電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測方法的探討

摘 要 電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測是指在考慮電力系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)、增容的決策、自然的條件和社會的影響條件下，研究出的一套可用于系統(tǒng)處理過去和未來負(fù)荷的數(shù)學(xué)的方法，它在滿足一定的精度要求前提條件下，確定將來某個(gè)特定時(shí)刻的負(fù)荷的值。本文介紹了負(fù)荷預(yù)測的特點(diǎn)以及幾種較為普遍的預(yù)測方法。

關(guān)鍵詞 負(fù)荷預(yù)測；電力系統(tǒng)；方法探討

中圖分類號 TM715 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)052-0174-02

1 電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測的特點(diǎn)

電力系統(tǒng)中的負(fù)荷一般分為城市的民用負(fù)荷、商業(yè)的負(fù)荷、農(nóng)村的負(fù)荷、工業(yè)的負(fù)荷和其他的負(fù)荷等，不同類型的電力系統(tǒng)負(fù)荷會具有不同特點(diǎn)及規(guī)律。

城市的民用負(fù)荷大多來自城市的居民家用電器的用電負(fù)荷，它有年年不斷增長的趨勢，并且隨著季節(jié)的變化而變化，但民用的負(fù)荷還是和居民日常的生活及工作規(guī)律相關(guān)較為緊密。

商業(yè)的負(fù)荷，主要是指商業(yè)用電中的用電負(fù)荷，它覆蓋的面積大，而且用電量增加的速度的平穩(wěn)，商業(yè)的負(fù)荷同樣也具有根據(jù)季節(jié)變化的波動特性。即使它在電力的負(fù)荷中占的比重不如工業(yè)負(fù)荷及民用負(fù)荷，但是商業(yè)負(fù)荷中的照明類的負(fù)荷占用了電力系統(tǒng)用電高峰時(shí)段。除此以外，商業(yè)部門因?yàn)樯虡I(yè)行為會在節(jié)假日里會增加營業(yè)時(shí)間，因此成為節(jié)假日里影響電力負(fù)荷重要的因素之一。

工業(yè)負(fù)荷是指用在工業(yè)生產(chǎn)的用電負(fù)荷，一般的工業(yè)負(fù)荷比重在用電負(fù)荷里構(gòu)成中居于第一位，它不僅僅由工業(yè)里負(fù)荷端的使用情況決定（也包括負(fù)荷的利用情況、企業(yè)工作班制度等），而且它和各個(gè)行業(yè)的特性及季節(jié)里的因素都有非常密切的聯(lián)系，一般的負(fù)荷還是比較穩(wěn)定的。

農(nóng)村的負(fù)荷是指農(nóng)村里居民用電及農(nóng)業(yè)里生產(chǎn)的用電。這類負(fù)荷和工業(yè)里的負(fù)荷相比較，受到季節(jié)等其他自然環(huán)境的影響非常大，它是由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)來定性的，農(nóng)業(yè)的用電負(fù)荷同時(shí)也受到農(nóng)產(chǎn)品的品種、耕種特點(diǎn)的影響，但是就電網(wǎng)系統(tǒng)而言，因?yàn)檗r(nóng)業(yè)的用電負(fù)荷的集中時(shí)間和城市的工業(yè)的負(fù)荷使用高峰時(shí)間有很大差別，所以對于提高電網(wǎng)的負(fù)荷率很有好處。

從以上的分析可以發(fā)現(xiàn)電力的負(fù)荷特點(diǎn)是常常變化的，不僅按照小時(shí)變化、按日變化，而且還按周變化，按年變化，同時(shí)電力負(fù)荷又是以小時(shí)作為基本單位不斷發(fā)生變化的，它具有很大的周期性，負(fù)荷的變化是個(gè)連續(xù)發(fā)展變化的過程，在正常的情況下，它不會產(chǎn)生大的跳躍，但是電力的負(fù)荷對于季節(jié)等因素是十分敏感的，在不同的季節(jié)，不同的地區(qū)的氣候和溫度的變化都將會對電力負(fù)荷造成十分重要的影響。

負(fù)荷預(yù)測目的是根據(jù)電力負(fù)荷的發(fā)展?fàn)顩r和水平，同時(shí)也確定各個(gè)供電公司計(jì)劃的年供用總值，供用最大的電力負(fù)荷與規(guī)劃的地區(qū)的總共負(fù)荷的發(fā)展水平，是由各規(guī)劃的年用電負(fù)荷構(gòu)成。它將為經(jīng)濟(jì)合理準(zhǔn)確地安排各個(gè)電網(wǎng)內(nèi)部的機(jī)組啟停和檢修，保持電網(wǎng)的運(yùn)行安全和穩(wěn)定性，電網(wǎng)發(fā)展的速度，電力的建設(shè)規(guī)模，電力工業(yè)的布局，能源資源的平衡，電力余缺的調(diào)劑和電網(wǎng)的資金以及人力資源需求和平衡等各個(gè)方面提供十分可靠的依據(jù)。

2 電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測的方法

2.1 負(fù)荷預(yù)測單耗法

第i年，第j企業(yè)的產(chǎn)值的單耗是Qi，并且第i年的用電總量是Ki，如果知道第j企業(yè)在將來第i年的企業(yè)產(chǎn)值是G(i)的時(shí)候，那么這個(gè)產(chǎn)業(yè)在第i年的總的用電量是E(i)=G(i)*Q(i)。同樣，如果第i年的總共的人口預(yù)測是P(i)時(shí)，城鄉(xiāng)居民的生活里的用電量E(i)=P(i)*K(i)。

根據(jù)計(jì)劃的產(chǎn)品數(shù)量及用電單耗來進(jìn)行推算年用電量，這比較適用于有關(guān)的單耗指標(biāo)的工業(yè)及部分的農(nóng)業(yè)負(fù)荷，它是預(yù)測有單耗指標(biāo)的工業(yè)及部分農(nóng)業(yè)用電量一種十分直接有效的方法。負(fù)荷預(yù)測時(shí)，可以依據(jù)規(guī)劃的城市的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展?fàn)顩r來規(guī)劃負(fù)荷預(yù)測目標(biāo)，并且利用規(guī)劃期中各個(gè)年份的工業(yè)和農(nóng)業(yè)產(chǎn)值指標(biāo)及主要的工業(yè)產(chǎn)量來規(guī)劃指標(biāo)，并通過對過去的國民經(jīng)濟(jì)中各個(gè)部門在各種商品生產(chǎn)的過程中的單位產(chǎn)品的耗電量、億元產(chǎn)值的耗電量經(jīng)過準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)，并且根據(jù)電力產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，找出一定的內(nèi)在規(guī)律，并得出各種商品和商品產(chǎn)值的綜合電力單耗。最后按照國民經(jīng)濟(jì)中各部門編制的電力發(fā)展規(guī)劃中的產(chǎn)品的產(chǎn)量指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，按照單耗的方法進(jìn)行預(yù)測。負(fù)荷預(yù)測單耗法的優(yōu)點(diǎn)是：該方法簡單，對于短期的負(fù)荷預(yù)測效果很好。缺點(diǎn)是：需要做大量的細(xì)致調(diào)研工作，同時(shí)也不夠準(zhǔn)確。

電力負(fù)荷性質(zhì)主要是高耗能、揚(yáng)水的負(fù)荷、電氣化鐵路的負(fù)荷、建材的負(fù)荷、造紙負(fù)荷及日常工農(nóng)業(yè)用電的負(fù)荷組成。采用負(fù)荷預(yù)測單耗法的行業(yè)一般是高耗能企業(yè)、建材和造紙業(yè)，這種方法推算出來的年用電量基本和該行業(yè)實(shí)際負(fù)荷相吻合。

負(fù)荷預(yù)測單耗法適用于電力系統(tǒng)的近中期規(guī)劃的負(fù)荷預(yù)測，它與經(jīng)濟(jì)實(shí)際的發(fā)展情況非常相似，預(yù)測結(jié)果也非常精確。

2.2 負(fù)荷預(yù)測彈性系數(shù)法

電力彈性系數(shù)是當(dāng)?shù)乜傠娔苡昧康钠骄暝鲩L率和工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的平均增長率比值，它是反映電力的發(fā)展和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系一個(gè)宏觀的指標(biāo)。

K=E%/G%；E=e(1+K )

式中K為電力彈性系數(shù)，E%為全社會用電量的增長率，G%為國內(nèi)生產(chǎn)總值增長率，E為當(dāng)年用電量，e為上年用電量。

一般來講，電力工業(yè)要適度超前經(jīng)濟(jì)發(fā)展，就是電力彈性的系數(shù)應(yīng)該大于1，但是，因?yàn)殡娏椥缘南禂?shù)是根據(jù)當(dāng)?shù)氐呢?fù)荷結(jié)構(gòu)、性質(zhì)來計(jì)算的，并且對歷史的資料和各類的用電比重發(fā)展趨勢加以分析后謹(jǐn)慎確定的。所以彈性系數(shù)法一般用于校核中長期的宏觀負(fù)荷預(yù)測。

負(fù)荷預(yù)測彈性系數(shù)法適用于電力系統(tǒng)中遠(yuǎn)期的規(guī)劃預(yù)測，并且其計(jì)算的方法十分簡單。

2.3 負(fù)荷預(yù)測趨勢外推法

當(dāng)電力負(fù)荷根據(jù)時(shí)間變化呈現(xiàn)出某種上漲或者下跌的趨勢，并沒有顯著的跟隨季節(jié)發(fā)生，還能找到一個(gè)合適的規(guī)律來反映這種變化趨勢時(shí)，那么就可以使用時(shí)間t作為自變量，時(shí)序數(shù)值y作為因變量，建立趨勢的模型y=f（t）。我們認(rèn)為，這種發(fā)展變化的趨勢可以擴(kuò)展到未來，賦予變量t所應(yīng)當(dāng)具有的值，那么就可以得到未來某個(gè)時(shí)間點(diǎn)的負(fù)荷值。這也是負(fù)荷預(yù)測趨勢的外推法。

負(fù)荷預(yù)測外推法具有線性趨勢的預(yù)測法、對數(shù)趨勢的預(yù)測法、二次曲線趨勢的預(yù)測法、指數(shù)曲線趨勢的預(yù)測法、生長曲線趨勢的預(yù)測法。負(fù)荷預(yù)測趨勢外推法的優(yōu)點(diǎn)是：只是需要?dú)v史的數(shù)據(jù)，所需數(shù)據(jù)量比較少。缺點(diǎn)是：假如負(fù)荷出現(xiàn)變動，將引起較大的誤差。

負(fù)荷預(yù)測外推法遠(yuǎn)期粗略計(jì)算， 不適用于近中期規(guī)劃預(yù)測。

2.4 負(fù)荷預(yù)測負(fù)荷密度法

負(fù)荷預(yù)測負(fù)荷密度是在每平方千米的平均的負(fù)荷數(shù)值。它一般并不是直接預(yù)測整個(gè)城市的電力負(fù)荷密度，而是按照城市區(qū)域的功能分區(qū)。首先要計(jì)算現(xiàn)狀及歷史分區(qū)的負(fù)荷密度，然后根據(jù)本地區(qū)發(fā)展規(guī)劃和對各個(gè)分區(qū)負(fù)荷發(fā)展的相關(guān)特點(diǎn)，來推算出各個(gè)分區(qū)的各目標(biāo)年的負(fù)荷密度的預(yù)測值；對于分區(qū)中的少量集中用電的大的用戶，在分析預(yù)測時(shí)可以另外做點(diǎn)負(fù)荷的單獨(dú)計(jì)算。在采用負(fù)荷的密度法時(shí)，必須要考慮到預(yù)測地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會及電力負(fù)荷常有的隨著某種因素而不是連續(xù)（跳躍式）發(fā)展特點(diǎn)。因此，負(fù)荷的密度法是一種非常直觀的方法，在使用時(shí)必須謹(jǐn)慎。

負(fù)荷密度法一般用于城市用電負(fù)荷預(yù)測，計(jì)算準(zhǔn)確，但程序編寫較為復(fù)雜。

2.5 負(fù)荷預(yù)測神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

負(fù)荷預(yù)測神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由大量的簡單的神經(jīng)元組成的非線性的系統(tǒng)，其中每個(gè)神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)及功能都十分簡單，但大量神經(jīng)元在組合產(chǎn)生系統(tǒng)行為時(shí)卻非常的復(fù)雜；負(fù)荷預(yù)測神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法具有很強(qiáng)學(xué)習(xí)的能力、計(jì)算的能力、變結(jié)構(gòu)適應(yīng)的能力、復(fù)雜映射的能力、記憶的能力、容錯(cuò)的能力和各種智能的處理能力。當(dāng)前，研究及應(yīng)用最多的則是以下四個(gè)基本模型及它們的改進(jìn)模型，即Hopfield 的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、多層的感知器、自組織的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和概率神經(jīng)的網(wǎng)絡(luò)。

在電力系統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)報(bào)中，使用最多的就是帶有隱層的前饋型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它常常由輸入接口層、輸出接口層和若干隱型接口層組成。對多層的感知器，誤差反傳訓(xùn)練的算法（BP 算法）則是目前最簡單、最實(shí)用的一種，實(shí)質(zhì)是一種梯度的算法。它將各種有關(guān)的負(fù)荷數(shù)據(jù)作為輸入項(xiàng)，通過歷史的樣本進(jìn)行訓(xùn)練收斂后就可以進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測了。

它的優(yōu)點(diǎn)是：1）可以模仿人腦進(jìn)行智能化處理；2）對于大量非結(jié)構(gòu)性、非精確性的規(guī)律具有自適應(yīng)的功能；3）它具有信息的記憶、自主的學(xué)習(xí)、知識的推理和優(yōu)化的計(jì)算等特點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是：1）初始值確定將無法使用已有的系統(tǒng)信息，容易陷于局部極小的狀態(tài)；2）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)過程常常會較慢，這會造成對突發(fā)事件的適應(yīng)性差。

負(fù)荷預(yù)測神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一般應(yīng)用于大規(guī)模的電力系統(tǒng)，可以處理龐大的信息量，程序編寫完成后的適用性好。

3 問題的解決及影響的因素

3.1 問題的解決

1）我們在進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理的分析和建立負(fù)荷預(yù)測模型的過程中，必須充分地考慮外界環(huán)境因素（經(jīng)濟(jì)，政策）的變化，和相關(guān)因素的不確定性對于中長期的負(fù)荷預(yù)測結(jié)果造成的影響。

2）要注意負(fù)荷模型的參數(shù)隨著環(huán)境和相關(guān)因數(shù)改變將出現(xiàn)趨勢的適應(yīng)問題，并且在負(fù)荷模型使用的過程中，對于預(yù)測的專家經(jīng)驗(yàn)和意見要加以有效利用。

3）對受影響的中長期的負(fù)荷變化多方面因數(shù)綜合考慮，必須運(yùn)用不同的方法來組合開展研究的工作。

3.2 影響的因素

影響的因素主要有以下幾方面。

1）氣候的變化及自然災(zāi)害影響。

2）國家的政策、工農(nóng)業(yè)等其他宏觀產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整造成的影響。

3）能源市場的經(jīng)濟(jì)變化對負(fù)荷影響。而且，因?yàn)樯鲜鲐?fù)荷預(yù)測方法自身就存在著一定的不確定性，所以，我們必須把負(fù)荷預(yù)測的結(jié)果來相互的驗(yàn)證及補(bǔ)充。

4 結(jié)束語

電力系統(tǒng)負(fù)荷的預(yù)測是電網(wǎng)的調(diào)度、信息管理等方面的前提，他是一個(gè)電力系統(tǒng)調(diào)度部門及規(guī)劃部門必須具備的基本的信息。提高電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測的技術(shù)水平，十分有利于計(jì)劃用電的管理，十分有利于合理的安排電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式及機(jī)組的檢修計(jì)劃，十分有利于節(jié)約煤、節(jié)約油和降低發(fā)電的成本，十分有利于制定經(jīng)濟(jì)合理的電源的建設(shè)規(guī)劃，十分有利于提高我們電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益。所以，電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測將成為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代電力系統(tǒng)管理的重要內(nèi)容。

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