电网规划负荷预测方法的研究

 电网规划负荷预测方法的研究

朱颉庄海军张伟谢彬石智永王国民

国网河南省电力公司郑州供电公司 450007

　　【摘要】负荷预测是电网规划的基础性工作，负荷预测的准确性直接影响着电网规划质量的优劣。因此，如何基于现有资料、合理运用各种预测方法、得出符合实际情况的预测结果、为城市电网规划提供科学的基础，是电网规划工作者面临的重要问题。本文对应用于城市电力负荷预测的众多模型进行了归纳和总结。

　　【关键词】城市电网；负荷预测

　　随着我国电力企业体制改革的不断深入，城市电网（以下简称城网）规划和建设、改造工程可行性研究等工作，将成为电网经营企业主要的前期规划工作。城网规划和建设、改造工程可行性研究很大一部分工作量发生在10kV配电网。城网规划能否简单套用以往用于电源和超高压（500kV及以上）电网规划的负荷预测方法，很值得深入探讨。

　　一、负荷预测分类

　　城市电力负荷预测，按照作用的不同分为电量、负荷预测，空间负荷预测和负荷曲线预测。电量、负荷预测主要针对城市未来的电力需求量，对城市供电电源点的确定和发电规划具有重要的指导意义，其中电量、负荷预测又包括总量电量、负荷预测和产业行业电量、负荷预测；空间负荷预测可以得出负荷分布的地理位置、时间和数量，是高压变电站选址确定容量的基础，其准确性决定了城市电网规划方案的可操作性和适应性；负荷曲线预测可以通过日负荷曲线得出各种分类标准下总量负荷与分类负荷间的关系，是电量、负荷预测和空间负荷预测之间联系的纽带。因此，城市电力负荷预测，要根据城市的用地规划，以空间负荷分布预测为基础，采用多种负荷预测方法进行负荷及负荷分布预测。历史数据的完整程度直接影响着负荷预测工作的开展。一般来说，各地区总量的电量、负荷历史数据均较容易获得；但对于各产业行业来说，负荷数据的获得远比电量数据困难。因此，电量预测与负荷预测之间需要通过最大负荷利用小时数来联系。同样，其他各类负荷预测间也存在着各种关系。

　　二、负荷预测的基本流程

　　电网规划中的负荷预测是一个系统的工作，涉及的工作很多，不能盲目的进行，关键在于收集大量的历史数据，建立科学有效的预测模型，采用有效的算法，以历史数据为基础，进行大量试验性研究，总结经验，不断修正模型和算法，以真正反映负荷变化规律。

　　以下是该项工作的一个标准流程情况：

　　（一）确定负荷预测的目的

　　制定预测计划，负荷预测的目的要明确，紧密联系电力系统实际需要，只有目的明确，才能相应拟定一个负荷预测工作计划，在作预测计划时需重点考虑的问题有：准备预测时期所需要的历史资料，需要多少资料；资料的来源和收集资料的方法；预测思路；预测方法；预测完成时间等。不同地区、不同的规划要求都会使得负荷预测的目的不同，因此确定负荷预测的目的是负荷预测是个非常重要的步骤。目的确定，预测才准确。

　　（二）资料的收集

　　电网规划中负荷预测需要收集的资料一般包括以下内容：

　　1.是城市总体规划中有关人口 、用地、能源、产值、居民收入和消费水平以及各功能分区的布局改造和发展规划等（包括各类负荷所计划发展的建筑面积和土地利用比率）。

　　2.是大用户及其上级主管部门提供的用电发展规划、计划新增和待建的大用户名单、装接容量、合同电力需量、时间地点以及国家及地方经济建设发展中的重点项目及其用电发展资料。

　　3.是市（县）计划、统计部门以及气象部门提供的有关历史数据和预测信息。

　　4.是整个地区、分区分块、分电压等级按用电性质分类的历年用电量，高峰用电及负荷典型日曲线。

　　5.是各级电压等级变电所，大用户变电所及配电所的负荷记录、典型负荷曲线和功率因素。

　　6.是大用户的历年用电量、负荷、装接容量、合同电力需量、主要产品产量和用电单耗。

　　7.是各行业用电的历史数据。

　　8.是当电源及供电网能力不足造成供不出电时，应根据有关资料估算出潜在负荷的情况。

　　（三）资料整理

　　对所收集的有关统计资料进行审核和必要的加工整理，是保证预测质量所必须的。预测结果的质量不会超过所用资料的质量，因此整理资料的质量是为了保证资料的质量，从而为预测质量打下基础。

　　1 是衡量统计资料质量的标准资料完整无缺，各期指标齐全；数字准确无误，反映的都是正确状态下的水平，资料中没有异常的“分离项”；时间数列各值间有可比性。

　　2 是资料整理的主要内容资料的补缺推算。如果中间某一项的资料空缺，则可利用相邻两边资料取平均值近似替代，如果开头一项资料空缺，则可利用趋势比例计算替代。

　　对不可靠的资料加以核实调整。对能查明原因的异常值，用适当方法加以更正。对原因不明而又没有可靠修改的根据的资料，宁删勿留。

　　对时间数列中不可比的资料，加以调整。时间数列的可比性主要包括：各期统计指数的口径范围是否一致；各期价值指标所用价格有无变动；各期时间单位长度可比；周期性的季节变动资料的各期资料是否可比，是否能够反映周期性的变动规律。用不同方法处理上述各种可比性问题时，务必使资料在时间上有可比性。此外，还要根据研究目的，认真考虑时间数列的起止时间，即应截取哪一段时间的资料使用。

　　（四）对收集的资料的初步分析

　　对所收集的资料进行初步分析，包括以下几方面：

　　1.是画出动态折线图和散点图，从图形中观察资料数据变动的轨迹，特别注意离群的数值和转折点，研究它们是由偶然的还是由其他什么原因造成的。

　　2.是查明异常值的原因后加以处理，即对历史资料中的异常值的平稳化以及缺失数据的补遗，针对异常数据，主要采用水平处理、垂直处理方法。

　　数据的水平处理即在进行分析数据时，将前后两个时间的负荷数据作为基准，设定待处理数据的最大变动范围，当待处理数据超过这个范围，就视为不良数据，采用平均值的方法平稳其变化；数据的垂直处理即在负荷数据预处理时考虑其 24h 的小周期，即认为不同日期的同一时刻的负荷应该具有相似性，同时刻的负荷值应维持在一定的范围内，对于超出范围的不良数据修正，为待处理数据的最近几天该时刻的负荷平均值。

　　3.是计算一些统计量，如自相关系数，以进一步辨明资料轨迹的性质，为建立模型做准备。

　　（五）建立预测模型

　　负荷预测模型是统计资料轨迹的概括，也就是具体为一个数学公式，反映了资料的内在变化规律的一般特征，负荷预测模型多种多样，它们各自使用不同结构的资料，因此，对于具体资料要选择恰当的预测模型，这是负荷预测过程中至关重要的一步。有时负荷变化轨迹呈现多种多样性，在不同阶段，变化规律不同，当由于模型选择不当而造成预测误差过大时，就需要改换模型，必要时，还可同时采用几种数学模型进行运算，以便对比、选择。

　　在选择适当的预测技术后，建立负荷预测数学模型，进行预测工作。由于从已掌握的发展变化规律，并不能代表将来的变化规律，所以要对影响预测对象的新因素进行分析，对预测模型进行恰当的修正后确定预测值。

　　（六）预测结果分析

　　通过选择适当的预测技术，建立负荷预测的数学模型，进行运算得到预测值，或利用其他方法得到了初步预测值。还要参照当前已经出现的各种可能性，对新的趋势和发展进行综合分析、对比、判断、推理和评价，最终对初步预测结果进行调整和修正。要对影响预测值的新因素进行分析，对预测模型进行适当的修正后确定最终预测值。

　　三、负荷预测的方法

　　长期以来，国内外学者对电力负荷预测的理论进行了广泛而深入的研究，己经形成了诸多预测方法。如趋势外推预测技术、时间序列预测技术、回归模型预测技术、灰色模型预测技术等。电网规划中的负荷预测属于电力负荷预测中的中长期负荷预测，上述模型在中长期负荷预测中有重要的研究价值。

　　（一）趋势外推法

　　就是根据负荷的变化趋势对未来负荷情况作出预测。电力负荷虽然具有随机性和不确定性，但在一定条件下，仍存在着明显的变化趋势，例如农业用电，在气候条件变化较小的冬季，日用电量相对稳定，表现为较平稳的变化趋势。这种变化趋势可为线性或非线性，周期性或非周期性等等。

　　（二）时间序列法

　　时间序列法是一种最为常见的短期负荷预测方法，它是针对整个观测序列呈现出的某种随机过程的特性，去建立和估计产生实际序列的随机过程的模型，然后用这些模型去进行预测。它利用了电力负荷变动的惯性特征和时间上的延续性，通过对历史数据时间序列的分析处理，确定其基本特征和变化规律，预测未来负荷。

　　时间序列预测方法可分为确定型和随机性两类，确定型时间序列作为模型残差用于估计预测区间的大小随机型时间序列预测模型可以看作一个线性滤波器。根据线性滤波器的特性，时间序列可划为自回归、动平均自回归 - 动平均、累计式自回归 - 动平均、传递函数几类模型，其负荷预测过程一般分为模型识别、模型参数估计、模型检验、负荷预测、精度检验预测值修正 5 个阶段。

　　（三）回归分析法

　　回归分析法就是根据负荷过去的历史资料，建立可以分析的数学模型，对未来的负荷进行预测。利用数理统计中的回归分析方法，通过对变量的观测数据进行分析确定变量之间的相互关系，从而实现预测。

　　（四）灰色系统理论

　　灰色系统理论是我国学者邓聚龙教授于 1982 年在国际上首次提出的。目前已经在各领域得到广泛的应用灰色数学理论是把负荷序列看作一真实的系统输出，它是众多影响因子的综合作用结果。这些众多因子的未知性和不确定性，成为系统的灰色特性。灰色系统理论把负荷序列通过生成变换，使其变化为有规律的生成数列再建模，用于负荷预测。灰色模型法预测方法简单，样本需求量不大，在样本数量不充足的情况下采用此方法可以得到较好的预测效果，灰色系统通用模型为 GM(1，n)，其中 GM(1，1)最为常用。

　　中长期电力负荷预测的方法很多，每种方法均有各自的特点和适用范围。除上述方法外，还不断有学者用专家系统理论、模糊数学等对预测方法进行负荷预测。

　　四、结束语

　　随着电力市场的发展，负荷预测的重要性日益显现，并且对负荷预测精度的要求越来越高。传统的预测方法比较成熟，预测结果具有一定的参考价值，但要进一步提高预测精度，就需要对传统方法进行一些改进，同时随着现代科学技术的不断进步，理论研究的逐步深入，以灰色理论、专家系统理论、模糊数学等为代表的新兴交叉学科理论的出现，也为负荷预测的飞速发展提供了坚实的理论依据和数学基础。相信负荷预测的理论会越来越成熟，预测的精度越来越高。

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