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1、 淺議電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)的方法及特點(diǎn) 蔡智摘要:負(fù)荷預(yù)測(cè)在電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行方面發(fā)揮的重要作用,具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益,負(fù)荷預(yù)測(cè)實(shí)質(zhì)上是對(duì)電力市場(chǎng)需求的預(yù)測(cè)。該文系統(tǒng)地介紹和分析了各種負(fù)荷預(yù)測(cè)的方法及特點(diǎn),并指出做好負(fù)荷預(yù)測(cè)已成為實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)管理現(xiàn)代化的重要手段。關(guān)鍵詞:電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)電力市場(chǎng)建設(shè)規(guī)劃中圖分類號(hào):f407.61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:a 文章編號(hào):1引言負(fù)荷預(yù)測(cè)是從已知的用電需求出發(fā),考慮政治、經(jīng)濟(jì)、氣候等相關(guān)因素,對(duì)未來的用電需求做出的預(yù)測(cè)。負(fù)荷預(yù)測(cè)包括兩方面的含義:對(duì)未來需求量(功率)的預(yù)測(cè)和未來用電量(能量)的預(yù)測(cè)。電力需求量的預(yù)測(cè)決
2、定發(fā)電、輸電、配電系統(tǒng)新增容量的大??;電能預(yù)測(cè)決定發(fā)電設(shè)備的類型(如調(diào)峰機(jī)組、基荷機(jī)組等)。負(fù)荷預(yù)測(cè)的目的就是提供負(fù)荷發(fā)展?fàn)顩r及水平,同時(shí)確定各供電區(qū)、各規(guī)劃年供用電量、供用電最大負(fù)荷和規(guī)劃地區(qū)總的負(fù)荷發(fā)展水平,確定各規(guī)劃年用電負(fù)荷構(gòu)成。2負(fù)荷預(yù)測(cè)的方法及特點(diǎn)2.1單耗法按照國家安排的產(chǎn)品產(chǎn)量、產(chǎn)值計(jì)劃和用電單耗確定需電量。單耗法分"產(chǎn)品單耗法"和"產(chǎn)值單耗法"兩種。采用"單耗法"預(yù)測(cè)負(fù)荷前的關(guān)鍵是確定適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品單耗或產(chǎn)值單耗。從我國的實(shí)際情況來看,一般規(guī)律是產(chǎn)品單耗逐年上升,產(chǎn)值單耗逐年下降。單耗法的優(yōu)點(diǎn)是:方法簡(jiǎn)單,對(duì)短期負(fù)荷預(yù)測(cè)
3、效果較好。缺點(diǎn)是:需做大量細(xì)致的調(diào)研工作,比較籠統(tǒng),很難反映現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)、政治、氣候等條件的影響。2.2趨勢(shì)外推法當(dāng)電力負(fù)荷依時(shí)間變化呈現(xiàn)某種上升或下降的趨勢(shì),并且無明顯的季節(jié)波動(dòng),又能找到一條合適的函數(shù)曲線反映這種變化趨勢(shì)時(shí),就可以用時(shí)間t為自變量,時(shí)序數(shù)值y為因變量,建立趨勢(shì)模型yf(t)。當(dāng)有理由相信這種趨勢(shì)能夠延伸到未來時(shí),賦予變量t所需要的值,可以得到相應(yīng)時(shí)刻的時(shí)間序列未來值。這就是趨勢(shì)外推法。應(yīng)用趨勢(shì)外推法有兩個(gè)假設(shè)條件:假設(shè)負(fù)荷沒有跳躍式變化;假定負(fù)荷的發(fā)展因素也決定負(fù)荷未來的發(fā)展,其條件是不變或變化不大。選擇合適的趨勢(shì)模型是應(yīng)用趨勢(shì)外推法的重要環(huán)節(jié),圖形識(shí)別法和差分法是選擇趨勢(shì)模型
4、的兩種基本方法。外推法有線性趨勢(shì)預(yù)測(cè)法、對(duì)數(shù)趨勢(shì)預(yù)測(cè)法、二次曲線趨勢(shì)預(yù)測(cè)法、指數(shù)曲線趨勢(shì)預(yù)測(cè)法、生長(zhǎng)曲線趨勢(shì)預(yù)測(cè)法。趨勢(shì)外推法的優(yōu)點(diǎn)是:只需要?dú)v史數(shù)據(jù)、所需的數(shù)據(jù)量較少。缺點(diǎn)是:如果負(fù)荷出現(xiàn)變動(dòng),會(huì)引起較大的誤差。2.3彈性系數(shù)法彈性系數(shù)是電量平均增長(zhǎng)率與國內(nèi)生產(chǎn)總值之間的比值,根據(jù)國內(nèi)生產(chǎn)總值的增長(zhǎng)速度結(jié)合彈性系數(shù)得到規(guī)劃期末的總用電量。彈性系數(shù)法是從宏觀上確定電力發(fā)展同國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的相對(duì)速度,它是衡量國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和用電需求的重要參數(shù)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是:方法簡(jiǎn)單,易于計(jì)算。缺點(diǎn)是:需做大量細(xì)致的調(diào)研工作。2.4回歸分析法回歸預(yù)測(cè)是根據(jù)負(fù)荷過去的歷史資料,建立可以進(jìn)行數(shù)學(xué)分析的數(shù)學(xué)模型。用數(shù)理統(tǒng)
5、計(jì)中的回歸分析方法對(duì)變量的觀測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)未來的負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)?;貧w模型有一元線性回歸、多元線性回歸、非線性回歸等回歸預(yù)測(cè)模型。其中,線性回歸用于中期負(fù)荷預(yù)測(cè)。優(yōu)點(diǎn)是:預(yù)測(cè)精度較高,適用于在中、短期預(yù)測(cè)使用。缺點(diǎn)是:規(guī)劃水平年的工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值很難詳細(xì)統(tǒng)計(jì);用回歸分析法只能測(cè)算出綜合用電負(fù)荷的發(fā)展水平,無法測(cè)算出各供電區(qū)的負(fù)荷發(fā)展水平,也就無法進(jìn)行具體的電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃。2.5時(shí)間序列法就是根據(jù)負(fù)荷的歷史資料,設(shè)法建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型,用這個(gè)數(shù)學(xué)模型一方面來描述電力負(fù)荷這個(gè)隨機(jī)變量變化過程的統(tǒng)計(jì)規(guī)律性;另一方面在該數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上再確立負(fù)荷預(yù)測(cè)的數(shù)學(xué)表達(dá)式,對(duì)未來的負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)。時(shí)間序列法主要有
6、自回歸ar(p)、滑動(dòng)平均ma(q)和自回歸與滑動(dòng)平均arma(p,q)等。這些方法的優(yōu)點(diǎn)是:所需歷史數(shù)據(jù)少、工作量少。缺點(diǎn)是:沒有考慮負(fù)荷變化的因素,只致力于數(shù)據(jù)的擬合,對(duì)規(guī)律性的處理不足,只適用于負(fù)荷變化比較均勻的短期預(yù)測(cè)的情況。2.6灰色模型法灰色預(yù)測(cè)是一種對(duì)含有不確定因素的系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法。以灰色系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)的灰色預(yù)測(cè)技術(shù),可在數(shù)據(jù)不多的情況下找出某個(gè)時(shí)期內(nèi)起作用的規(guī)律,建立負(fù)荷預(yù)測(cè)的模型。分為普通灰色系統(tǒng)模型和最優(yōu)化灰色模型兩種。普通灰色預(yù)測(cè)模型是一種指數(shù)增長(zhǎng)模型,當(dāng)電力負(fù)荷嚴(yán)格按指數(shù)規(guī)律持續(xù)增長(zhǎng)時(shí),此法有預(yù)測(cè)精度高、所需樣本數(shù)據(jù)少、計(jì)算簡(jiǎn)便、可檢驗(yàn)等優(yōu)點(diǎn);缺點(diǎn)是對(duì)于具有波動(dòng)性變
7、化的電力負(fù)荷,其預(yù)測(cè)誤差較大,不符合實(shí)際需要。而最優(yōu)化灰色模型可以把有起伏的原始數(shù)據(jù)序列變換成規(guī)律性增強(qiáng)的成指數(shù)遞增變化的序列,大大提高預(yù)測(cè)精度和灰色模型法的適用范圍。灰色模型法適用于短期負(fù)荷預(yù)測(cè)。灰色預(yù)測(cè)的優(yōu)點(diǎn):要求負(fù)荷數(shù)據(jù)少、不考慮分布規(guī)律、不考慮變化趨勢(shì)、運(yùn)算方便、短期預(yù)測(cè)精度高、易于檢驗(yàn)。缺點(diǎn):一是當(dāng)數(shù)據(jù)離散程度越大,即數(shù)據(jù)灰度越大,預(yù)測(cè)精度越差;二是不太適合于電力系統(tǒng)的長(zhǎng)期后推若干年的預(yù)測(cè)。2.7德爾菲法德爾菲法是根據(jù)有專門知識(shí)的人的直接經(jīng)驗(yàn),對(duì)研究的問題進(jìn)行判斷、預(yù)測(cè)的一種方法,也稱專家調(diào)查法。德爾菲法具有反饋性、匿名性和統(tǒng)計(jì)性的特點(diǎn)。德爾菲法的優(yōu)點(diǎn)是:可以加快預(yù)測(cè)速度和節(jié)約預(yù)測(cè)費(fèi)
8、用;可以獲得各種不同但有價(jià)值的觀點(diǎn)和意見;適用于長(zhǎng)期預(yù)測(cè),在歷史資料不足或不可預(yù)測(cè)因素較多尤為適用。缺點(diǎn)是:對(duì)于分地區(qū)的負(fù)荷預(yù)測(cè)則可能不可靠;專家的意見有時(shí)可能不完整或不切實(shí)際。2.8專家系統(tǒng)法專家系統(tǒng)預(yù)測(cè)法是對(duì)數(shù)據(jù)庫里存放的過去幾年甚至幾十年的,每小時(shí)的負(fù)荷和天氣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,從而匯集有經(jīng)驗(yàn)的負(fù)荷預(yù)測(cè)人員的知識(shí),提取有關(guān)規(guī)則,按照一定的規(guī)則進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)。實(shí)踐證明,精確的負(fù)荷預(yù)測(cè)不僅需要高新技術(shù)的支撐,同時(shí)也需要融合人類自身的經(jīng)驗(yàn)和智慧。因此,就會(huì)需要專家系統(tǒng)這樣的技術(shù)。專家系統(tǒng)法,是對(duì)人類的不可量化的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行轉(zhuǎn)化的一種較好的方法。2.9神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ann,artificial neu
9、ral network)預(yù)測(cè)技術(shù),可以模仿人腦做智能化處理,對(duì)大量非結(jié)構(gòu)性、非確定性規(guī)律具有自適應(yīng)功能。ann應(yīng)用于短期負(fù)荷預(yù)測(cè)比應(yīng)用于中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)更為適宜。因?yàn)?,短期?fù)荷變化可以認(rèn)為是一個(gè)平穩(wěn)隨機(jī)過程。而長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)可能會(huì)因政治、經(jīng)濟(jì)等大的轉(zhuǎn)折導(dǎo)致其模型的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的破壞。優(yōu)點(diǎn)是:可以模仿人腦的智能化處理;對(duì)大量非結(jié)構(gòu)性、非精確性規(guī)律具有自適應(yīng)功能;具有信息記憶、自主學(xué)習(xí)、知識(shí)推理和優(yōu)化計(jì)算的特點(diǎn)。缺點(diǎn)是:初始值的確定無法利用已有的系統(tǒng)信息,易陷于局部極小的狀態(tài);神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)過程通常較慢,對(duì)突發(fā)事件的適應(yīng)性差。2.10優(yōu)選組合預(yù)測(cè)法優(yōu)選組合有兩層含義:一是從幾種預(yù)測(cè)方法得到的結(jié)果中選取適當(dāng)
10、的權(quán)重加權(quán)平均;二是指在幾種預(yù)測(cè)方法中進(jìn)行比較,選擇擬和度最佳或標(biāo)準(zhǔn)偏差最小的預(yù)測(cè)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。對(duì)于組合預(yù)測(cè)方法也必需注意到,組合預(yù)測(cè)是在單個(gè)預(yù)測(cè)模型不能完全正確地描述預(yù)測(cè)量的變化規(guī)律時(shí)發(fā)揮作用。一個(gè)能夠完全反映實(shí)際發(fā)展規(guī)律的模型進(jìn)行預(yù)測(cè)完全可能比用組合預(yù)測(cè)方法預(yù)測(cè)效果好。該方法的優(yōu)點(diǎn)是:優(yōu)選組合了多種單一預(yù)測(cè)模型的信息,考慮的影響信息也比較全面,因而能夠有效地改善預(yù)測(cè)效果。缺點(diǎn)是:權(quán)重的確定比較困難;不可能將所有在未來起作用的因素全包含在模型中,在一定程度上限制了預(yù)測(cè)精度的提高。2.11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,它在時(shí)域和頻域上同時(shí)具有良好的局部化性質(zhì),并且能根據(jù)信號(hào)頻率高低自動(dòng)調(diào)節(jié)采樣的疏密,它容易捕捉和分析微弱信號(hào)以及信號(hào)、圖像的任意細(xì)小部分。其優(yōu)點(diǎn)是:能對(duì)不同的頻率成分采用逐漸精細(xì)的采樣步長(zhǎng),從而可以聚集到信號(hào)的任意細(xì)節(jié),尤其是對(duì)奇異信號(hào)很敏感,能很好的處理微弱或突變的信號(hào),其目標(biāo)是將一個(gè)信號(hào)的信息轉(zhuǎn)化成小波系數(shù),從而能夠方便地加以處理、儲(chǔ)存、傳遞、分析或被用于重建原始信號(hào)。這些優(yōu)點(diǎn)決定了小波分析可以有效地應(yīng)用于負(fù)荷預(yù)測(cè)問題的研究。3結(jié)束語負(fù)荷預(yù)測(cè)是電力系統(tǒng)調(diào)度、實(shí)時(shí)控制、運(yùn)行
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