論對(duì)于短期負(fù)荷預(yù)測(cè)的方法及其應(yīng)用

郭麗麗　雒黎華

【摘 要】目前短期負(fù)荷預(yù)測(cè)方法通過(guò)利用最新的歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)，可以預(yù)測(cè)當(dāng)日當(dāng)前時(shí)刻以后若干小時(shí)的未知負(fù)荷，其預(yù)測(cè)精度明顯高于常規(guī)的短期負(fù)荷預(yù)測(cè)。為滿足電力市場(chǎng)實(shí)時(shí)交易對(duì)負(fù)荷預(yù)測(cè)的新要求，將這種方法應(yīng)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(cè)的準(zhǔn)確度。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)；負(fù)荷預(yù)測(cè)；數(shù)據(jù)

短期負(fù)荷預(yù)測(cè)是電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)中不可少的計(jì)算。短期負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確與否，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、安全性有很大影響。

對(duì)于任何負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)，要提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度，需要具備兩個(gè)條件：第一，良好的預(yù)測(cè)基礎(chǔ)；第二，充足的參考信息。在電力領(lǐng)域，對(duì)于常規(guī)的短期負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)，這兩個(gè)條件體現(xiàn)為：首先，給負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)提供充足的、完整而且準(zhǔn)確的歷史數(shù)據(jù)樣本；其次，在預(yù)測(cè)過(guò)程中充分的引入最新的負(fù)荷相關(guān)信息。

1.短期負(fù)荷預(yù)測(cè)的方法

短期預(yù)測(cè)的基本思想是：利用預(yù)測(cè)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)預(yù)測(cè)，可以預(yù)測(cè)該時(shí)刻以前的系統(tǒng)負(fù)荷，根據(jù)各方法的預(yù)測(cè)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(cè)時(shí)刻后的全日未知負(fù)荷的預(yù)測(cè)。由于利用了預(yù)測(cè)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(cè)的精度。

短期負(fù)荷預(yù)測(cè)方法的關(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(cè)出未知的負(fù)荷值。其隱含的原理是：對(duì)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(huì)發(fā)生突變。

下面用這個(gè)方法解決限制短期負(fù)荷預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度提高的兩個(gè)問(wèn)題。

2.修正歷史負(fù)荷壞數(shù)據(jù)

歷史實(shí)況負(fù)荷數(shù)據(jù)是負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)建立算法模型的基礎(chǔ)，其數(shù)據(jù)質(zhì)量的好壞直接影響負(fù)荷預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度。歷史負(fù)荷中的壞數(shù)據(jù)需要處理。

傳統(tǒng)的短期負(fù)荷預(yù)測(cè)方法一般憑靠人工經(jīng)驗(yàn)完成這些壞數(shù)據(jù)的修正，或采用簡(jiǎn)單的辨識(shí)、平滑方式處理壞數(shù)據(jù)，這些方式均有很大的局限性，其效果也不理想。

采用短期負(fù)荷預(yù)測(cè)方法對(duì)歷史壞數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行修正，具有簡(jiǎn)單有效、適應(yīng)性好、準(zhǔn)確度高的特點(diǎn)。

負(fù)荷預(yù)測(cè)應(yīng)用中的歷史負(fù)荷壞數(shù)據(jù)有兩類(lèi)。一是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）采集設(shè)備或傳輸設(shè)備質(zhì)量不高，造成一些瞬時(shí)丟失的壞負(fù)荷數(shù)據(jù)點(diǎn)（稱(chēng)為通道壞數(shù)據(jù)）；二是電力系統(tǒng)中，一些人為或非人為的突發(fā)事件影響用電負(fù)荷，造成持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的畸變負(fù)荷數(shù)據(jù)點(diǎn)，這是不可預(yù)見(jiàn)的負(fù)荷變化。

這些壞數(shù)據(jù)點(diǎn)（包括通道壞數(shù)據(jù)、畸變壞數(shù)據(jù)，）若不作處理，直接作為數(shù)據(jù)樣本參與預(yù)測(cè)，必然降低負(fù)荷預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度。

采用短期負(fù)荷預(yù)測(cè)方法對(duì)壞數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行修正的原理是：辨識(shí)出歷史日中的正常數(shù)據(jù)點(diǎn)和可疑數(shù)據(jù)點(diǎn)；以正常數(shù)據(jù)點(diǎn)為已知條件，采用短期負(fù)荷預(yù)測(cè)方法完成對(duì)可疑數(shù)據(jù)點(diǎn)的預(yù)測(cè)，用預(yù)測(cè)結(jié)果修正這些可疑數(shù)據(jù)點(diǎn)。其修正步驟如下：

2.1辨識(shí)可疑數(shù)據(jù)點(diǎn)

壞數(shù)據(jù)點(diǎn)往往具有數(shù)值突變的特征。通過(guò)這個(gè)特征可以辨識(shí)出歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)中的可疑壞數(shù)據(jù)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)辨識(shí)的方案并不唯一，筆者采用的方案為負(fù)荷數(shù)據(jù)突變辨識(shí)。

對(duì)于不同的電力系統(tǒng)，其負(fù)荷數(shù)據(jù)中存在的正常的隨機(jī)變化量幅度不同，通過(guò)提高或降低判斷標(biāo)準(zhǔn)，即可收緊或放寬對(duì)可疑數(shù)據(jù)點(diǎn)的認(rèn)定。任何一種可疑數(shù)據(jù)判斷機(jī)制都可能造成一定的誤差（誤判或漏判），但是，在采用短期負(fù)荷預(yù)測(cè)進(jìn)行壞數(shù)據(jù)修正時(shí)，由于依據(jù)的是有規(guī)律的預(yù)測(cè)結(jié)果完成修正，所以所認(rèn)定的可疑數(shù)據(jù)點(diǎn)多幾個(gè)點(diǎn)或少幾個(gè)點(diǎn)并不會(huì)對(duì)修正結(jié)果造成太大的影響。這正是這種修正方案獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)所在。

2.2修正可疑數(shù)據(jù)點(diǎn)

修正歷史數(shù)據(jù)中的可疑數(shù)據(jù)是短期負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)的要點(diǎn)和難點(diǎn)之一。準(zhǔn)確的修正可疑數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)據(jù)要比辨識(shí)它難得多。因此，傳統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)無(wú)法很好地處理壞數(shù)據(jù)修正問(wèn)題，只能依靠預(yù)測(cè)人員的人工經(jīng)驗(yàn)來(lái)解決。采用短期負(fù)荷預(yù)測(cè)方案進(jìn)行壞數(shù)據(jù)修正則可代替人工修正方式，減少預(yù)測(cè)人員的工作量，同時(shí)減少由于人工修正帶來(lái)的人的主觀因素影響。

統(tǒng)計(jì)表明，實(shí)際電力系統(tǒng)中每日壞數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)一般不超過(guò)10點(diǎn)，即：n<10，正常數(shù)據(jù)點(diǎn)m≥86。則上述修正方案相當(dāng)于，在以已知的（多于）86點(diǎn)數(shù)據(jù)為優(yōu)化目標(biāo)的情況下，對(duì)該日96點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行短期負(fù)荷預(yù)測(cè)，統(tǒng)計(jì)表明，這樣條件下的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度高達(dá)98.42%以上?？梢?jiàn)，修正效果非常理想。

實(shí)際應(yīng)用中，由于錯(cuò)判或漏判幾個(gè)壞數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)修正結(jié)果無(wú)太大影響，因此，該方案尤其適用于正常負(fù)荷曲線比較平滑，而系統(tǒng)突發(fā)事件又比較頻繁的電力系統(tǒng)。

3.補(bǔ)足當(dāng)日未知多點(diǎn)負(fù)荷值

短期負(fù)荷預(yù)測(cè)主要應(yīng)用于提前一天完成用電計(jì)劃的制定。傳統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)往往只是依賴(lài)昨日以前的歷史數(shù)據(jù)樣本，及相關(guān)的負(fù)荷影響因素?cái)?shù)據(jù)，完成明日用電計(jì)劃負(fù)荷的預(yù)測(cè)。這種預(yù)測(cè)方案沒(méi)有利用最新的、含信息量非常豐富的當(dāng)日的已知負(fù)荷信息，使得預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度難以進(jìn)一步提高。

如何利用最新獲得的當(dāng)日的負(fù)荷信息參與明日的用電預(yù)測(cè)，是提高短期負(fù)荷預(yù)測(cè)的預(yù)測(cè)精度的關(guān)鍵之一。采用短期負(fù)荷預(yù)測(cè)對(duì)當(dāng)日未知的負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行虛擬補(bǔ)足，并利用這些數(shù)據(jù)和當(dāng)日已發(fā)生的負(fù)荷數(shù)據(jù)一起作為已知數(shù)據(jù)參與預(yù)測(cè)，可以提高第二日負(fù)荷的預(yù)測(cè)精度。其應(yīng)用背景及實(shí)現(xiàn)方法如下所述。

目前，國(guó)內(nèi)適用的短期負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)絕大多數(shù)采用的是綜合模型預(yù)測(cè)方案。該方案的實(shí)現(xiàn)原理是：尋找出與預(yù)測(cè)日各種影響因素相似的歷史日期；采用不同的預(yù)測(cè)算法對(duì)其進(jìn)行虛擬預(yù)測(cè)；比較該日實(shí)際歷史負(fù)荷與虛擬預(yù)測(cè)結(jié)果的擬合準(zhǔn)確度以確定各種算法的權(quán)重分配；應(yīng)用所得到的各算法的權(quán)重做第2日負(fù)荷預(yù)測(cè)。

在這樣的預(yù)測(cè)機(jī)制下，有一個(gè)矛盾需要解決，即在對(duì)尋找到的相似日（歷史日）進(jìn)行虛擬預(yù)測(cè)時(shí)，該日前1日的負(fù)荷已經(jīng)知道，而且參與了對(duì)相似日負(fù)荷結(jié)果的預(yù)測(cè)；然而，采用同樣的算法對(duì)預(yù)測(cè)日（明日）進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，其前一日（當(dāng)日）的負(fù)荷不全，例如。只有11時(shí)之前的負(fù)荷數(shù)據(jù)，缺少11時(shí)之后到24：00這段時(shí)間的負(fù)荷。因此，只能取昨天的負(fù)荷做預(yù)測(cè)，影響預(yù)測(cè)精度。為此，必須盡可能準(zhǔn)確的補(bǔ)足這些缺失負(fù)荷，并用它們參與預(yù)測(cè)。采用短期負(fù)荷預(yù)測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)日負(fù)荷數(shù)據(jù)的補(bǔ)足是一個(gè)有效、合理的方案。

該方案原理是：以當(dāng)日及以前已知的實(shí)況信息為已知條件，采用短期負(fù)荷預(yù)測(cè)對(duì)當(dāng)日未知負(fù)荷點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并用預(yù)測(cè)結(jié)果作為這些點(diǎn)的數(shù)據(jù)的合理估計(jì)值，從而“彌補(bǔ)”上當(dāng)日缺失的負(fù)荷值。

對(duì)國(guó)內(nèi)某電力系統(tǒng)利用近幾年的負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，按上述方案補(bǔ)足當(dāng)日負(fù)荷數(shù)據(jù)，并應(yīng)用它參與次日的短期負(fù)荷預(yù)測(cè)，與傳統(tǒng)的短期負(fù)荷預(yù)測(cè)方法相比，其預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度可提高約2%。而且，由于短期負(fù)荷預(yù)測(cè)充分應(yīng)用了當(dāng)日最新的負(fù)荷信息和氣象信息，對(duì)日負(fù)荷變化跟蹤迅速，因此，它尤其適用于負(fù)荷變化幅度大、日負(fù)荷影響因素多的電力系統(tǒng)。

4.結(jié)論

要想提高短期負(fù)荷預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度，就要確保預(yù)測(cè)系統(tǒng)積累有足夠的、準(zhǔn)確的歷史參考樣本信息，并盡可能的利用最新的負(fù)荷（相關(guān)）信息。短期負(fù)荷預(yù)測(cè)方法為這兩種需求提供了理想的實(shí)現(xiàn)方案。實(shí)際應(yīng)用表明，該方法對(duì)提高短期負(fù)荷預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度的作用是明顯的。

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