電力系統(tǒng)負荷預測

1、電力系統(tǒng)負荷預測方法所謂的電力負荷預測是指以電力負荷變化以及外界因素變化為基礎，以特定的數(shù)學方法或者建立數(shù)學模型的方式為手段，通過對電力負荷歷史數(shù)據(jù)進行分析，對電力系統(tǒng)的需求做出估計以及研究相關因素對電力負荷的影響負荷預測包括兩方面的含義：電力需求量的預測決定發(fā)電、輸電、配電系統(tǒng)新增容量的大小；電量需求量預測決定發(fā)電設備的類型如調(diào)峰機組基荷類型等負荷預測要具備兩方面的條件:一是歷史數(shù)據(jù)信息的可靠性;二是預測方法的有效性。負荷預測的核心問題是如何利用現(xiàn)有的歷史數(shù)據(jù)(歷史負荷數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)等),采用適當?shù)念A測方法對未來時刻或時間段內(nèi)的電力值和電量值進行估計。是什么？ 負荷分類負荷分類預測內(nèi)容預測內(nèi)

2、容 基本方法基本方法預測評估預測評估引言引言負荷預測的目的就是提供負荷發(fā)展狀況及水平，同時確定各供電區(qū)、各規(guī)劃年供用電量、供用電最大負荷和規(guī)劃地區(qū)總的負荷發(fā)展水平，確定各規(guī)劃年用電負荷構(gòu)成電力系統(tǒng)負荷預測關系到電力系統(tǒng)的調(diào)度運行和生產(chǎn)計劃,準確的負荷預測有助于提高系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性,能夠減少發(fā)電成本。電力系統(tǒng)運行過程中，電力負荷預測問題對許多電力部門都起著重要作用，它涉及到電力系統(tǒng)規(guī)劃和設計、電力系統(tǒng)經(jīng)濟安全運行以及電力市場交易等多個方面。隨著電力工業(yè)不斷發(fā)展逐漸進入市場化，負荷預測在電力行業(yè)中扮演著越來越重要的角色，并已經(jīng)成為市場營銷和交易部門的核心業(yè)務，這也對負荷預測的精確度和穩(wěn)定性提出

3、了更高的要求。為什么？ 負荷分類負荷分類預測內(nèi)容預測內(nèi)容 基本方法基本方法預測評估預測評估引言引言講什么？ 1 電力系統(tǒng)負荷的分類 2 電力系統(tǒng)負荷預測的內(nèi)容 3 電力系統(tǒng)負荷預測基本方法 4 電力系統(tǒng)負荷預測的評估 負荷分類負荷分類預測內(nèi)容預測內(nèi)容 基本方法基本方法預測評估預測評估引言引言電力系統(tǒng)負荷的分類 1.1 按物理性能分類（有功P、無功Q） 1.2 按電能的生產(chǎn)、供給和銷售過程分類（有功P） 1.3 按所屬行業(yè)分類（有功P） 1.4 按負荷在電力系統(tǒng)中的分布分類（有功P） 1.5 按時間分類（有功P） 1.6 按負荷的重要性分類 （有功P） 負荷分類負荷分類預測內(nèi)容預測內(nèi)容 基本方法

4、基本方法預測評估預測評估引言引言電力系統(tǒng)負荷的分類 1.1按物理性能分類（有功P、無功Q） 回顧：有功功率P和無功功率Q的定義 有功功率和無功功率的作用 1.2 按電能的生產(chǎn)、供給和銷售過程分類發(fā)電負荷、供電負荷和用電負荷（有功負荷） 用電負荷=系統(tǒng)內(nèi)各用戶在某一時刻所耗用電力的總和 供電負荷=用電負荷+網(wǎng)損(線路和變壓器損耗) 發(fā)電負荷=供電負荷+發(fā)電廠廠用負荷 =用電負荷+網(wǎng)損(線路和變壓器損耗)+廠用電 負荷分類負荷分類預測內(nèi)容預測內(nèi)容 基本方法基本方法預測評估預測評估引言引言電力系統(tǒng)負荷的分類 1.3 按所屬行業(yè)分類（有功P）國民經(jīng)濟行業(yè)用電 、城鄉(xiāng)居民生活用電第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三

5、產(chǎn)業(yè)、居民生活用電 第一產(chǎn)業(yè)用電 農(nóng)、林、牧、漁 第二產(chǎn)業(yè)用電 工業(yè)和建筑業(yè) 第三產(chǎn)業(yè)用電水利業(yè)、其他剩余部分 居民生活用電 住宅用電1.4按負荷在電力系統(tǒng)中的分布分類（有功P） 變電所負荷、分區(qū)負荷及全系統(tǒng)負荷 負荷分類負荷分類預測內(nèi)容預測內(nèi)容 基本方法基本方法預測評估預測評估引言引言電力系統(tǒng)負荷的分類（完）1.5 按時間分類（有功P） 年、月、周、日負荷 每年、每月、每周、每日的最大負荷 1.6按負荷的重要性分類 （有功P） 一級負荷 中斷供電將造成人身傷亡，或在政治經(jīng)濟上有重大損失的負荷 二級負荷 中斷供電將影響重要用電單位的正常工作或?qū)⒃谡谓?jīng)濟上有較 大損失的負荷 三級負荷 不屬于一

6、級和二級的其他負荷。 負荷分類負荷分類預測內(nèi)容預測內(nèi)容 基本方法基本方法預測評估預測評估引言引言電力負荷預測的基本內(nèi)容2 電力負荷預測的基本內(nèi)容2.1 電力負荷預測的分類2.2 電力負荷特性和參數(shù)2.3 電力負荷預測的分析要素2.4 電力負荷預測的特點及結(jié)果分析 負荷分類負荷分類預測內(nèi)容預測內(nèi)容 基本方法基本方法預測評估預測評估引言引言電力負荷預測的基本內(nèi)容2.1 電力負荷預測的分類超短期負荷預測是指未來1h以內(nèi)的負荷預測，在安全監(jiān)視狀態(tài)下，需要510s或15min的預測值，預防性控制和緊急狀態(tài)處理需要10min至1h的預測值。短期負荷預測是指日負荷預測和周負荷預測，分別用于安排日調(diào)度計劃和周

7、調(diào)度計劃，包括確定機組起停、水火電協(xié)調(diào)、聯(lián)絡線交換功率、負荷經(jīng)濟分配、水庫調(diào)度和設備檢修等，對短期預測，需充分研究電網(wǎng)負荷變化規(guī)律，分析負荷變化相關因子，特別是天氣因素、日類型等和短期負荷變化的關系。中期負荷預測是指月至年的負荷預測，主要是確定機組運行方式和設備大修計劃等。長期負荷預測是指未來35年甚至更長時間段內(nèi)的負荷預測，主要是電網(wǎng)規(guī)劃部門根據(jù)國民經(jīng)濟的發(fā)展和對電力負荷的需求，所作的電網(wǎng)改造和擴建工作的遠景規(guī)劃。對中、長期負荷預測，要特別研究國民經(jīng)濟發(fā)展、國家政策等的影響。 負荷分類負荷分類預測內(nèi)容預測內(nèi)容 基本方法基本方法預測評估預測評估引言引言電力負荷預測的基本內(nèi)容2.2 電力負荷特性

8、和參數(shù)年平均日負荷率=全年各日負荷率的平均值 全年每月最大負荷日平均負荷之和 全年每月最大負荷日最大負荷之和 日最小負荷率=日最小負荷 / 日最大負荷 最大負荷利用小時數(shù)=年發(fā)（用）電量 / 年最大負荷 日峰谷差=日最大負荷 - 日最小負荷 年最大峰谷差=日峰谷差的最大值 負荷分類負荷分類預測內(nèi)容預測內(nèi)容 基本方法基本方法預測評估預測評估引言引言電力負荷預測的基本內(nèi)容2.3 電力負荷預測的要素 能源變化的情況 國民生產(chǎn)總值增長率 工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展速度 設備投資、人口增長 時間發(fā)展 分地區(qū)電力電量消費水平及其構(gòu)成； 地區(qū)總的電力電量消費與工農(nóng)業(yè)產(chǎn)值的比例關系； 過去5-10年電力電量增長速度； 對負

9、荷特性、缺電情況做必要的分析和描述 負荷分類負荷分類預測內(nèi)容預測內(nèi)容 基本方法基本方法預測評估預測評估引言引言電力負荷預測的基本內(nèi)容2.4 電力負荷預測的特點及結(jié)果分析由于負荷預測是根據(jù)電力負荷的過去和現(xiàn)在推測它的未來數(shù)值，所以負荷預測工作所研究的對象是不肯定事件。只有不肯定事件隨機事件，才需要人們采用適當?shù)念A測技術，推知負荷的發(fā)展趨勢和可能達到的狀況。這就使負荷預測具有以下明顯的特點：不準確性條件性 時間性多方案性 負荷分類負荷分類預測內(nèi)容預測內(nèi)容 基本方法基本方法預測評估預測評估引言引言電力負荷預測的基本內(nèi)容不準確性因為電力負荷未來的發(fā)展是不肯定的，它要受到多種多樣復雜因素的影響，而且各種

10、影響因素也是發(fā)展變化的。人們對于這些發(fā)展變化有些能夠預先估計，有些卻很難事先預見到，加上一些臨時情況發(fā)生變化的影響，因此就決定了預測結(jié)果的不準確性或不完全準確性。條件性 各種負荷預測都是在一定條件下作出的。對于條件而言，又可分為必然條件和假設條件兩種，如果負荷員真正掌握了電力負荷的本質(zhì)規(guī)律，那么預測條件就是必然條件，所作出的預測往往是比較可靠的。而在很多情況下，由于負荷未來發(fā)展的不肯定性，所以就需要一些假設條件。 負荷分類負荷分類預測內(nèi)容預測內(nèi)容 基本方法基本方法預測評估預測評估引言引言電力負荷預測的基本內(nèi)容（完）時間性 各種負荷預測都有一定的時間范圍，因為負荷預測屬于科學預測的范疇，因此，要

11、求有比較確切的數(shù)量概念，往往需要確切地指明預測的時間。 多方案性 由于預測的不準確性和條件性，所以有時要對負荷在各種情況下可能的發(fā)展狀況進行預測，就會得到各種條件下不同的負荷預測方案。 負荷分類負荷分類預測內(nèi)容預測內(nèi)容 基本方法基本方法預測評估預測評估引言引言電力負荷預測的基本方法最小二乘法最小二乘法（又稱最小平方法）是一種數(shù)學優(yōu)化技術。它通過最小化誤差的平方和尋找數(shù)據(jù)的最佳函數(shù)匹配。利用最小二乘法可以簡便地求得未知的數(shù)據(jù)，并使得這些求得的數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)之間誤差的平方和為最小。最小二乘法還可用于曲線擬合。其他一些優(yōu)化問題也可通過最小化能量或最大化熵用最小二乘法來表達。2()QYiYj0102(

12、)0QYiaa Xia0112()0QYiaa Xia01Yjaa X參數(shù)使未知的，通過選擇參數(shù)使得離差Q的值最小，最小二乘法其實質(zhì)是極大似然估計。1()()()()XiXXiYSxyaSxxXiXXiX01aYa X 負荷分類負荷分類預測內(nèi)容預測內(nèi)容 基本方法基本方法預測評估預測評估引言引言電力負荷預測的基本方法背景介紹1801年，意大利天文學家朱賽普.皮亞齊發(fā)現(xiàn)了第一顆小行星谷神星。經(jīng)過40天的跟蹤觀測后，由于谷神星運行至太陽背后，使得皮亞齊失去了谷神星的位置。隨后全世界的科學家利用皮亞齊的觀測數(shù)據(jù)開始尋找谷神星，但是根據(jù)大多數(shù)人計算的結(jié)果來尋找谷神星都沒有結(jié)果。時年24歲的高斯也計算了谷

13、神星的軌道。奧地利天文學家海因里希奧爾伯斯根據(jù)高斯計算出來的軌道重新發(fā)現(xiàn)了谷神星。高斯使用的最小二乘法的方法發(fā)表于1809年他的著作天體運動論中。法國科學家勒讓德于1806年獨立發(fā)明“最小二乘法”，但因不為世人所知而默默無聞。勒讓德曾與高斯為誰最早創(chuàng)立最小二乘法原理發(fā)生爭執(zhí)。1829年，高斯提供了最小二乘法的優(yōu)化效果強于其他方法的證明，因此被稱為高斯-馬爾可夫定理。 負荷分類負荷分類預測內(nèi)容預測內(nèi)容 基本方法基本方法預測評估預測評估引言引言電力負荷預測的基本方法3 電力系統(tǒng)負荷預測基本方法用電（產(chǎn)值）單耗法 將預測期的產(chǎn)品產(chǎn)量(或產(chǎn)值)乘以用電單耗，可得所需要的用電量。適用于已有生產(chǎn)或建設計劃

14、的中近期負荷預測。關鍵問題：確定適當?shù)漠a(chǎn)品單耗或產(chǎn)值單耗。常用：三次產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值（或增加值）單耗法+居民生活用電。（應用時應注意各年度產(chǎn)值應歸算至同一年度）。三次產(chǎn)業(yè)需電量預測可根據(jù)各地的工業(yè)、農(nóng)業(yè)布局、結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)情況進一步細分，如按八大類的單耗電量預測；對于用電比重大的二產(chǎn)業(yè)，可再細分冶金、石油化工建材等。優(yōu)點是：方法簡單，對短期負荷預測效果較好。缺點是：需做大量細致的調(diào)研工作，比較籠統(tǒng)，很難反映現(xiàn)代經(jīng)濟、政治、氣候等條件的影響。 負荷分類負荷分類預測內(nèi)容預測內(nèi)容 基本方法基本方法預測評估預測評估引言引言電力負荷預測的基本方法趨勢外推法 負荷依時間變化呈現(xiàn)某種上升或下降的趨勢，明顯的季節(jié)波動，又能

15、找到一條合適的函數(shù)曲線反映這種變化趨勢時，就可以用時間t為自變量，時序數(shù)值y為因變量，建立趨勢模型yf(t)。當有理由相信這種趨勢能夠延伸到未來時，賦予變量t所需要的值，可以得到相應時刻的時間序列未來值。這就是趨勢外推法。 應用趨勢外推法有兩個假設條件：假設負荷沒有跳躍式變化；假定負荷的發(fā)展因素也決定負荷未來的發(fā)展，其條件是不變或變化不大。 外推法包括：線性趨勢預測法、對數(shù)趨勢預測法、二次曲線趨勢預測法、指數(shù)曲線趨勢預測法、生長曲線趨勢預測法。優(yōu)點是：只需要歷史數(shù)據(jù)、所需的數(shù)據(jù)量較少。缺點是：如果負荷出現(xiàn)變動，會引起較大的誤差。 負荷分類負荷分類預測內(nèi)容預測內(nèi)容 基本方法基本方法預測評估預測評

16、估引言引言電力負荷預測的基本方法電力彈性系數(shù)法在某一時期內(nèi)用電量的平均年增長率與同時期國內(nèi)生產(chǎn)總值平均年增長率的比值。 電力彈性系數(shù)是一個宏觀指標，彈性系數(shù)法是從宏觀上確定電力發(fā)展同國民經(jīng)濟發(fā)展的相對速度，它是衡量國民經(jīng)濟發(fā)展和用電需求的重要參數(shù)。前提條件：必須預先知道預測期國民經(jīng)濟的發(fā)展目標及其年平均增長速度。關鍵及核心問題：是確定預測期的電力彈性系數(shù)值優(yōu)點是：方法簡單，易于計算。缺點是：需做大量細致的調(diào)研工作。 負荷分類負荷分類預測內(nèi)容預測內(nèi)容 基本方法基本方法預測評估預測評估引言引言電力負荷預測的基本方法回歸分析法回歸分析法是研究一個變量（被解釋變量）關于另一個（些）變量（解釋變量）的具

17、體依賴關系的計算方法和理論。根據(jù)負荷過去的歷史資料,建立可進行數(shù)學分析的數(shù)學模型,回歸模型有一元線性回歸、多元線性回歸、非線性回歸等回歸預測模型對未來的負荷進行預測。其特點是將預測目標的因素作為自變量,將預測目標作為因變量,具有較強的內(nèi)插能力。 負荷分類負荷分類預測內(nèi)容預測內(nèi)容 基本方法基本方法預測評估預測評估引言引言電力負荷預測的基本方法時間序列法根據(jù)歷史統(tǒng)計資料，總結(jié)出電力負荷發(fā)展水平與時間先后順序的關系，即把時間序列作為一個隨機變量，用數(shù)理統(tǒng)計的方法，盡可能減少偶然因素的影響，得出電力負荷隨時間序列所反映出來的趨勢，并進行外推以預測未來負荷發(fā)展的水平。時間序列預測，計算簡單，但沒有考慮負

18、荷變化的因素，對規(guī)律性的處理不足，只適用于負荷變化比較均勻的短期預測的情況優(yōu)點是：所需歷史數(shù)據(jù)少、工作量少。缺點是：沒有考慮負荷變化的因素，只致力于數(shù)據(jù)的擬合，對規(guī)律性的處理不足，只適用于負荷變化比較均勻的短期預測的情況。 負荷分類負荷分類預測內(nèi)容預測內(nèi)容 基本方法基本方法預測評估預測評估引言引言電力負荷預測的基本內(nèi)容 負荷分類負荷分類預測內(nèi)容預測內(nèi)容 基本方法基本方法預測評估預測評估引言引言電力負荷預測的基本方法灰色模型法灰色系統(tǒng)理論是研究解決灰色系統(tǒng)分析、建模、預測、決策和控制的理論,近年來,它已在氣象、農(nóng)業(yè)等領域得到廣泛應用。從電力系統(tǒng)的實際情況可知,影響電力負荷的諸多因素中,一些因素是

19、確定的,而另一些因素則是不確定的,故可以把它看作是一個灰色系統(tǒng)?；疑到y(tǒng)具有計算簡潔、精度高、實用性好的優(yōu)點,它在電力負荷預測中已有很多成功的應用。該方法適用于短、中、長三個時期的負荷預測。在建模時不需要計算統(tǒng)計特征量,可以使用于任何非線性變化的負荷指標預測。但其不足之處是其微分方程指數(shù)解比較適合于具有指數(shù)增長趨勢的負荷指標。對于具有其它趨勢的指標則有時擬和灰度較大,精度難以提高?；疑A測的優(yōu)點：要求負荷數(shù)據(jù)少、不考慮分布規(guī)律、不考慮變化趨勢、運算方便、短期預測精度高、易于檢驗。缺點：一是當數(shù)據(jù)離散程度越大，即數(shù)據(jù)灰度越大，預測精度越差；二是不太適合于電力系統(tǒng)的長期后推若干年的預測。 負荷分類

20、負荷分類預測內(nèi)容預測內(nèi)容 基本方法基本方法預測評估預測評估引言引言電力負荷預測的基本方法綜合用電水平法按照預測的人口數(shù)及每人平均耗電量來預測居民總用電量。負荷密度法根據(jù)對不同規(guī)模城市的調(diào)查，參照城市發(fā)展規(guī)劃、人口規(guī)劃、居民收入水平增長情況等，每平方千米面積用電量（千瓦小時數(shù)來測算城鄉(xiāng)負荷水平。綜合用電水平法和負荷密度法都是用來預測城鄉(xiāng)居民生活用電的方法 負荷分類負荷分類預測內(nèi)容預測內(nèi)容 基本方法基本方法預測評估預測評估引言引言電力負荷預測的基本方法最大負荷小時法 最大負荷=預測需電量/年最大負荷利用小時數(shù) 年最大負荷利用小時數(shù)：參考歷史統(tǒng)計值及經(jīng)負荷特性分析后確定同時率法 用所求各供電地區(qū)的最

21、大負荷之和乘以同時率K，得到整個系統(tǒng)的綜合用電最高負荷，再加上整個系統(tǒng)的線損和廠用電后，就可以求得整個系統(tǒng)的最大發(fā)電負荷 負荷分類負荷分類預測內(nèi)容預測內(nèi)容 基本方法基本方法預測評估預測評估引言引言電力負荷預測的基本方法預測方法優(yōu)點缺點適用范圍產(chǎn)值單耗法方法簡單，對短期負荷預測效果較好。 需做大量細致的調(diào)研工作，比較籠統(tǒng)，很難反映現(xiàn)代經(jīng)濟、政治、氣候等條件的影響周期較短的負荷預測（農(nóng)業(yè)用電）相關分析法可清楚得到負荷增長趨勢和其他可測量因素之間的關系需較多相關社會經(jīng)濟發(fā)展指數(shù)，實際預測困難負荷模式變化較大，預測周期較長指數(shù)平滑法簡單、快速精度差預測量大周期短時間序列法考慮了負荷行為及主要相關因素的

22、隨機影響依靠人的經(jīng)驗識別比較困難短期負荷預測回歸分析法預測過程簡單，技術成熟線性回歸預測精度低，非線性過程復雜，開銷大中期負荷預測 負荷分類負荷分類預測內(nèi)容預測內(nèi)容 基本方法基本方法預測評估預測評估引言引言電力系統(tǒng)負荷預測的評估4. 電力系統(tǒng)負荷預測的評估 綜合評價的必要性 減少負荷預測誤差的措施 負荷分類負荷分類預測內(nèi)容預測內(nèi)容 基本方法基本方法預測評估預測評估引言引言電力系統(tǒng)負荷預測的評估 綜合評價的必要性 預測誤差用以衡量一個預測模型的應用效果，務必使其處于可接受的范圍內(nèi)。 一般來說，短期預測誤差不應超過3%，中期預測誤差不應超過5%，長期預測誤差不應超過15% 預測誤差形成的原因 數(shù)學

23、模型大多數(shù)只包括一些主要因素，次要因素往往被忽略了，與實際負荷之間存在誤差。 負荷所受的影響是千變?nèi)f化的，進行預測的目的和要求也是多種多樣的，預測方法若選擇不當，也會造成誤差。 預測需用到大量資料，各項資料并不能都保證可靠。 某種意外事件的發(fā)生也會造成預測誤差 負荷分類負荷分類預測內(nèi)容預測內(nèi)容 基本方法基本方法預測評估預測評估引言引言電力系統(tǒng)負荷預測的評估減少負荷預測誤差的措施 絕對誤差與相對誤差 設Y表示實際值，表示預測值。 那么： Y - 為絕對誤差； (Y - )/ Y為相對誤差。 平均絕對誤差 其中：MAE 平均絕對誤差； Ei 第i個預測值與實際值的絕對誤差； Yi 第i個實際負荷值

24、； i 第i個預測負荷值。 負荷分類負荷分類預測內(nèi)容預測內(nèi)容 基本方法基本方法預測評估預測評估引言引言電力系統(tǒng)負荷預測的評估 均方誤差 均方根誤差 后驗差檢驗以殘差為基礎，根據(jù)各時刻殘差絕對值的大小，考慮殘差較小的點出現(xiàn)的概率，計算得出后驗差比值及小概率誤差，從而對預測模型進行評價。221111()nniiiiiMSEEYYnn221111()nniiiiiRMSEEYYnn 負荷分類負荷分類預測內(nèi)容預測內(nèi)容 基本方法基本方法預測評估預測評估引言引言電力系統(tǒng)負荷預測的評估 標準誤差 其中：SY 預測標準誤差； n 歷史負荷數(shù)據(jù)個數(shù)； m 自由度，即變量的個數(shù)， 自變量和因變量個數(shù)的總和。2()(1,2,.)iiYYYSinm 負荷分類負荷分類預測內(nèi)容預測內(nèi)容 基本方法基本方法預測評估預測評估引言引言電力系統(tǒng)負荷預測的評估 根據(jù)負荷受氣象因素影響，采用分時段輸入氣象資料 采用模糊規(guī)則，灰色系統(tǒng)進行預測 積累歷史數(shù)據(jù)，并保證其正確性、完整性 對停投沒有規(guī)律性的大用戶負荷，采用人工及時修改 負荷參數(shù)的方法 負荷分類負荷分類預測內(nèi)容預測內(nèi)容