電力負荷預(yù)測方法分析

　　摘要：

　　電力負荷的不斷增長是電力工業(yè)發(fā)展的根據(jù)，電力負荷預(yù)測在電力系統(tǒng)規(guī)劃和運行方面的作用越來越重要。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，負荷預(yù)測技術(shù)的研究也在不斷深化，各種各樣的負荷預(yù)測方法不斷涌現(xiàn)，本文系統(tǒng)的介紹和分析了各種電力負荷預(yù)測方法，并指出為提高負荷預(yù)測精度應(yīng)合理選擇和使用負荷預(yù)測方法。

　　關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；電力負荷預(yù)測；規(guī)劃；方法

　　1.引言

　　電力負荷預(yù)測就是在正確的理論指導(dǎo)下，在調(diào)查研究掌握大量翔實資料的基礎(chǔ)上，從已知的用電需求出發(fā)，考慮影響電力負荷的各種因素，運用可靠的方法和手段預(yù)測未來的用電需求，對電力負荷的發(fā)展趨勢做出科學(xué)合理的判斷。電力負荷預(yù)測是電力系統(tǒng)運行、控制和規(guī)劃不可缺少的重要組成部分，也是電力規(guī)劃的基礎(chǔ)。電力負荷預(yù)測的內(nèi)容主要是對最大有功負荷及其分布、無功負荷及其分布、需電量和電力負荷曲線及其特征值等重要參數(shù)的測算。

　　2.電力負荷預(yù)測方法

　　2.1.彈性系數(shù)法

　　電力負荷年均增長率和國民經(jīng)濟年均增長率之比稱為電力彈性系數(shù)，它是衡量國民經(jīng)濟發(fā)展和用電需求的重要參數(shù)，也是確定電力發(fā)展同國民經(jīng)濟發(fā)展相對速度的宏觀指標。電力彈性系數(shù)又可分為電力生產(chǎn)彈性系數(shù)和電力消費彈性系數(shù)。若已知彈性系數(shù)的預(yù)測值，則結(jié)合國內(nèi)生產(chǎn)總值的年均增長率就可預(yù)測出規(guī)劃期所需的電力和電量。

　　應(yīng)用彈性系數(shù)法預(yù)測電力負荷的前提條件，是必須預(yù)先知道預(yù)測期（或規(guī)劃期）內(nèi)國民經(jīng)濟的發(fā)展目標及其年平均增長速度。彈性系數(shù)法的關(guān)鍵及核心問題是確定預(yù)測（規(guī)劃）期的電力彈性系數(shù)值[1]。所以該方法雖然簡單、易于計算，但需做大量的統(tǒng)計調(diào)研工作。

　　影響電力彈性系數(shù)值的因素很多，主要有經(jīng)濟發(fā)展水平、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、科技及工藝水平、生活水平、電價水平及節(jié)電政策和措施等。

　　2.2.單耗法

　　單耗是反映國民經(jīng)濟及各部門用電特性的重要指標。單耗法就是通過對過去單耗的統(tǒng)計分析，結(jié)合國民經(jīng)濟和社會發(fā)展規(guī)劃的指標，按單耗來預(yù)測需電量。單耗法可分為“產(chǎn)值單耗法”和“產(chǎn)量單耗法”，產(chǎn)值單耗法既可用于近期預(yù)測，也可用于長期預(yù)測，產(chǎn)量單耗法

　　僅適用于近期預(yù)測。

　　單耗法雖然方法簡單，但需做大量細致的統(tǒng)計分析工作，且由于政治經(jīng)濟等因素的影響，對中、遠期預(yù)測的準確性難以確定。

　　影響單耗的因素主要有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、節(jié)電措施、產(chǎn)品價格，以及產(chǎn)品生產(chǎn)的條件等。

　　2.3.時間序列法

　　時間序列預(yù)測方法就是根據(jù)到目前為止的歷史資料數(shù)據(jù)，即時間序列所呈現(xiàn)出來的發(fā)展趨勢和規(guī)律，設(shè)法建立一個數(shù)學(xué)模型，在該數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上用數(shù)學(xué)方法進行延伸、外推，預(yù)測出今后各時期的指標值。時間序列法主要有移動平均法、指數(shù)平滑法等，其中指數(shù)平滑法是一種較為重要的方法，該方法是采取漸消記憶的方式，利用逐步衰減的不等權(quán)平均辦法，用以往的歷史數(shù)據(jù)的指數(shù)加權(quán)組合來直接預(yù)報時間序列的將來值。

　　時間序列預(yù)測，不需要考慮指標與各影響因素的橫向聯(lián)系，不需要利用其他任何數(shù)據(jù)和外部情況資料，計算簡單，是一種簡便易行、經(jīng)濟有效的預(yù)測方法[1]，但該方法沒有考慮負荷變化的因素，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(yù)測的情況。

　　2.4.趨勢外推法

　　趨勢外推法是根據(jù)已知的歷史資料來擬合一條曲線，使得這條曲線能反映負荷本身的增長趨勢，然后按照這個增長趨勢曲線，對要求的未來某一點估計出該時刻的負荷預(yù)測值。應(yīng)用趨勢外推法有兩個假設(shè)條件[2]：首先假設(shè)負荷沒有跳躍式變化，其次假設(shè)負荷的發(fā)展因素也決定負荷未來的發(fā)展。選擇合適的趨勢模型時應(yīng)用趨勢外推法的重要環(huán)節(jié)，圖形識別法和差分法是選擇趨勢模型的兩種基本方法。常用的趨勢模型有線性趨勢模型、多項式趨勢模型、對數(shù)趨勢模型、冪函數(shù)趨勢模型、指數(shù)趨勢模型、邏輯斯蒂模型和龔伯茨模型等[3]，不同的模型得出的結(jié)果相差會很大，使用的關(guān)鍵是根據(jù)地區(qū)發(fā)展情況選擇適當(dāng)?shù)哪Ｐ汀?/p>

　　趨勢外推法只需要歷史數(shù)據(jù)，所需的數(shù)據(jù)量較少，但如果負荷出現(xiàn)變動，會引起較大的誤差。

　　2.5.回歸分析法

　　回歸分析法就是通過對歷史數(shù)據(jù)的分析、研究，并考慮和電力負荷有關(guān)的各種影響因素，建立起適當(dāng)?shù)幕貧w預(yù)測模型，用數(shù)理統(tǒng)計中的回歸分析方法對變量的觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，從而預(yù)測未來的電力負荷�；貧w預(yù)測模型可以是線性的也可以是非線性的，可以是一元的也可以是多元的，其中一元線性回歸預(yù)測是最基本的、最簡單的預(yù)測方法。

　　回歸分析法適用于中、短期預(yù)測，它的預(yù)測精度依賴于模型的準確性和影響因子（如國民生產(chǎn)總值、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值、人口、氣候等）預(yù)測值的準確度，該方法只能預(yù)測出綜合用電負荷的發(fā)展水平，無法預(yù)測出各供電區(qū)的負荷發(fā)展水平，無法進行具體的電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃。

　　2.6.灰色模型法

　　部分信息已知，部分信息未知的系統(tǒng)稱為灰色系統(tǒng)，灰色系統(tǒng)理論是用來解決含有不確定因素，信息不完備系統(tǒng)的數(shù)學(xué)方法�；�于灰色系統(tǒng)理論的模型的預(yù)測稱為灰色預(yù)測，灰色預(yù)測技術(shù)可在數(shù)據(jù)不多的情況下找出某個時期內(nèi)起作用的規(guī)律，建立負荷預(yù)測的模型。

　　運用灰色系統(tǒng)理論時，對原始數(shù)據(jù)段的不同選取和對原始數(shù)據(jù)序列進行不同的處理，對建模的精度和預(yù)測的結(jié)果都會產(chǎn)生影響�；疑�模型法所需負荷數(shù)據(jù)少，計算簡單，短期預(yù)測精度高，結(jié)果可信，但當(dāng)數(shù)據(jù)灰度較大時預(yù)測精度較差，并且不太適合于電力系統(tǒng)的長期預(yù)測。

　　2.7.專家經(jīng)驗法

　　專家經(jīng)驗是一種定性預(yù)測方法，它由專家意見法、特爾菲法、主觀概率法等組成。

　　專家意見法的基本方法是，當(dāng)對某一項目進行預(yù)測時，邀請這方面的專家，請他們根據(jù)自己的知識和經(jīng)驗，對過去發(fā)生和現(xiàn)在正在發(fā)生的情況做出直觀的預(yù)測。這種方法所得預(yù)測結(jié)果的準確性，完全依賴于專家的知識的豐富程度和預(yù)測經(jīng)驗的多少。

　　專家意見法包括專家個人意見法和專家會議法。專家個人意見法的優(yōu)點是可以充分發(fā)揮專家的知識和才能，積極性和創(chuàng)造性，預(yù)測專家可以綜合運用自身的經(jīng)驗和知識來進行預(yù)測工作，而且意見也比較集中，缺點是受專家占有資料，個人興趣，認識程度和知識面等的限制，可能使專家個人的預(yù)測結(jié)果帶有一定的主觀片面性。專家會議法的優(yōu)點是信息量大，能集思廣益，充分考慮多方面的意見，缺點是會議上容易出現(xiàn)屈從多數(shù)人或權(quán)威人士意見，但多數(shù)人或權(quán)威人士錯誤時，必然導(dǎo)致預(yù)測結(jié)果的失誤；另一缺點是少數(shù)專家發(fā)表了不正確的意見后，礙于面子不愿在會上修正自己的意見，從而造成意見難以集中[1]。

　　特爾菲法是一種函詢調(diào)查法，它根據(jù)有專門知識的人的直接經(jīng)驗，對研究的問題進行判斷、預(yù)測。特爾菲法具有匿名性、反饋性、統(tǒng)計性的特點。特爾菲法是一個改進了的專家意見法，更科學(xué)、更有利于達到準確預(yù)測的目的。特爾菲法的優(yōu)點是可以加快預(yù)測速度和節(jié)約預(yù)測費用，可以獲得各種不同有價值的觀點和意見，適用于長期預(yù)測。缺點是對于地區(qū)的負荷預(yù)測可能不可靠，專家意見有時可能不完整或不切實際。

　　主觀概率是人們對未來事件發(fā)生的可能性程度的一種主觀度量，是一種根據(jù)多次經(jīng)驗結(jié)果所做的主觀判斷。應(yīng)用主觀概率法進行預(yù)測，就是先由預(yù)測者對預(yù)測問題進行主觀估計，然后運用主觀概率加以判定。主觀概率法實際應(yīng)用時，常采用三點估算公式進行計算和預(yù)測。

　　2.8.負荷密度法

　　負荷密度是指每平方公里面積上用戶消耗電力的多少。不同功能的地區(qū)，負荷密度的大小是不同的，經(jīng)濟發(fā)展水平不同的地區(qū)的同樣的功能區(qū)，其負荷密度也是不同的。負荷密度法是將預(yù)測地區(qū)劃分為若干功能區(qū)，如將城市劃分為商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)、居民區(qū)、文教區(qū)等，對每一功能區(qū)選擇一個合適的負荷密度指標，推算功能區(qū)和整個預(yù)測區(qū)的用電負荷。

　　應(yīng)用負荷密度法的關(guān)鍵有兩點，一是功能區(qū)劃分要合理，有代表性；二是各功能區(qū)負荷密度指標的選取要合理，能反映預(yù)測期的實際情況和用電水平。該方法主要適用于負荷相對集中，各功能區(qū)也相對比較易于確定的城市用電負荷預(yù)測。

　　2.9.國際比較法

　　國際比較法是拿本國的經(jīng)濟發(fā)展情況及用電需求情況做對比分析，并參照國外的電力消費資料確定本國的電力需求量。國際比較的關(guān)鍵是選擇適宜的對比國家。一般選經(jīng)濟發(fā)達，且經(jīng)濟結(jié)構(gòu)與本國有某種相似的國家作比較對象。國際比較法一般用于進行全國范圍的電力負荷預(yù)測。

　　2.10.擴展短期負荷預(yù)測法[5]

　　擴展短期負荷預(yù)測是利用預(yù)測時刻以前的歷史負荷數(shù)據(jù)，用幾種不同的方法做預(yù)測，可以預(yù)測該時刻以前的系統(tǒng)負荷，根據(jù)各方法的預(yù)測精度確定這些方法在綜合模型中的權(quán)重，利用這一權(quán)重。使用昨天及以前的歷史負荷數(shù)據(jù)，做今天預(yù)測時刻后代的全日未知負荷的預(yù)測。由于利用了預(yù)測時刻以前的最新的負荷信息，因此，用這種方法大大提高了負荷預(yù)測的精度。

　　擴展短期負荷預(yù)測的關(guān)鍵是：以當(dāng)日已經(jīng)發(fā)生的負荷的變化模式作為全日未知負荷變化規(guī)律的參考，在此基礎(chǔ)上預(yù)測出未知的負荷值。其隱含的原理是：對于同一日，在一天內(nèi)的　

　　天氣等負荷敏感因素不發(fā)生突變的情況下，其全日負荷的變化模式不會發(fā)生突變。

　　這種方法主要用于修改歷史負荷壞數(shù)據(jù)和補足當(dāng)日未知負荷數(shù)據(jù)，以協(xié)助提高短期負荷預(yù)測的準確度。

　　3.結(jié)論

　　電力負荷預(yù)測有多種預(yù)測方法，每一種預(yù)測方法都代表了一種發(fā)展規(guī)律。各種算法均有一定的適用場合，各種預(yù)測方法都具有其各自的優(yōu)缺點，沒有一個方法適用于各種負荷預(yù)測模型而精度比其他各種方法都高。所以在做負荷預(yù)測時，必須結(jié)合實際情況，著重從預(yù)測目標、期限、精確度和預(yù)測耗費等諸多方面，靈活選用較為合適的預(yù)測方法，并使用多種不同的方法進行預(yù)測，將所得預(yù)測結(jié)果互為比較，再進行合理的綜合分析與預(yù)測，最終得到符合所需精度的預(yù)測結(jié)果。　　

　　參考文獻：

　　[1]肖國泉,王春,張福偉，電力負荷預(yù)測，中國電力出版社，2001.7

　　[2]王吉權(quán),趙玉林，電力系統(tǒng)負荷預(yù)測方法及特點，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)（150030）

　　[3]WUManhong,YangJiwang，Analysisandcomparisonofseveralelectricloadforecastingmethods,hc360,2004.10

　　[4]閻承山，劉軍，短期負荷預(yù)測方法探究及提高精度之展望，華北電業(yè)管理局

　　[5]莫維仁，張伯明等，擴展短期負荷預(yù)測方法的應(yīng)用，清華大學(xué)