jù)電力系統(tǒng)的特點，電力系統(tǒng)的安全性一直是電力系統(tǒng)和電力市場管理者首要考慮的。為保證系統(tǒng)的安全，負荷預測工作的精度直接關(guān)系到能否進行正確的、合理的電力資源調(diào)度。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)預測主要是針對電力系統(tǒng)的負荷。電力市場環(huán)境下，預測問題出現(xiàn)了新的研究內(nèi)容。電力市場模式下，根據(jù)不同的電力市場模式，電力市場的市場清算價格，成交電量的形成規(guī)則也不相同。建立電力市場的目標正是為了打破壟斷、引入公平競爭和改善經(jīng)濟效益，最終目標是實現(xiàn)社會資源的合理分配和社會效益（social welfar

23、e）最大化。在理想的電力市場中，市場結(jié)構(gòu)和管理規(guī)則應該設(shè)計良好，引導市場進入一種充分競爭的狀態(tài)，以實現(xiàn)社會效益的最大化，但在實際中電力市場并不是完全競爭的市場，這是由電力工業(yè)的特殊性所決定的，如有限數(shù)目的發(fā)電公司、大的投資規(guī)模（市場進入壁壘）、輸電約束（在一定程度或范圍上限制了某些大用戶選擇發(fā)電公司）和輸電損耗（打擊大用戶遠距離購電的積極性）。這些因素決定了在電力市場中，某些地區(qū)可能只有少數(shù)發(fā)電公司提供電力，這樣發(fā)電公司可以通過策略性的投標來達到利潤最大化的目標。在制定競標策略時，對未來市場價格和交易量有越精確的預測和估計，制定的競標策略就越容易達到預期的目標。另一方面，對于電力市場監(jiān)管機構(gòu)而

24、言，為了系統(tǒng)正常穩(wěn)定的運行，預防系統(tǒng)可能出現(xiàn)的以外，精確的預測未來的電力負荷和電力市場價格也至關(guān)重要。2.1.1電力市場預測原理電力市場預測原理是電力市場預測活動的認識論基礎(chǔ)，它闡明了人們之所以能夠運用各種預測方法對未來電力市場發(fā)展趨勢做出估計的道理。在電力市場預測中所運用的預測原理主要有以下幾種。a.可知性原理電力市場的發(fā)展規(guī)律是可以認識的，只要通過大量的電力市場社會實踐，就會不斷發(fā)現(xiàn)和掌握電力市場發(fā)展規(guī)律。在電力市場中，影響電力市場供求變化的因素多種多樣(如國民經(jīng)濟整體發(fā)展水平和速度、國家產(chǎn)業(yè)和電價政策、居民收入和消費水平、消費觀念和生活習慣、電器產(chǎn)品普及率、氣象氣候影響等)。一些偶然因素

25、(如電網(wǎng)故障、突發(fā)的重大政治、社會和文化活動等)會使電力市場的需求變化或負荷變化脫離原有的軌跡但只要深入探索，是能夠掌握被大量復雜現(xiàn)象所掩蓋的規(guī)律性知識。b.系統(tǒng)性原理電力市場中的負荷需求是整個電力市場、整個國民經(jīng)濟環(huán)境中的一部分，電力市場不是孤立存在的,周圍大環(huán)境對其發(fā)展趨勢具有很大的外控力，因而可以借助國民經(jīng)濟gnp或gdp指數(shù)、國家能源發(fā)展計劃、能源政策、人口增長趨勢、電器產(chǎn)品普及率等有關(guān)因子，對未來電力市場需求進行預測。c.連續(xù)性原理電力市場的發(fā)展具有合乎規(guī)律的連續(xù)性，它的基本發(fā)展趨勢會在一段時間內(nèi)持續(xù)下去，不會突然變得面目全非。根據(jù)連續(xù)性原理，預測電力市場的未來，必須建立在了解電力市

26、場的過去和現(xiàn)在的基礎(chǔ)之上。d.類推原理根據(jù)客觀事物之間存在著某種類似的結(jié)構(gòu)和發(fā)展模式，可以從已知事物的結(jié)構(gòu)和發(fā)展模式類推未來某個預測目標的結(jié)構(gòu)和發(fā)展模式。e.因果性原理電力市場的各種現(xiàn)象之間存在著一定的因果關(guān)系，可以由已知的原因推測電力市場未來發(fā)展規(guī)律。當然，必須對電力市場發(fā)展有重要影響的因素進行調(diào)查研究，才能找出因果關(guān)系。2.1.2電力市場下預測問題的分類與傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)預測不同的是，引入電力市場之后，電力市場的電價不再是由傳統(tǒng)的電力管制機構(gòu)決定，而是由市場參與者的競標產(chǎn)生。電價作為市場的重要因素，在調(diào)節(jié)市場行為方面有相當重要的作用。因此與傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)預測問題不同，電力市場下的預測問題分為

27、：電價預測問題和電力負荷預測兩類。由于影響市場電價的因素眾多，電力市場電價預測相對于電力市場負荷預測也更為困難。同時電力負荷預測的研究也已經(jīng)有了相當長的歷史，無論是預測精度還是預測方法都有了長足的進步。所以電力市場下的電價預測是電力市場下預測問題的主要研究方向。2.2電價預測2.2.1電價預測的基本概念 隨著電力行業(yè)逐漸由壟斷經(jīng)營走向競爭，作為電力市場的核心因素即電價，相應地也發(fā)生了較大的變化。電價隨需求變化，電價變化也影響需求量，電價的調(diào)節(jié)機制作用將更加明顯。作為電力市場的參與者，其利益最終是通過電能的交易實現(xiàn)的，提前知道電價的信息，就可以在電力市場的交易中獲得更大的利益，因此，電價預測，主

28、要是指系統(tǒng)邊際價格預測，就成為電力市場中首要解決的課題之一。2.2.2電價預測的分類按時間劃分，由于電價預測相對于負荷預測要難得多，所以其預測周期相對負荷預測要短，分為提前小時、提前天、提前周、提前月預測，以及季節(jié)趨勢預測等等，更加長期的電價預測尚有較大的難度。按內(nèi)容劃分，有市場競標電價、輸電服務電價、輔助服務電價等預測。按特性劃分，有每小時電價、最高電價、最低電價、平均電價等等電價性能指標的預測。按服務市場對象劃分，電力市場模式下，市場的各個參與者對于預測系統(tǒng)的要求各不相同。根據(jù)市場參與者的角色不同，可以大致分為以下幾類：發(fā)電方的電力公司，包括發(fā)電廠等生產(chǎn)電能的企業(yè)；購電方的電力公司，包括與

29、終端用戶交易的電力公司；電力市場管理機構(gòu)，如各個市場的iso。其中第一類發(fā)電方的電力公司和第二類的購電方公司，對于市場電價和市場需求電量的預測精度要求高，對于各個小時的預測結(jié)果都很重視，精確的電價和電量預測是賣電方和購電方電力公司做出合理的競標曲線的參考。第三類的電力市場管理機構(gòu)則對每日的峰值電價和需求電量的預測要求高。因為電力市場的不正常波動主要是由于需求負荷的劇增和波動引起，而且主要表現(xiàn)為電力價格的飆升或者劇烈波動。因此，從服務對象來分，可以將預測問題分為點預測和趨勢預測。2.2.3電價預測的方法電價預測的研究方法可以借鑒負荷預測的方法。但是，經(jīng)典的預測方法大多是數(shù)理統(tǒng)計方法，這些方法在進

30、行電價預測時的弱點在于：要求大量有較好分布規(guī)律和確定發(fā)展趨勢的樣本，計算工作量大，可能出現(xiàn)量化結(jié)果與定性分析結(jié)果不符的現(xiàn)象，特別是電價數(shù)據(jù)本身具有非線性、規(guī)律性差的特點，因而需要有更為合適的預測方法。典型的電價預測方法有倍比點對點預測、回歸預測、灰色理論預測、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)預測、模糊邏輯預測等。電價預測選取的方法：利用負荷計算電價要經(jīng)過一定的中轉(zhuǎn)，可能會影響預測的精度。因此，直接預測電價更為有利。對電價進行預測，最為關(guān)鍵的是包括對電價組成的分析。電價預測對于電力市場下的電力企業(yè)來說非常重要的。專家們在對諸如傳輸線路的增加、發(fā)電量是否增加、以及區(qū)域間電能交換在很大程度上是由長期電價預測所決定的。對于

31、發(fā)電廠來說，主要是預測系統(tǒng)邊際電價（system marginal price,簡稱smp）.關(guān)于smp預測,盡管國內(nèi)外有不少人對smp或者其他輸電費用的建模、仿真進行了研究，取得了許多進展，但由于在電力市場下，電價的制定尚在討論，對電價預測方面的討論不是很多，往往受到負荷預測的束縛。目前對電價的預測，主要有兩大類方法，其一是基于歷史數(shù)據(jù)的數(shù)學處理的方法，例如時間序列法，另外就是仿真的方法。兩種方法各有優(yōu)缺點，首先說下仿真的方法。一、運行仿真的方法所謂仿真的方法，就是通過程序模擬整個系統(tǒng)的實際運行狀況，預測的精確與否，取決于以下數(shù)據(jù)是否完全充分和詳細：發(fā)電機參數(shù)的數(shù)據(jù)，包括發(fā)電機在不同發(fā)電量時

32、的熱效率，容量、檢修方案、機組強迫停運率、環(huán)境因素、輸電數(shù)據(jù)、運行和檢修費用、最小開/停機時間、燃料價格、燃料約束、快速啟動時間以及發(fā)電廠的所有權(quán)；輸電數(shù)據(jù)，包括潮流數(shù)據(jù)、后備機組、線路輸電功率、區(qū)域間的輸電極限、電壓和靜態(tài)穩(wěn)定極限等；水電機組數(shù)據(jù)，包括機組容量、所有權(quán)、可用容量、水庫調(diào)度策略等；其他數(shù)據(jù)，包括負荷預測、負荷曲線、旋轉(zhuǎn)備用、通貨膨脹率以及緊急事故費用等；這里可以用下圖來說明：無傳輸容量限制時的電價計算模擬仿真圖 電網(wǎng)的各位置的上網(wǎng)電價（無約束）傳輸容量受限時的線路圖 電網(wǎng)的各位置的上網(wǎng)電價（有約束）由以上的兩組圖可以看出，在線路傳輸容量有約束的情況下，各個發(fā)電廠的上網(wǎng)電價是不同

33、的，但發(fā)電廠方要了解網(wǎng)絡(luò)每條線路的狀況是很困難的，尤其是在電網(wǎng)規(guī)模較大結(jié)構(gòu)較為復雜的情況下。由此可以知道，仿真法盡管可以精確的預測出未來短期的電價，但在系統(tǒng)機組較多，接線較復雜的情況下，所需要得到數(shù)據(jù)非常多，而全部獲取這些數(shù)據(jù)是不太現(xiàn)實的，況且，對于負荷對電價的響應，在目前階段建立精確的數(shù)學模型較為困難。同時，只有競爭的電力市場中，同樣也需要保證系統(tǒng)的安全，在電網(wǎng)不同的位置需要發(fā)出的電量是不同的，電價也必然會隨著地理位置的不同而有所差別，因此發(fā)電廠之需要預測出當?shù)氐倪呺H電價（local marginal price,簡稱lmp）即可。所以對于發(fā)電廠方來說，使用仿真法不太適合。二、數(shù)學分析的方法

34、實際上，除了上面介紹的仿真法以外，其余的各種預測方法都是數(shù)學計算分析的方法。數(shù)學分析的方法較多，包括時間序列法、最小二乘擬和方法以及人工神經(jīng)元方法、模糊推理方法以及灰色系統(tǒng)方法等，這些方法的特點就是事先設(shè)定一個數(shù)學模型，利用歷史數(shù)據(jù)確定各個參數(shù)建立一個前向的曲線，然后再預測未來的數(shù)值。這種方法相對較為簡單。盡管這些模型比較容易建立，但輸入的變量的確定較為困難。2.2.4電價預測的意義 隨著電力系統(tǒng)市場化的逐步深入，電力市場竟標成為電力交易的基礎(chǔ)，電價直接影響到電力市場參與者的經(jīng)濟利益，誰能夠更準確的預測電價，誰就能夠在市場中占據(jù)主動。隨著我國經(jīng)濟體制改革的深入，電力系統(tǒng)市場化也已成為必由之路，

35、這與國際上電力工業(yè)解除政府管制（deregulation）引入競爭機制的改革浪潮相輝映。這一變革對電力工業(yè)的傳統(tǒng)運行模式帶來了深刻的影響。在新的模式下建立了區(qū)域性的統(tǒng)一電力交易市場，通過統(tǒng)一的竟標過程確定相互競爭的電力企業(yè)的發(fā)電量。我國目前已經(jīng)有多個省份和地區(qū)，包括浙江、山東和上海等，開始了電力系統(tǒng)市場化運行的試點工作。 在這種新的模式下，由于市場的核心地位使企業(yè)的經(jīng)營目標發(fā)生了轉(zhuǎn)變。企業(yè)的生產(chǎn)量直接由電力市場的竟標決定，而電力價格也是由市場的供需平衡狀況決定的。企業(yè)的利潤直接由其自身和其他企業(yè)向市場提供的竟標曲線決定。對此，各企業(yè)需要在如下兩個方面尋求平衡：適當提高投標價格，這可以得到更豐厚

36、的利潤，但也可能會失去發(fā)電權(quán)；適當降低投標價格，這可以有更大的機會贏得拍賣，然而利潤會降低甚至變?yōu)樨撝?。因此，企業(yè)的竟標成為新的模式下企業(yè)的重要活動之一，竟標策略的制定和調(diào)整關(guān)系著企業(yè)的直接效益，而市場價格的預測成為新模式下的核心工作之一。目前，電力系統(tǒng)的市場化是國際電力行業(yè)的關(guān)注焦點問題之一。但同時對于電價預測問題的研究才剛剛開始。因為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在電力系統(tǒng)負荷預測方面已經(jīng)有非常多的成功應用，所以可以使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)負荷預測模型作為我們研究電力市場價格預測模型的參考。電力市場下的電價預測與負荷預測有許多相同的地方，但區(qū)別也是很明顯的。電價是由市場的竟標決定的，而負荷主要還是由電力的消費能力決定。在市

37、場不夠完善的情況下，市場竟標受投機因素的影響，波動很大，缺乏明顯的規(guī)律性；負荷則不會隨著市場的變化而徒增或突降。因此，在電力市場條件下，負荷并不會像電價那樣隨著市場的競爭而出現(xiàn)大的波動。負荷的規(guī)律性比較明顯，易于把握，因而預測的準確性比電價預測要高。盡管如此，由于電力工業(yè)規(guī)模龐大，如果能夠取得有效的研究成果可以應用于實際系統(tǒng)，將會給電力工業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益，所能帶來的利益將以百萬、千萬計算。2.3電價預測的步驟電力系統(tǒng)電價預測一般分為如下幾個步驟：（1）確定預測目標。就是要在明確預測目的的前提下，規(guī)定預測對象的范圍、內(nèi)容和預測期限。一般而言，預測范圍視研究問題所涉及的范圍而定，編制全國電力規(guī)

38、劃，就要預測全國范圍內(nèi)的電力、電量需求量；編制大區(qū)網(wǎng)局或地方（省、地、縣）電力局的發(fā)展規(guī)劃，就要預測大區(qū)電網(wǎng)或地方電力局范圍內(nèi)的電力、電量需求量。預測的內(nèi)容包括電力、電量、電力電價的地區(qū)分布，電力電價隨時間的變化規(guī)律，以及電力電價曲線特征及電價曲線等，預測期限是指預測的時間長短，如短期、中期及長期預測。（2）基礎(chǔ)資料的分析。在對大量的資料進行全面分析之后，選擇其中有代表性的、真實程度和可用程度高的有關(guān)資料作為預測的基礎(chǔ)資料。對資料中的異常數(shù)據(jù)進行分析，作出取舍或修正。（3）預測模型的選擇。根據(jù)所確定的預測內(nèi)容，對預測對象進行客觀、詳細的分析，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)的發(fā)展情況，并考慮本地區(qū)實際情況和資料的

39、可利用程度，選擇建立合理的數(shù)學模型。（4）模型參數(shù)辯識。預測模型一旦建立，即可根據(jù)實際數(shù)據(jù)求取模型的參數(shù)。（5）應用模型進行預測。根據(jù)求取的模型參數(shù)，應用該模型對未來時段的行為做出預測。（6）預測結(jié)果的評價。對多種方法的預測結(jié)果進行比較和綜合分析，根據(jù)經(jīng)驗和常識判斷預測結(jié)果是否合理，對結(jié)果進行適當修正，得到最終的預測結(jié)果。一般超短期預測誤差不應超過1%，短期預測的誤差不超過3%，中期電價誤差允許5%，長期電價預測誤差不超過15%。第三章 電價預測模塊總體設(shè)計3.1總體框架電力系統(tǒng)電價預測通常分為超短期、短期、中期和長期電價預測四類。它們都是以歷史電價數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，但根據(jù)預測周期不同，所需歷史電價

40、數(shù)據(jù)的時間長度也不同。超短期電價預測，要求和實時系統(tǒng)相連，隨時獲取電價信息。因此，電力系統(tǒng)電價預測軟件應該基于數(shù)據(jù)庫開發(fā)，利用最新的網(wǎng)絡(luò)與存儲技術(shù)，實時獲取電網(wǎng)電價數(shù)據(jù)，并能存儲電網(wǎng)全部歷史電價數(shù)據(jù)。3.2 電價預測模型的建立電力市場中的電價預測模塊應當使用先進的java技術(shù)、多層體系結(jié)構(gòu)、分布式計算模式以及采用電子商務理念。整個電價預測過程分為客戶層、商務層、數(shù)據(jù)層的三層體系結(jié)構(gòu)。（1）客戶層?？蛻舳送耆捎脼g覽器模式，不安裝任何涉及電價預測計算的程序。用戶可以在瀏覽器下直接調(diào)用服務器端的應用程序，得到電價預測結(jié)果。（2）商務層。商務層根據(jù)用戶的參數(shù)設(shè)置，在服務器端運行電價預測程序，將結(jié)果數(shù)

41、據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫，并將預測結(jié)果通過瀏覽器返還給客戶端。（3）數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)庫服務器采用大型商用數(shù)據(jù)庫oracle實現(xiàn)。軟件功能：電力系統(tǒng)電價預測軟件通常包括六類功能模塊，可分別實現(xiàn)超短期、短期、中期和長期的電價預測、電價數(shù)據(jù)查詢、電價數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)設(shè)置、電價數(shù)據(jù)報表打印、軟件在線幫助等項功能，現(xiàn)分述如下：（1）電價預測。電價預測是從已知的用戶需求和對比有影響的經(jīng)濟、氣象等因素出發(fā)，探索用電電價與主要影響因素之間的內(nèi)在聯(lián)系和發(fā)展變化規(guī)律，對未來用電需求作出預先的預測，其實質(zhì)是對電力市場需求的預測。即包括超短期電價預測、短期電價預測、中期電價預測、長期電價預測。（2）電價數(shù)據(jù)查詢。根據(jù)預測周期不同，取自

42、不同的歷史電價數(shù)據(jù)庫，可實現(xiàn)相應的電價查詢功能，查詢后可以用表格或圖形兩種方式顯示。（3）系統(tǒng)設(shè)置。電價預測模塊設(shè)置功能包括如下幾個方面的內(nèi)容：a提供對各預測量的選擇，用戶在瀏覽器下可以方便地設(shè)置預測內(nèi)容。b允許用戶建立一個或多個預測方案，便于分析比較，得到更為合理的結(jié)果。c實現(xiàn)數(shù)據(jù)預處理，包括歷史數(shù)據(jù)修正、不良數(shù)據(jù)辯識等。d提示用戶選定預測方法與模型，并對它們需要的參數(shù)值加以設(shè)定。e影響電價大小的各種因素有溫度、濕度、雨、霧、重大社會活動等，應能讓用戶輸入這些因素的實際值或預測值。f實現(xiàn)用戶權(quán)限設(shè)置等其它功能。（4）電價數(shù)據(jù)分析。系統(tǒng)應對多種預測方法所得結(jié)果進行全面的誤差分析，對預測結(jié)果作出

43、評價，努力得到更加貼近反映電價發(fā)展變化的客觀規(guī)律，所有誤差分析結(jié)果保存于用戶指定的信息文件中，供隨時查閱。對于超短期和短期電價預測，需要進行近期同類型日電價的波動分析和上升速率分析，便于了解系統(tǒng)電價變化規(guī)律。而對于中期和長期電價預測，則需進行逐年或逐月的電價波動分析和上升速率分析。（5）電價數(shù)據(jù)報表打印。該功能模塊提供電價預測結(jié)果、歷史數(shù)據(jù)、統(tǒng)計分析等報表的打印。（6）在線幫助。提供軟件運行的在線幫助，使用戶盡快熟悉軟件操作。3.3幾種電價預測算法概述電價預測模型確定了之后，進一步應確定采取什么樣的電價預測算法。多年來，國內(nèi)外研究出了許多電價預測方法，例如，線性回歸分析、時間序列、卡爾曼濾波法

44、、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色系統(tǒng)、專家系統(tǒng)、小波變換等方法。這些方法從簡單到復雜，目的都是盡可能準確地模擬電價變化規(guī)律，預測電價的未來發(fā)展趨勢，而實際上電價變化是非線性的，它受到多種因素的影響，用任何一種方法都無法十分精確描述電價的變化規(guī)律，各種算法均有一定的適用場合，可以說沒有一個算法適用于各種電價預測模型，而精度比其它算法都高。實用上可以采取試驗比較法，即利用某一電網(wǎng)的歷史數(shù)據(jù)來確定適合于該電網(wǎng)的最有效的算法，在精度一致的條件下，選擇較簡單的算法。多年來，各種可能的算法均在電價預測課題上試驗過，現(xiàn)對目前實用的幾種算法介紹如下。1回歸分析法回歸分析方法是研究變量與變量之間依存關(guān)系的一種數(shù)學方法。采用

45、該種方法進行預測時，先要對預測對象（因變量）進行定性分析，確定影響其變化的一個或多個因素（自變量），然后通過預測對象和影響因素的多組觀察值，建立回歸預測模型。常用的回歸預測模型分為線性與非線性兩大類，其中線性回歸又包括一元線性回歸和多元線性回歸；非線性回歸也有一元非線性回歸和多元非線性回歸兩種。在電力系統(tǒng)電價預測中，上述各類模型均有應用。（1）一元線性回歸預測模型。該模型建立起電價y與時間t的一元線性關(guān)系，一般用在具有較平穩(wěn)歷史趨勢的預測。 （3-1）其中，參數(shù)a、b由最小二乘法求解。給定歷史電價序列（t）（t=1，2，n），最小二乘法是以誤差平方和最小這一原理來估計參數(shù)a、b，設(shè)以q表示誤差

46、平方和，有 （3-2）要求q的最小值，可求解求解以上聯(lián)立方程得到 按上式求得的參數(shù)a、b代入式(3-1)所建立的一元線性回歸預測模型，具有最小的誤差平方和。（2）多元線性回歸預測模型。該模型建立起電價y與影響它的各種因素，如氣候、人口等（x1，x2，xn）的多元線性關(guān)系，即 （3-3）給定m組觀察值（yi，x1i，x2i，xni）（i=1,2,，m），代入上式，有m個方程，寫成矩陣形式為 （3-4）式中b中的元素為待求的n+1個回歸系數(shù)，可利用最小二乘法求得。（3）非線性指數(shù)趨勢預測模型。該模型用于具有指數(shù)較快速增長歷史趨勢的預測。 （3-5）其中，參數(shù)a、b用最小二乘法求解。（4）非線性冪函

47、數(shù)增長預測模型。該模型用于具有較慢增長或較慢下降歷史趨勢的預測。 （3-6）其中，參數(shù)a、b用最小二乘法求解。（5）非線性多項式預測模型。該模型用于具有拋物線歷史趨勢的預測。 （3-7）其中，參數(shù)a、b、c用最小二乘法求解。2平滑法平滑法本質(zhì)上是一種序列分析法，其預測值是對歷史數(shù)據(jù)平滑得到，包括指數(shù)平滑、倍比平滑等許多方法。下面介紹一種按逐時刻進行的倍比平滑法。在進行日預測時，一般取待預測日之前的若干天為歷史樣本，以待預測日為起點，以7天為周期，可對歷史樣本依順序分出第一周期、第二周期、。第一周期中必有一個與待預測日相同類型的電價日，如同為星期一等。現(xiàn)在以同類型日作為優(yōu)先順序，對所有歷史樣本進

48、行排序，即第一周期中與待預測日類型相同的電價日排在首位，第二周期中的同類型日排在第二位，依此類推；當同類型日排序完畢后，剩余的歷史電價日按其離待預測日的遠近進行排序，距離近的排在前面，形成電價序列d1、d2、dn。以n=14為例，只有兩個周期，則d1為第一周期中的同類型日電價，d2為第二周期中的同類型日電價，第一周期中不同類型日的電價依次為d3、d4、d8，第二周期中不同類型日的電價依次為d9、d10、d14。此時，待預測日t時刻的電價可由下述步驟得到：（1）平滑。取第一及第二周期的不同類型日t時刻的電價值作平滑 （3-8）式中 1t、2t平滑值；平滑系數(shù)，一般0.20.6；l3t、l4t、l

49、14t不同類型日t時刻的電價值。（2）倍比。設(shè)待預測日t時刻的電價為lt，則它可由下式求出 （3-9）式中：l1t為第一周期中同類型日t時刻的電價值。3.灰色系統(tǒng)法按照“黑箱子”概念，既含有已知的確切信息，又含有未知的、非確切信息的系統(tǒng)可定義為灰色系統(tǒng)。作為兩個極端，稱信息完全未知的系統(tǒng)為黑色系統(tǒng)，而稱信息完全已知的系統(tǒng)為白色系統(tǒng)。顯然，黑色、白色、灰色都是一種相對的概念，通常認為沒有絕對的白色系統(tǒng)，因為任何系統(tǒng)總有未知的部分，同樣，也沒有絕對的黑色系統(tǒng)，因為既然一無所知，也就無從談起系統(tǒng)的存在?；疑到y(tǒng)理論是認為未知不確定信息是灰數(shù)，用灰色數(shù)學來處理不確定量，同樣能使不確定信息予以量化，通過

50、灰色系統(tǒng)建模的具體數(shù)學方法，能運用時間序列數(shù)據(jù)來確定微分方程的參量?；疑A測不是把觀測到的數(shù)據(jù)序列視為一個隨機過程，而是看作隨時間變化的灰色量或灰色過程，通過累加生成和累減生成逐步使灰色量白化，從而建立基于微分方程解的模型并作出預報?；疑到y(tǒng)預測模型適合描述系統(tǒng)趨勢項發(fā)展變化，主要用于中長期電價預測或具有一般分布歷史趨勢的預測。一般意義上的灰色模型為gm（n，h），表示對h個變量建立n階微分方程。作預測用的模型一般為gm（n，1），實際多采用gm（1，1）。gm（1，1）的建模原理如下：設(shè)x（0）為原始的已知數(shù)據(jù)序列由原始數(shù)據(jù)序列得到一次累加生成序列為設(shè)x(1)(i)滿足一階常微分方程為其解為

51、將上式連續(xù)函數(shù)離散化，得 再對此累減逆運算還原，得到預測模型為 （3-10）其中，a、b可由最小二乘法求解；是對原始序列的擬合值（k=2，n），同時也是對未來的預測值（k=n+1，）。4.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是模仿生物腦結(jié)構(gòu)和功能的一種信息處理系統(tǒng)。它是由大量的簡單神經(jīng)元組成的非線性系統(tǒng)，每個神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)和功能都比較簡單，而大量神經(jīng)元組合產(chǎn)生的系統(tǒng)行為卻非常復雜。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用大規(guī)模并行結(jié)構(gòu)，具有良好的自適應性、自組織性、容錯性與較強的學習、記憶、聯(lián)想、識別功能。在電力系統(tǒng)電價預測，應用最多的是帶有隱層的前饋型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它通常有輸入層，輸出層和若干隱層組成，單隱層前饋型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖

52、8-4所示。假如某一前饋型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，有m層，每一層有若干神經(jīng)元，第k層第j個神經(jīng)元具有下列輸入輸出關(guān)系 （3-11）式中：為第k-1層第i個神經(jīng)元到第k層第j個神經(jīng)元的連接權(quán)重；為第k層第j個神經(jīng)元的閾值；為第k層第j個神經(jīng)元的傳遞函數(shù)，一般?。▁）=1/（1+e-x）；nk為第k層神經(jīng)元數(shù)目；m為總層數(shù)。利用（3-11）式可以求出網(wǎng)絡(luò)總輸入，與輸出之間關(guān)系式。實際上，代表輸入輸出關(guān)系的有關(guān)信息主要分布在神經(jīng)元之間的連接上，不同的連接強度反映不同的輸入輸出關(guān)系。多層感知器有趣的特征之一是它可以學習或訓練，學習或訓練的過程實質(zhì)是給定輸入和希望輸出，不斷地調(diào)整權(quán)重。在訓練過程中，各權(quán)重都收斂到一確

53、切值，以便每一輸入向量都會產(chǎn)生一輸出向量，調(diào)節(jié)權(quán)重所遵循的預定規(guī)則就是訓練算法。對多層感知器，誤差反傳訓練算法是目前最簡單、最實用的一種，實質(zhì)是一梯度算法。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于電力系統(tǒng)電價預測，屬于時間序列預測范疇，假設(shè)已得到電價序列x（1），x（2），x（n），現(xiàn)在需要用其中m個觀測值，預測n+1時刻的值（n+1）。利用多層感知器進行學習和預測的具體步驟為：1）首先把x（1），x（2），x（n）分成k組，每組有m+1個值，前m個值作為網(wǎng)絡(luò)輸入節(jié)點的輸入，后一個作為輸出節(jié)點的期望值，如表3-1所示。表3-1 m點輸入與期望輸出關(guān)系m點輸入期望輸出x（1），x（2），x（m）x（m+1）x（2），x

54、（3），x（m+1）x（m+2）x（k），x（k+1），x（k+m-1）x（k+m）2）利用多層感知器學習算法，對網(wǎng)絡(luò)的連接強度進行訓練。3）利用收斂后的連接權(quán)重，并將x（n-m+1），x（n-m+2），x（n）作為網(wǎng)絡(luò)輸入，網(wǎng)絡(luò)輸出值即為預測值（n+1）。對于不同的預測目的，在組織訓練樣本上，一般有兩種策略：一種是訓練樣本全部由過去的歷史電價數(shù)據(jù)組成；另一種是訓練樣本由過去的歷史電價數(shù)據(jù)和影響電價變化因素的歷史記錄組成，考慮了影響電價變化的因素。采用哪種策略，一般視具體情況而定，其目的都是取得有代表性的訓練樣本，通過學習，讓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)形成記憶，具有了經(jīng)驗，再進行電價預測。5.綜合模型法綜合模型法的基本思想是利用多種方法的預測結(jié)果，確定一個綜合預測模型及其預測結(jié)果。為對待預測日的電價進行預測，可使用多種方法，利用歷史上第i日的前n天的數(shù)據(jù)，對第i日進行假定的預測，得到多種方法即q種方法對第i日的虛假預測結(jié)果為，其中：t=1，2，t；j=1，2，q。當i=0時，是第j種預測方法對待預測日的預測結(jié)果。則最終待預測日的預測結(jié)果是 （3-12）式中：w（j）為第j種方法在綜合模型中的權(quán)重，只取決于方法的不同，w（j）須根據(jù)歷史電價虛擬預測的誤差來確定，即求解下述優(yōu)化問題 （3-13）其中，lit為歷史電價日的實際電價值。上述情況，是對各日、各時刻擬合誤差同等對待的情況。類似于序