電力負(fù)荷預(yù)測方法分析
摘要：
電力負(fù)荷的不斷增長是電力工業(yè)發(fā)展的根據(jù)，電力負(fù)荷預(yù)測在電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)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(fù)荷預(yù)測技術(shù)的研究也在不斷深化，各種各樣的負(fù)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(fù)荷預(yù)測方法，并指出為提高負(fù)荷預(yù)測精度應(yīng)合理選擇和使用負(fù)荷預(yù)測方法。
關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；電力負(fù)荷預(yù)測；規(guī)劃；方法
1.引言
電力負(fù)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(shí)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(fù)荷的各種因素，運(yùn)用可靠的方法和手段預(yù)測未來的用電需求，對電力負(fù)荷的發(fā)展趨勢做出科學(xué)合理的判斷。電力負(fù)荷預(yù)測是電力系統(tǒng)運(yùn)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(fù)荷預(yù)測的內(nèi)容主要是對最大有功負(fù)荷及其分布、無功負(fù)荷及其分布、需電量和電力負(fù)荷曲線及其特征值等重要參數(shù)的測算。
2.電力負(fù)荷預(yù)測方法
2.1.彈性系數(shù)法
電力負(fù)荷年均增長率和國民經(jīng)濟(jì)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(jì)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(jì)發(fā)展相對速度的宏觀指標(biāo)。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(fèi)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(fù)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(jì)的發(fā)展目標(biāo)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(jì)算，但需做大量的統(tǒng)計(jì)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(jì)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(jià)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(jì)及各部門用電特性的重要指標(biāo)。單耗法就是通過對過去單耗的統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展規(guī)劃的指標(biāo)，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(xì)致的統(tǒng)計(jì)分析工作，且由于政治經(jīng)濟(jì)等因素的影響，對中、遠(yuǎn)期預(yù)測的準(zhǔn)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(jià)格，以及產(chǎn)品生產(chǎn)的條件等。
2.3.時(shí)間序列法
時(shí)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(shí)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(gè)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(jìn)行延伸、外推，預(yù)測出今后各時(shí)期的指標(biāo)值。時(shí)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(bào)時(shí)間序列的將來值。
時(shí)間序列預(yù)測，不需要考慮指標(biāo)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(jì)算簡單，是一種簡便易行、經(jīng)濟(jì)有效的預(yù)測方法[1]，但該方法沒有考慮負(fù)荷變化的因素，對規(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(fù)荷本身的增長趨勢，然后按照這個(gè)增長趨勢曲線，對要求的未來某一點(diǎn)估計(jì)出該時(shí)刻的負(fù)荷預(yù)測值。應(yīng)用趨勢外推法有兩個(gè)假設(shè)條件[2]：首先假設(shè)負(fù)荷沒有跳躍式變化，其次假設(shè)負(fù)荷的發(fā)展因素也決定負(fù)荷未來的發(fā)展。選擇合適的趨勢模型時(shí)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(xiàng)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?dú)v史數(shù)據(jù)，所需的數(shù)據(jù)量較少，但如果負(fù)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(fù)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(jì)中的回歸分析方法對變量的觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，從而預(yù)測未來的電力負(fù)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(zhǔn)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(zhǔn)確度，該方法只能預(yù)測出綜合用電負(fù)荷的發(fā)展水平，無法預(yù)測出各供電區(qū)的負(fù)荷發(fā)展水平，無法進(jìn)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�；诨疑到y(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(gè)時(shí)期內(nèi)起作用的規(guī)律，建立負(fù)荷預(yù)測的模型。
運(yùn)用灰色系統(tǒng)理論時(shí)，對原始數(shù)據(jù)段的不同選取和對原始數(shù)據(jù)序列進(jìn)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Ｐ头ㄋ柝�(fù)荷數(shù)據(jù)少，計(jì)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(shí)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(yàn)法
專家經(jīng)驗(yàn)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(xiàng)目進(jìn)行預(yù)測時(shí)，邀請這方面的專家，請他們根據(jù)自己的知識和經(jīng)驗(yàn)，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(zhǔn)確性，完全依賴于專家的知識的豐富程度和預(yù)測經(jīng)驗(yàn)的多少。
專家意見法包括專家個(gè)人意見法和專家會議法。專家個(gè)人意見法的優(yōu)點(diǎn)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(yùn)用自身的經(jīng)驗(yàn)和知識來進(jìn)行預(yù)測工作，而且意見也比較集中，缺點(diǎn)是受專家占有資料，個(gè)人興趣，認(rèn)識程度和知識面等的限制，可能使專家個(gè)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(diǎn)是信息量大，能集思廣益，充分考慮多方面的意見，缺點(diǎn)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(cuò)誤時(shí)，必然導(dǎo)致預(yù)測結(jié)果的失誤；另一缺點(diǎn)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(yàn)，對研究的問題進(jìn)行判斷、預(yù)測。特爾菲法具有匿名性、反饋性、統(tǒng)計(jì)性的特點(diǎn)。特爾菲法是一個(gè)改進(jìn)了的專家意見法，更科學(xué)、更有利于達(dá)到準(zhǔn)確預(yù)測的目的。特爾菲法的優(yōu)點(diǎn)是可以加快預(yù)測速度和節(jié)約預(yù)測費(fèi)用，可以獲得各種不同有價(jià)值的觀點(diǎn)和意見，適用于長期預(yù)測。缺點(diǎn)是對于地區(qū)的負(fù)荷預(yù)測可能不可靠，專家意見有時(shí)可能不完整或不切實(shí)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(yàn)結(jié)果所做的主觀判斷。應(yīng)用主觀概率法進(jìn)行預(yù)測，就是先由預(yù)測者對預(yù)測問題進(jìn)行主觀估計(jì)，然后運(yùn)用主觀概率加以判定。主觀概率法實(shí)際應(yīng)用時(shí)，常采用三點(diǎn)估算公式進(jìn)行計(jì)算和預(yù)測。
2.8.負(fù)荷密度法
負(fù)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(fù)荷密度的大小是不同的，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不同的地區(qū)的同樣的功能區(qū)，其負(fù)荷密度也是不同的。負(fù)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(gè)合適的負(fù)荷密度指標(biāo)，推算功能區(qū)和整個(gè)預(yù)測區(qū)的用電負(fù)荷。
應(yīng)用負(fù)荷密度法的關(guān)鍵有兩點(diǎn)，一是功能區(qū)劃分要合理，有代表性；二是各功能區(qū)負(fù)荷密度指標(biāo)的選取要合理，能反映預(yù)測期的實(shí)際情況和用電水平。該方法主要適用于負(fù)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(fù)荷預(yù)測。
2.9.國際比較法
國際比較法是拿本國的經(jīng)濟(jì)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(fèi)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(jì)發(fā)達(dá)，且經(jīng)濟(jì)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(jìn)行全國范圍的電力負(fù)荷預(yù)測。
2.10.擴(kuò)展短期負(fù)荷預(yù)測法[5]
擴(kuò)展短期負(fù)荷預(yù)測是利用預(yù)測時(shí)刻以前的歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)，用幾種不同的方法做預(yù)測，可以預(yù)測該時(shí)刻以前的系統(tǒng)負(fù)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(fù)荷數(shù)據(jù)，做今天預(yù)測時(shí)刻后代的全日未知負(fù)荷的預(yù)測。由于利用了預(yù)測時(shí)刻以前的最新的負(fù)荷信息，因此，用這種方法大大提高了負(fù)荷預(yù)測的精度。
擴(kuò)展短期負(fù)荷預(yù)測的關(guān)鍵是：以當(dāng)日已經(jīng)發(fā)生的負(fù)荷的變化模式作為全日未知負(fù)荷變化規(guī)律的參考，在此基礎(chǔ)上預(yù)測出未知的負(fù)荷值。其隱含的原理是：對于同一日，在一天內(nèi)的
天氣等負(fù)荷敏感因素不發(fā)生突變的情況下，其全日負(fù)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(fù)荷壞數(shù)據(jù)和補(bǔ)足當(dāng)日未知負(fù)荷數(shù)據(jù)，以協(xié)助提高短期負(fù)荷預(yù)測的準(zhǔn)確度。
3.結(jié)論
電力負(fù)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(diǎn)，沒有一個(gè)方法適用于各種負(fù)荷預(yù)測模型而精度比其他各種方法都高。所以在做負(fù)荷預(yù)測時(shí)，必須結(jié)合實(shí)際情況，著重從預(yù)測目標(biāo)、期限、精確度和預(yù)測耗費(fèi)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(jìn)行預(yù)測，將所得預(yù)測結(jié)果互為比較，再進(jìn)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。
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