基于灰色關聯(lián)支持向量機的電力需求預測研究

劉夢 華北電力大學

基于灰色關聯(lián)支持向量機的電力需求預測研究

劉夢 華北電力大學

電力需求預測是國家制定中長期能源發(fā)展戰(zhàn)略，編制中長期能源、電力發(fā)展規(guī)劃的關鍵依據(jù)。本文首先采用灰色關聯(lián)分析法識別出影響電力需求的關鍵因素。在此基礎上，建立起由粒子群算法優(yōu)化參數(shù)的支持向量機非線性回歸預測模型，預測出2017-2050年的全社會用電量，從中找出我國電力需求峰值出現(xiàn)的邊界條件、峰值范圍和發(fā)生時間，為我國能源電力戰(zhàn)略和長期規(guī)劃的制定等提供了決策參考依據(jù)。

灰色關聯(lián)分析法 電力需求

引言

隨著我國能源電力需求和供應快速增長、能源環(huán)境形勢日益嚴峻等問題，我國的一次能源資源和環(huán)境容量能否承載電力需求持續(xù)快速增長的壓力已成為核心和焦點問題。而解答這一問題首先要回答中國電力需求的峰值是多少，拐點何時出現(xiàn)。因此，加強對我國未來電力需求峰值進行研究，對于國家制定中長期能源發(fā)展戰(zhàn)略，編制中長期能源、電力發(fā)展規(guī)劃至關重要。

本文使用MATLAB進行編程仿真，結合國內宏觀經(jīng)濟發(fā)展對電力需求增長的一般影響，在此基礎上對我國電力需求的峰值及其發(fā)生時間進行預測。情景預測結果符合國內實際情況，也符合國外用電量增長規(guī)律，具有良好的擬合優(yōu)度和預測精度，對我國能源電力戰(zhàn)略和長期規(guī)劃的制定等具有一定的參考價值。

一、電力需求預測模型建立

由于電力需求受到經(jīng)濟、社會、政策、科技、文化等多種因素的影響，并受到這些因素的綜合作用，較為復雜，各個因素對電力需求影響呈高度非線性，因此本文采用基于灰色關聯(lián)支持向量機的非線性回歸預測模型進行我國電力需求的長期預測。首先，應用灰色關聯(lián)度分析法去量化各影響因素對電力需求的相互依存關系，識別出其中的主要影響因素，消除無關因子的干擾，以此作為對SVM輸入數(shù)據(jù)的前期處理，從而提高模型的預測能力。然后，應用支持向量機理論建立起非線性回歸預測模型，把由灰色關聯(lián)分析影響系統(tǒng)的主要因子作為回歸模型的輸入因子，所對應用電量作為輸出因子；同時，通過粒子群算法搜索迭代對支持向量機的參數(shù)進行尋優(yōu)，進一步提高預測精度。

二、電力需求峰值預測

（一）主要影響因素識別

綜合考慮電力需求影響因素進行指標選取，并針對因素選用可量化指標，來預測用電量。為盡量減少計算和分析過程中的誤差，對原始數(shù)據(jù)采用初值化法進行預處理。根據(jù)灰色關聯(lián)度的計算結果，篩選出的對用電量影響較大的因素，即灰色關聯(lián)度較大的因素，選定GDP，人口、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值增加值、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入以及碳排放量作為電力需求主要影響因素，作為用電量預測的輸入變量。

（二）電力需求峰值預測

本文選擇2000-2016年的全社會用電量及各主要因素數(shù)據(jù)作為歷史數(shù)據(jù)，利用基于灰色關聯(lián)支持向量機的非線性回歸預測模型，對我國電力需求進行預測，預測年限至2050年。

為驗證預測模型的有效性及判斷預測結果的精度，首先利用2000-2010年的用電量數(shù)據(jù)及各主要因素數(shù)據(jù)，對2011-2016年的用電量進行預，模型得到2011-2016年用電量預測值最大相對誤差為3.2296%，最小相對誤差為1.4527%，平均相對誤差為2.2614%，對于長期預測而言，模型預測精度很高，完全滿足進行電力需求峰值預測的要求。同時，良好的預測精度也證實了模型的有效性和精確性。

在驗證模型有效性和精確性后，選擇2000-2016年的全社會用電量及各主要影響因素的數(shù)據(jù)，代入預測模型，利用MATLAB進行編程仿真，得到2017-2050年用電量預測值及其增長率，如圖2-1。

圖2-1 2017-2050年全社會用電量預測值

在我國正?；鶞式?jīng)濟發(fā)展的情景下，2020年以前，我國仍然處于工業(yè)化高級階段向初級發(fā)達經(jīng)濟階段轉型的過程中，電力需求將繼續(xù)保持較快速度增長，年均增速不會低于5%，到2020年全社會用電量將達到81219億千瓦時。2021-2030年，電力需求年均增速將放緩到2%-4%左右，到2030年時全社會用電量首次超過11萬億千瓦時，達到110004億千瓦時。2031-2040年，這一階段為我國電力需求發(fā)展的飽和階段。電力需求年均增速將進一步放緩至1%以內，到2032年用電量增長率首次低于1%，且此后保持低于1%的增長率，可以認為我國電力需求開始趨于飽和，到2040年電力需求拐點出現(xiàn)，全社會用電量為116964億千瓦時，此時用電量達到峰值。2041年-2050年，鑒于節(jié)能技術的進步、人口數(shù)量的下降以及人口素質的提高，我國用電量將由峰值緩慢下降，呈現(xiàn)負增長，但下降速度低于0.5%，到2050年全社會用電量緩慢回落至114248億千瓦時。

綜上可預測，基準情景下我國用電量將長期在11-12萬億千瓦時之間浮動。

三、結語

基于對我國電力需求峰值的合理預測以及國內外用電形勢的具體分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，與發(fā)達國家相比，中國目前還處于能源高需求階段。針對我國未來電力需求峰值的出現(xiàn)，及我國經(jīng)濟發(fā)展和電力工業(yè)發(fā)展中面臨的問題，建議合理控制資源開發(fā)和電力基礎設施建設規(guī)模與進度，快推進發(fā)電設備制造能力的結構性調，推進電力行業(yè)在節(jié)能降耗方面做出突破；完善電力市場機制，優(yōu)化電力市場結構，提高行業(yè)效益；開展電力需求側管理，緩解電力供需矛盾。

未來本文需要密切跟蹤經(jīng)濟發(fā)展及電力形勢變化，因時因勢對數(shù)據(jù)及預測方法進行滾動調整，保證較高的預測精度及合理的預測結果。

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