中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)方法探究及其系統(tǒng)研發(fā)

茍君

摘 要：中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)是電力系統(tǒng)運(yùn)行和規(guī)劃的前提和基礎(chǔ)，也是電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行的根本。其預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到投資、網(wǎng)絡(luò)布局和運(yùn)行的合理性。因此對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)以及其預(yù)測(cè)方法的研究尤為重要。文章介紹了負(fù)荷預(yù)測(cè)對(duì)電力系統(tǒng)的重要性以及影響負(fù)荷的主要因素，綜述了負(fù)荷總量和分布的預(yù)測(cè)方法，如灰色預(yù)測(cè)方法、組合預(yù)測(cè)方法和空間負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，最后對(duì)計(jì)算機(jī)結(jié)合各種預(yù)測(cè)方法的預(yù)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)。

關(guān)鍵詞：中長(zhǎng)期；負(fù)荷預(yù)測(cè)；灰色預(yù)測(cè)；組合預(yù)測(cè)；空間負(fù)荷預(yù)測(cè)；系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM715 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）14-0006-02

1 中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)的重要性

負(fù)荷的需求對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行研究和規(guī)劃設(shè)計(jì)都有重要的參考指標(biāo)。對(duì)于負(fù)荷的變化，必須先有一個(gè)預(yù)估。因?yàn)殡娔苁且环N不能大量存儲(chǔ)的能量，所發(fā)及所用，這樣才能保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。負(fù)荷預(yù)測(cè)主要可從兩方面進(jìn)行預(yù)測(cè)：時(shí)間分布和空間分布。從時(shí)間長(zhǎng)短可分為：超短期、短期、中期和長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)。超短期預(yù)測(cè)用于在線運(yùn)行監(jiān)測(cè)，短期預(yù)測(cè)用于運(yùn)行調(diào)度，中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)一般為1年以上的預(yù)測(cè)主要用于發(fā)展規(guī)劃。所以中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確程度將直接關(guān)系到投資、網(wǎng)絡(luò)布局和運(yùn)行的合理性。如果負(fù)荷預(yù)測(cè)過少，電能不能滿足實(shí)際發(fā)展所需，將限制實(shí)際經(jīng)濟(jì)發(fā)展。相反，若負(fù)荷預(yù)測(cè)過高，又會(huì)導(dǎo)致電能過多而不能完全使用所有設(shè)備，造成電力系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)備建設(shè)的浪費(fèi)。因此中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)的精度高低直接關(guān)系到各方利益，所以研究中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)的方法和研發(fā)負(fù)荷預(yù)測(cè)的系統(tǒng)顯得尤為重要。

2 影響負(fù)荷的主要因素

為了準(zhǔn)確的進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)，必須要了解負(fù)荷變化的主要影響因素。通過多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和分析總結(jié)，影響負(fù)荷變化的主要因素有一下四大類：經(jīng)濟(jì)因素、時(shí)間因素、氣候因素和隨機(jī)干擾因素。經(jīng)濟(jì)因素是指隨著某地人口、工業(yè)生產(chǎn)水平、用電設(shè)備的變化和政策的變更對(duì)負(fù)荷變化趨勢(shì)的影響。時(shí)間因素分為季節(jié)變化、周循環(huán)和法定假日三種，其中中長(zhǎng)期的負(fù)荷預(yù)測(cè)只用考慮季節(jié)變化的影響。氣候因素是冷熱季節(jié)對(duì)用電設(shè)備私用不同而引起的負(fù)荷變化。隨機(jī)干擾指一系列的分散需求組成的負(fù)荷需求。通過上面分析，可以看出對(duì)中長(zhǎng)期的負(fù)荷預(yù)測(cè)有影響的因素主要有經(jīng)濟(jì)因素和時(shí)間因素，最主要是經(jīng)濟(jì)因素中的工業(yè)生產(chǎn)水平改變和政府政策的變更兩方面。因此在研究中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)的方法和研發(fā)其系統(tǒng)時(shí)必須要考慮到這兩點(diǎn)。

3 負(fù)荷預(yù)測(cè)的方法

由于配電網(wǎng)中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)，會(huì)受到很多不確定因素的影響。因此，到目前為止，還沒有哪一種方法能保證在任何情況下都能獲得滿意的預(yù)測(cè)結(jié)果。故具體預(yù)測(cè)時(shí)，宜結(jié)合本地區(qū)的實(shí)際情況，選用多種預(yù)測(cè)方法，不同方法的預(yù)測(cè)結(jié)果互相校核，最終確定預(yù)測(cè)值?，F(xiàn)有主要的中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)方法有傳統(tǒng)預(yù)測(cè)方法、灰色預(yù)測(cè)方法、組合預(yù)測(cè)方法和空間負(fù)荷預(yù)測(cè)方法。

3.1 傳統(tǒng)預(yù)測(cè)方法

傳統(tǒng)預(yù)測(cè)方法是通過專家經(jīng)驗(yàn)或某些簡(jiǎn)單的變量間相互關(guān)系來對(duì)以后的負(fù)荷需求做出的方向性判斷，預(yù)測(cè)主觀性較強(qiáng)，造成預(yù)測(cè)的精度較差，且需要做大量的統(tǒng)計(jì)。這類方法做藥有單耗法、比例系數(shù)增長(zhǎng)法和時(shí)間序列外推法等。

采用單位產(chǎn)品產(chǎn)量的耗電定額進(jìn)行預(yù)測(cè)，叫產(chǎn)品單耗法?？紤]國(guó)民生產(chǎn)總值結(jié)合其電量單耗計(jì)算的負(fù)荷稱為產(chǎn)值單耗法。分別有：

用電量=產(chǎn)品單耗量*產(chǎn)品產(chǎn)量

用電量=產(chǎn)值單耗量*國(guó)民生產(chǎn)總值

比例系數(shù)增長(zhǎng)法是更具歷史數(shù)據(jù)變化規(guī)律，找出一定的規(guī)律，假設(shè)負(fù)荷的變化還會(huì)和該規(guī)律的變化一致。時(shí)間序列外推法是把歷史上的資料進(jìn)行不同時(shí)間段的排列，構(gòu)建出統(tǒng)計(jì)數(shù)列，由此向外推測(cè)，進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)。這兩種方法是基于過去的外部條件基本不會(huì)改變。

從分析介紹可以看出，傳統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)方法不適用于中長(zhǎng)期的負(fù)荷預(yù)測(cè)，因此有了其他的預(yù)測(cè)方法。

3.2 灰色預(yù)測(cè)方法

灰色系統(tǒng)是在一定的認(rèn)識(shí)層次上，知道部分的系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)信息，另一部分則完全不知?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)負(fù)荷的影響因素多，不能所有都知道，這滿足灰色系統(tǒng)的定義。此外電力負(fù)荷總體上呈現(xiàn)增長(zhǎng)性也滿足灰色預(yù)測(cè)迷信的基本條件。灰色預(yù)測(cè)的基本思路是：認(rèn)為原始數(shù)據(jù)即使雜亂，但本質(zhì)有序，因此通過對(duì)雜亂的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，得到系統(tǒng)因素之間發(fā)展趨勢(shì)的相似或相異程度，尋求系統(tǒng)變動(dòng)的規(guī)律，生成數(shù)據(jù)序列有較強(qiáng)的規(guī)律性，建立相應(yīng)的微分方程模型，從而預(yù)測(cè)事物未來的發(fā)展趨勢(shì)和未來狀態(tài)。灰色預(yù)測(cè)方法因其具有所需數(shù)據(jù)少，原理簡(jiǎn)單，運(yùn)算方便和可檢驗(yàn)等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用，有很好的預(yù)測(cè)精度。

3.3 組合預(yù)測(cè)方法

組合預(yù)測(cè)法是通過對(duì)同一個(gè)預(yù)測(cè)問題進(jìn)行多種不同預(yù)測(cè)模型的線性組合，從而達(dá)到在一定的條件下改善模型擬合提高預(yù)測(cè)精度。主要有將多種預(yù)測(cè)結(jié)果取合理的權(quán)重做加權(quán)平均和比較多種預(yù)測(cè)方法選取具有最優(yōu)擬合或最小標(biāo)準(zhǔn)差的預(yù)測(cè)模型作為最優(yōu)模型。該方法具有預(yù)測(cè)精度高，確定性好且簡(jiǎn)單實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)。彌補(bǔ)了由于中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)復(fù)雜多變量、非確定性、多方案性等特點(diǎn)單獨(dú)使用定性預(yù)測(cè)或定量預(yù)測(cè)的方法不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的缺點(diǎn)。

3.4 空間負(fù)荷預(yù)測(cè)方法

空間負(fù)荷預(yù)測(cè)是負(fù)荷預(yù)測(cè)的兩大重點(diǎn)之一，對(duì)區(qū)域性的負(fù)荷分布和數(shù)值大小進(jìn)行預(yù)測(cè)有利于提供一定基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。給未來發(fā)輸變電設(shè)備的安裝位置和容量、線路型號(hào)和投運(yùn)時(shí)間的確定提出了依據(jù)。某地區(qū)的空間負(fù)荷預(yù)測(cè)的精度對(duì)該地區(qū)的規(guī)劃方案可操作性和實(shí)用性起決定作用。現(xiàn)有的空間預(yù)測(cè)方法主要有趨勢(shì)法、多元變量法和分類分區(qū)法等。趨勢(shì)法是通過負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行外推進(jìn)行負(fù)荷發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)的方法，主要優(yōu)點(diǎn)是方法簡(jiǎn)單和所需歷史數(shù)據(jù)少且易獲得。但是隨著計(jì)算機(jī)處理能力的提升，計(jì)算量大小和使用數(shù)據(jù)多少已經(jīng)基本沒有影響，所以趨勢(shì)法的優(yōu)勢(shì)蕩然無存。多元變量法是假設(shè)同區(qū)域內(nèi)兩組數(shù)據(jù)間存在一定的關(guān)聯(lián)，通過歷史數(shù)據(jù)和未來的可控?cái)?shù)據(jù)預(yù)測(cè)負(fù)荷的變化。該方法有很高的預(yù)測(cè)精度，但所需數(shù)據(jù)存在量大，記錄復(fù)雜和統(tǒng)計(jì)不準(zhǔn)確等缺陷導(dǎo)致該方法在我國(guó)電力部門難以使用。分類分區(qū)法是將同類的區(qū)域負(fù)荷聚集為一大類，從而將空間負(fù)荷預(yù)測(cè)歸結(jié)為各大類負(fù)荷和負(fù)荷分布狀況的預(yù)測(cè)。該方法的核心是分類負(fù)荷的平均密度和區(qū)域面積。該方法避開了原始數(shù)據(jù)收集的困難，保證了一定的預(yù)測(cè)精度，以現(xiàn)有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和規(guī)劃人員的知識(shí)，結(jié)合城市土地規(guī)劃結(jié)果，能很好的進(jìn)行空間負(fù)荷預(yù)測(cè)。endprint

4 負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)

隨著電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的精度的提高，電力系統(tǒng)負(fù)荷變化的復(fù)雜性使得預(yù)測(cè)需要更龐大的歷史數(shù)據(jù)，因此有必要研發(fā)出一種負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)來進(jìn)行操作，該系統(tǒng)要具有簡(jiǎn)單易用、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)管理、各種負(fù)荷預(yù)測(cè)模型以及可靠運(yùn)行的特點(diǎn)。本文通過選用具有圖形化的編程語言軟件平臺(tái)LabVIEW進(jìn)行系統(tǒng)的研發(fā)，該軟件平臺(tái)是目前應(yīng)用最多、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的，做到減少開發(fā)難度，節(jié)約開發(fā)時(shí)間以及方便以前功能擴(kuò)展和升級(jí)。此外，為了有效地管理、查詢和調(diào)用數(shù)據(jù)，系統(tǒng)必須具備數(shù)據(jù)庫(kù)和開發(fā)程序之間數(shù)據(jù)交互的功能，一般可選用Microsoft Access數(shù)據(jù)庫(kù)操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要通過SQL完成數(shù)據(jù)操作。因此可以研發(fā)出具體的負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其主要包括：用戶管理模塊、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)模塊和預(yù)測(cè)模型庫(kù)模塊。用戶管理模塊只要是提供增刪用戶、編輯和修改信息等常規(guī)操作，保證負(fù)荷數(shù)據(jù)的安全以及設(shè)定部分權(quán)限。歷史數(shù)據(jù)庫(kù)模塊用于存儲(chǔ)歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)和影響負(fù)荷變化的因素，可用于查詢、增加和修改等。預(yù)測(cè)模型庫(kù)模塊是提供多種預(yù)測(cè)模型和預(yù)測(cè)結(jié)果，模型主要包括上述介紹的傳統(tǒng)預(yù)測(cè)模型、灰色模型和組合模型等。除此之外同樣因具有編輯、修改和刪減的功能。

5 結(jié) 語

為了使電力系統(tǒng)更好地跟上社會(huì)的發(fā)展腳步，本文詳細(xì)介紹負(fù)荷預(yù)測(cè)的重要性和必要性，隨后提出了經(jīng)濟(jì)、時(shí)間、氣候和隨機(jī)干擾等因素對(duì)負(fù)荷變化的影響造成了負(fù)荷預(yù)測(cè)的困難。根據(jù)多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和總結(jié)，介紹了傳統(tǒng)預(yù)測(cè)方法、灰色預(yù)測(cè)方法、組合預(yù)測(cè)方法和空間負(fù)荷預(yù)測(cè)方法等來預(yù)測(cè)中長(zhǎng)期的負(fù)荷變化。最后，基于圖形化編程LabVIEW軟件開發(fā)平臺(tái)，提出了建立包括用戶管理模塊、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)模塊和預(yù)測(cè)模型庫(kù)模塊的中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)。

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