電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測研究綜述與發(fā)展方向的探討

李建強(qiáng)

【摘 要】在本次研究中，我們對電力系統(tǒng)采取負(fù)荷預(yù)測，規(guī)劃用電以及電力調(diào)度等進(jìn)行創(chuàng)新分析，針對電力系統(tǒng)和用電系統(tǒng)穩(wěn)定性起著關(guān)鍵的作用。在本研究中我們對年度，月度，短期負(fù)荷預(yù)測使用的方法進(jìn)行深入分析，針對其特點，建議模式進(jìn)行探討，希望能夠給相關(guān)工作人員提供幫助。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)；負(fù)荷預(yù)測；發(fā)展方向

負(fù)荷預(yù)測對于確保電力系統(tǒng)實現(xiàn)安全穩(wěn)定運行起著十分重要的作用，同時也能夠為電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測提供決策依據(jù)。電力系統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測是指對已知電力系統(tǒng)，社會，經(jīng)濟(jì)等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合鑒定，并深入分析探究，能夠探索不同事物間存在的聯(lián)系以及相應(yīng)的變化規(guī)律，進(jìn)而能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)的負(fù)荷數(shù)據(jù)做出預(yù)測。負(fù)荷預(yù)測能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)的用電調(diào)度，規(guī)劃用電等部門起到關(guān)鍵的作用。針對國內(nèi)外研究學(xué)者對于電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測方法進(jìn)行了多年的研究，目前電力系統(tǒng)的預(yù)測領(lǐng)域也越發(fā)廣泛，出現(xiàn)了更多復(fù)雜的理論。在本次研究中，我們針對目前存在的問題進(jìn)行分析針對于年度月度以及短期負(fù)荷預(yù)測對于電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測的特點，使用方法以及存在的問題和解決方案進(jìn)行探索，除此之外，能夠結(jié)合國內(nèi)外電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測的多種分析方法對于負(fù)荷預(yù)測提供了專業(yè)性的建議。

一、負(fù)荷預(yù)測的作用分析

能夠不斷提高負(fù)荷預(yù)測的準(zhǔn)確度，是確保電力系統(tǒng)長運行的要求，這對于電力系統(tǒng)各部門來說是十分重要的，比如企業(yè)需要制定中長期的負(fù)荷預(yù)測，是系統(tǒng)實施燃料計劃的重要前提。而對于短期和預(yù)測來說能夠為企業(yè)制定發(fā)電計劃，通過負(fù)荷預(yù)測更加準(zhǔn)確分析系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，同時還能夠預(yù)測電力系統(tǒng)目前在運行過程中存在的安全風(fēng)險，除此之外能夠提升和預(yù)測準(zhǔn)確度，進(jìn)而為實現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性提供保障。

二、年度負(fù)荷預(yù)測

在本次研究中年度負(fù)荷預(yù)測是指年度用電需求指標(biāo)中的電力運行情況以及用電量，將其作為預(yù)測內(nèi)容是確保電力系統(tǒng)時間穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，也是能夠推動電網(wǎng)建設(shè)，電源發(fā)展，對于促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)以及提升人們生活質(zhì)量起著十分重要作用的。通常年度負(fù)荷預(yù)測包括多種方法，比如產(chǎn)值單耗法，專家調(diào)查，彈性系數(shù)，年最大負(fù)荷可利用小時數(shù)等一些傳統(tǒng)的預(yù)測方法，此外還有序列預(yù)測法，這種方法是一種具有較強(qiáng)實用性的方法，同時也是短期和月度負(fù)荷規(guī)劃的重要基礎(chǔ)，利用這種序列預(yù)測的方法模型，其抽象表達(dá)公式如下所示，

其中x是m種相關(guān)因素構(gòu)成的向量，時間消耗為t，預(yù)測量為y，預(yù)測模型的參數(shù)總量為s，如果忽略其他因素影響可以構(gòu)建線性預(yù)測模型，提供某一時刻便可以獲得相應(yīng)的數(shù)值，可在某一時段從系統(tǒng)以外其他部門獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)。通過對該時段中向量和待預(yù)測量對于相應(yīng)的參數(shù)總量還是進(jìn)行估測。經(jīng)過預(yù)測之后其公式如下，

因此在對預(yù)測時段后獲得的擬合殘差平方和，可以用下列公式表示 最小為目標(biāo)，這也就是常見的最小2乘法公式測量法。

在利用函數(shù)公式進(jìn)行年度預(yù)測過程中，我們需要選的時間段內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，進(jìn)而能夠提高和預(yù)測的準(zhǔn)確性。同時選用近年來的數(shù)據(jù)也具有較高的參考意義，如果僅依靠系統(tǒng)自身規(guī)律完成數(shù)據(jù)預(yù)測，由于系統(tǒng)在運行中存在單調(diào)性，或者會使預(yù)測數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)存在一定誤差，因此可以將上述預(yù)測方法以及灰色預(yù)測方法，數(shù)學(xué)曲線回歸方程模型等綜合使用，能夠從一定程度上提升最終預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確度。除此之外，在預(yù)測電力系統(tǒng)過程中還能夠使用傳統(tǒng)彈性系數(shù)法線，能夠?qū)窠?jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)行準(zhǔn)確把握。從整體上來看年度預(yù)測目前不適用于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檢測，主要是由于年度預(yù)測，存在的數(shù)據(jù)序列值比較少，而利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這種方法是需要采取大量的樣本數(shù)值信息。

二、月度負(fù)荷的預(yù)測

月度預(yù)則是以月為單位作為主要的預(yù)測手段，能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測，其內(nèi)容包括每個月用戶的用電需求指標(biāo)，比如月度的電量以及電力運行情況。月度預(yù)測是電力部門以及用電營銷部門的重要工作內(nèi)容，通過合理的預(yù)測方法能夠確保定電力系統(tǒng)實現(xiàn)正常運行，減少投資成本，并能夠提高供電質(zhì)量以及實現(xiàn)電力系統(tǒng)的可靠性運行。如果按照年度預(yù)測的思路并且通過使用時間序列的方法完成月度預(yù)測，雖然也能夠提升其準(zhǔn)確值，但由于數(shù)據(jù)存在一定的多樣性以及在規(guī)律上還表現(xiàn)為復(fù)雜性，使得月度預(yù)測相比年度預(yù)測來說還存在一些特殊的地方，應(yīng)當(dāng)根據(jù)其他特殊的物理量變化規(guī)律，構(gòu)造相應(yīng)的預(yù)測方法。比如在繪制月度負(fù)荷測量圖表過程中，我們可以將年份作為x軸，y軸為月份，z軸則表示月度負(fù)荷物理量值，這樣能夠直觀展示每個月的耗電量數(shù)據(jù)以及相應(yīng)的發(fā)電量，可看到月度負(fù)荷類數(shù)據(jù)，通過觀察月度電量的年度發(fā)展序列點，進(jìn)一步能夠反映國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平，并且能夠呈現(xiàn)一定的用電規(guī)律性，然而利用這種方法也存在很多不足，比如在總體程度上進(jìn)行數(shù)據(jù)指導(dǎo)更新，如果當(dāng)前是月份為1月份，那么從對兩年內(nèi)至今獲取了相關(guān)的數(shù)據(jù)，如果對今年進(jìn)行預(yù)測時所使用的數(shù)據(jù)只有前幾年的數(shù)據(jù)，但卻沒有近一、二個月的最新數(shù)據(jù)。此外，利用周期性預(yù)測時能夠利用最新的數(shù)據(jù)，在進(jìn)行月度負(fù)荷預(yù)測過程時，最好使用五到十年內(nèi)的數(shù)據(jù)，相比序列預(yù)測方法來說具有一定的單調(diào)性，因此也可以配合使用回歸分析方法以及灰色預(yù)測等不同方法，對于一些影響因素較大的數(shù)據(jù)可以對特殊值進(jìn)行特殊處理。

三、短期負(fù)荷預(yù)測

短期負(fù)荷預(yù)測主要用于對未來幾天或幾小時的電力運行情況，進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)起到資源優(yōu)化配置的重要性，同時還能夠?qū)Ξ?dāng)前電力市場發(fā)展起到一定的積極作用。目前，我國已經(jīng)開展了多年短期負(fù)荷的相關(guān)預(yù)測研究，并且在預(yù)測上也獲得了很多的理論成果。通過對負(fù)荷預(yù)測精度進(jìn)行調(diào)整，能夠從一定程度上提高發(fā)電設(shè)備的利用率以及實現(xiàn)電力調(diào)度的有效性。除此之外，由于受到多種非線性因素的影響，會不斷促進(jìn)新理論的研發(fā)，使短期負(fù)荷預(yù)測表現(xiàn)為一定的周期性，短期負(fù)荷預(yù)測呈現(xiàn)的規(guī)律和周邊的環(huán)境因素之間存在一定的聯(lián)系。短期預(yù)測中常用的方法是ANN法，該方法主要是能夠?qū)Ψ墙Y(jié)構(gòu)性，非準(zhǔn)確性規(guī)律具有較強(qiáng)適應(yīng)性，能夠突出自主學(xué)習(xí)以及理論知識推理的特點，利用非線性函數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，能夠?qū)︻A(yù)測模型進(jìn)行準(zhǔn)確的測試。在采用短期負(fù)荷預(yù)測過程中，尤其對于一些非節(jié)假日的樣本預(yù)測來說，更能夠反應(yīng)季節(jié)更迭，可以利用ANN的預(yù)測方法對于一些很容易受到質(zhì)量影響的負(fù)荷變化進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測，并建立有效的模型。

除此之外，在對電力負(fù)荷數(shù)值執(zhí)行預(yù)測計算時，工作人員需要對導(dǎo)致的負(fù)荷問題原因進(jìn)行分析，避免將負(fù)荷數(shù)據(jù)僅作為單獨數(shù)據(jù)進(jìn)行使用，而應(yīng)當(dāng)將這些數(shù)據(jù)至于電力系統(tǒng)中，對負(fù)荷產(chǎn)生原因進(jìn)行深入分析。比如我們以小型水電系統(tǒng)作為研究對象，由于小水電數(shù)量較多，而單機(jī)容量較少，因此在調(diào)度過程中很難將分散分布的小水電納入到調(diào)度范圍中，同時這些系統(tǒng)還很容易受到周邊因素的影響，出現(xiàn)負(fù)荷變化。因而在預(yù)測負(fù)荷過程中會出現(xiàn)較大偏差，相關(guān)工作人員需要強(qiáng)化對于負(fù)荷原因的把握力度，進(jìn)一步能夠準(zhǔn)確進(jìn)行電力負(fù)荷預(yù)測。

小結(jié)

總而言之，隨著電力市場在研究過程中條件的多樣化以及相關(guān)理論不斷拓展，針對負(fù)荷預(yù)測本身的規(guī)律研究，更能夠體現(xiàn)電力系統(tǒng)的特點。而我們不能強(qiáng)調(diào)教學(xué)方法的使用價值，因此電力負(fù)荷預(yù)測需要結(jié)合社會，經(jīng)濟(jì)，氣象等多種因素來綜合考慮，因此我們可以從電力系統(tǒng)預(yù)測角度上高度重視電力負(fù)荷發(fā)展存在的規(guī)律性，可以采用多種統(tǒng)計和管理方法，進(jìn)而能夠?qū)ω?fù)荷數(shù)值進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測。

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（作者單位：貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司都勻福泉供電局）