西北電網(wǎng)電力負荷預(yù)測研究

【摘 要】西北地區(qū)經(jīng)濟相對落后于其他地區(qū)，因此其經(jīng)濟水平對國家整體發(fā)展水平至關(guān)重要。用電負荷能從側(cè)面反應(yīng)經(jīng)濟發(fā)展水平。近幾年西北地區(qū)用電負荷增長很快，其中也不乏不合理之處。為更深一步了解西北電網(wǎng)負荷特性，作者在整理分析西北電網(wǎng)歷史負荷數(shù)據(jù)電量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，用幾種預(yù)測電量方法，預(yù)測未來近十年電量增長情況，并對各種方法進行對比評價。最后發(fā)現(xiàn)雖然各種方法所預(yù)測的結(jié)果會有誤差，但基本走勢還是趨于一致。

【關(guān)鍵詞】西北電網(wǎng)；負荷預(yù)測；回歸預(yù)測；灰色預(yù)測；趨勢外推法

截至2008年底，包括陜西、甘肅、寧夏、青海、新疆等省區(qū)在內(nèi)的西北地區(qū)統(tǒng)調(diào)裝機容量為5750.61萬千瓦，其中火電裝機3918.14萬千瓦，占該地區(qū)總裝機的68.1%，水電裝機1580.81萬千瓦，占該地區(qū)總裝機的27.5%，其它裝機為251.66萬千瓦，占該地區(qū)總裝機的4.4%。西北電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)總發(fā)電量1981.06億千瓦時，其中火電發(fā)電為1523.82億千瓦時，水電發(fā)電為445.5億千瓦時，其他發(fā)電為11.55億千瓦時。機組平均利用小時數(shù)為5450小時，比2007年度下降520小時，地區(qū)全年社會用電量至2620億千瓦時。隨著西北地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，西北地區(qū)第三產(chǎn)業(yè)和居民生活用電增速將會加快，第二產(chǎn)業(yè)用電量增速將會隨著大比重的重工業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整而減緩，西北地區(qū)的負荷特性將會發(fā)生變化。所以對西北電網(wǎng)進行負荷預(yù)測，能夠為以后電力電量的決策提供依據(jù)。電力系統(tǒng)負荷頂測是電力系統(tǒng)規(guī)劃管理工作中一個很重要的環(huán)節(jié)。新建電網(wǎng)中的電源布局、電網(wǎng)規(guī)劃中的電力平衡、舊電網(wǎng)改造及其現(xiàn)代電網(wǎng)的運行方式和各發(fā)電機組生產(chǎn)計劃安排，都與當?shù)仉娏ω摵捎兄置芮械年P(guān)系。電力負荷預(yù)測還是電力系統(tǒng)規(guī)劃的基本依據(jù)，因此，電力負荷預(yù)測工作要力求科學、準確以求得最佳經(jīng)濟效益。目前，各種預(yù)測方法甚多，但回歸分析法簡單、易懂，具有一定的實用價值。

一、多元回歸分析預(yù)測

1.模型介紹。一般用回歸兩個字來表明一種現(xiàn)象伴隨著另一種現(xiàn)象的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象。根據(jù)某些影響因素的變動，來推測所研究對象的變化方向和程度，就是回歸預(yù)測?；貧w預(yù)測是在定性分析的基礎(chǔ)上，對實際調(diào)查的定量資料進行分析，找出事物發(fā)展的內(nèi)部因素，確定自變量與因變量以及它們之間的相互關(guān)系，得到一個回歸方程，然后利用回歸方程進行預(yù)測。它是一種利用事物發(fā)展變化的因果關(guān)系來預(yù)測未來發(fā)展趨勢的一種方法，所以又稱之為因果關(guān)系預(yù)測。根據(jù)結(jié)石變量的多少，分為單元回歸分析和多元回歸分析。在回歸分析中，隨機變量是自變量，非隨機變量是因變量，由給定的多組自變量和因變量資料研究二者之間的關(guān)系，形成回歸方程。回歸方程求得后，給定各自變量數(shù)值，就可求出因變量值?；貧w方程根據(jù)自變量和因變量之間的函數(shù)形式，又可分為線性回歸方程和非線性回歸方程。多元回歸預(yù)測模型構(gòu)建：y=b0+b1x1+b2x2+

b3x3+ε，其中x1表示經(jīng)濟發(fā)展水平，x2表示工業(yè)化水平，x3表示城鎮(zhèn)化水平，ε則代表隨機誤差項。

2.西北電網(wǎng)電量需求預(yù)測。西北地區(qū)用電量相關(guān)指標歷史數(shù)據(jù)如表1。

SPSS軟件運行結(jié)果如下：

根據(jù)軟件輸出結(jié)果可得出具體的西北地區(qū)用電量預(yù)測多元回歸方程為：y=196.45+0.114x1+10.14x2-25.912x3+0.106x4。通過以上回歸結(jié)果可以看到：該方程的復(fù)相關(guān)系數(shù)R=0.9（決定系數(shù)R2=0.997），F(xiàn)=1022.2，說明該方程有效。VIF低于10，說明共線性較弱，不存在多重共線性。預(yù)測結(jié)果：

二、趨勢外推法

1.模型介紹。趨勢外推法將已有的各年度的電力負荷看作一個時間序列，利用最小二乘擬合等方法尋求電力負荷與時間的函數(shù)關(guān)系，并利用這個函數(shù)關(guān)系預(yù)測以后年度的電力負荷。趨勢外推方法在歷史數(shù)據(jù)的擬合方面是最好的，但是無法保證其外推效果的可靠性。其基本思想是未來的負荷變化規(guī)律是歷史的負荷變化規(guī)律的延續(xù)。根據(jù)歷史的負荷資料可以推算出未來的負荷變化情況。其中最簡單的是寫出趨勢曲線的解析函數(shù)。解析函數(shù)可以是線性的、拋物線的、指數(shù)曲線的等。趨勢曲線與歷史數(shù)據(jù)的曲線進行擬合，用最小二乘法求出趨勢曲線解析函數(shù)的各個系數(shù)，由確定了的趨勢曲線即可求得未來的負荷。

2.西北電網(wǎng)負荷預(yù)測。

在未來電量需求肯定按一定趨勢發(fā)展，用時間t為自變量，時序數(shù)值y為因變量，建立趨勢模型

y=f（t）。Y=aebt利用EXCEL分析工具分析出模型為：Y=871.6e0.110x。

預(yù)測結(jié)果：

根據(jù)結(jié)果所繪的趨勢圖：

3.預(yù)測結(jié)果。本研究5-2-1層網(wǎng)絡(luò)進行訓練，各層神經(jīng)元傳遞函數(shù)分別取tansig，tansig，purelinh函數(shù)，trainlm訓練函數(shù)，進行計算。設(shè)定初始學習率為0.03，誤差為0.01，最大迭代次數(shù)為2000。

三、灰色預(yù)測法

1.模型介紹?；疑到y(tǒng)理論是20世紀80年代由我國鄧聚龍教授提出的用來解決信息不完備系統(tǒng)的數(shù)學方法。此理論將模糊控制方法和觀點擴展到復(fù)雜系統(tǒng)中，結(jié)合了運籌學與自動控制的數(shù)學方法，用來研究灰色性問題?；疑到y(tǒng)是部分信息已知、部分信息未知的系統(tǒng)。此系統(tǒng)將隨機過程視為一定范圍內(nèi)不斷變化并且與有關(guān)時間的過程。它不是統(tǒng)計規(guī)律的角度利用大樣本研究，而是應(yīng)用數(shù)據(jù)生成把雜亂無章的原始數(shù)據(jù)整理成規(guī)律性強的生成序列而后進行研究分析。GM（1，1）模型是最常用的一種灰色模型，它是由一個只包含單變量的一階微分方程構(gòu)成的模型，是作為電力負荷預(yù)測的一種有效的模型。它是一種指數(shù)增長模型，當電力負荷呈嚴格指數(shù)增長時，從理論上已經(jīng)證明，此方法具有預(yù)測精度高、所需樣本數(shù)據(jù)少、計算簡便和可檢驗等優(yōu)點。

2.西北電力負荷預(yù)測。

四、結(jié)論

1.方法評價。回歸分析預(yù)測具有簡便，速度快、外推性好。但是對于歷史上未出現(xiàn)的情況有較好的預(yù)測性回歸預(yù)測對數(shù)據(jù)的要求高，特別是歷史數(shù)據(jù)殘缺或存在較大誤差的情況下，預(yù)測效果很不理想。對于描述比較復(fù)雜的情況，線性回歸過于簡單，而非線性回歸型的確定和參數(shù)估計又較為復(fù)雜。缺乏自學習能力，負荷結(jié)構(gòu)變化，模型不修正，難以得到較準確的預(yù)測結(jié)果。趨勢外推方法可以保證對歷史數(shù)據(jù)的擬合是最好的，但不能保證外推效果的可靠性?；疑A(yù)測具有數(shù)據(jù)的要求少，分布規(guī)律、不需要考慮對變化趨勢和運算方便，短期內(nèi)預(yù)測精度相對教高、易于檢驗等優(yōu)點。但是當數(shù)據(jù)的離散程度越大，則預(yù)測精度就會越差，不太適合電力系統(tǒng)的長期若干年的預(yù)測對于具有波動性變化的電力負荷，采用GM（1，1）模型其誤差可能較大，難以滿足實際需要。

2.西北電力預(yù)測結(jié)果分析。雖然各種方法各有優(yōu)點，也有其局限性，在實現(xiàn)途徑上也有所區(qū)別，但是總的預(yù)測不會出現(xiàn)太大沖突，所以可以看出我國西北地區(qū)電量需求在將來十年內(nèi)有一個持續(xù)增長的發(fā)展趨勢。西北地區(qū)高耗能行業(yè)所占比重較大，尤其是2002年之后，經(jīng)濟迅速發(fā)展，高耗能行業(yè)發(fā)展勢頭更加迅猛，重工業(yè)比重在工業(yè)結(jié)構(gòu)中上升幅度較大，電網(wǎng)負荷基本保持以15%以上的增長速度快速增長，負荷曲線較平緩，負荷特性趨于良好。西北地區(qū)在經(jīng)濟快速發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)趨于優(yōu)化的情況下，勢必會推動第三產(chǎn)業(yè)和居民生活用電需求，而隨著大比重的重工業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，第二產(chǎn)業(yè)用電量增速將會而有所減緩，因此地區(qū)負荷特性將會發(fā)生很大變化，預(yù)計未來西北地區(qū)將將與中東部地區(qū)現(xiàn)階段性負荷特性相接近。

3.西北電力發(fā)展的建議。一是大力發(fā)展能源基地，使電力產(chǎn)業(yè)規(guī)模化；二是加強需求側(cè)管理，改善負荷特性；三是開展電力系統(tǒng)負荷特性研究。

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