王學(xué)申 劉剛 黑龍江省電力有限公司，哈爾濱 150000

電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)方法分析及應(yīng)用

王學(xué)申 劉剛 黑龍江省電力有限公司，哈爾濱 150000

本文在分析負(fù)荷預(yù)測(cè)的特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，分析了電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)的方法及應(yīng)用，其包括單耗法、彈性系數(shù)法、趨勢(shì)外推法、負(fù)荷密度法、回歸分析法等，旨在與廣大同業(yè)者共同提高。

電力系統(tǒng)；負(fù)荷預(yù)測(cè)

一、電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)的特點(diǎn)

（一）資料的收集與整理

首先我們先來(lái)看下資料的收集與整理。負(fù)荷預(yù)測(cè)是按照實(shí)際的國(guó)民經(jīng)濟(jì)以及電網(wǎng)的相關(guān)歷史數(shù)據(jù)，再結(jié)合后續(xù)城鄉(xiāng)發(fā)展計(jì)劃和國(guó)民經(jīng)濟(jì)整體計(jì)劃等資料所做出的預(yù)測(cè)活動(dòng)。但是實(shí)際情況是，有些與電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)相關(guān)的資料，由于管理或其他原因無(wú)法完整的收集起來(lái)，并且收集的資料也可能存在數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的問題，因此在完成資料收集后，還需要再做認(rèn)真的分析與整理。收集資料的過程中，如果要對(duì)規(guī)劃區(qū)域內(nèi)的全部用電量做出預(yù)測(cè)，那么就要將該地區(qū)電源發(fā)電量以及供本區(qū)的電量和大電網(wǎng)的直供電量等進(jìn)行全面的資料收集，以免出現(xiàn)重復(fù)或者遺漏等現(xiàn)象。

（二）負(fù)荷發(fā)展分析

縣級(jí)電網(wǎng)的供電負(fù)荷增長(zhǎng)相對(duì)有較大的變化，因此要深究其根本原因。如果條件允許，可以把某些主要供電區(qū)域、或者大用戶進(jìn)行分別計(jì)算，做單獨(dú)的分析與研究。

（三）規(guī)劃協(xié)調(diào)

按照我國(guó)現(xiàn)階段的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度，我國(guó)的國(guó)民生產(chǎn)總值有著較高的年增長(zhǎng)率。在經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中第二、第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都相對(duì)較快，此外工業(yè)的建設(shè)以及城鎮(zhèn)的建設(shè)等都有著諸多項(xiàng)目，所以做好電網(wǎng)的規(guī)劃對(duì)促進(jìn)縣市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都有著非常重要的意義。省級(jí)電網(wǎng)的規(guī)劃要以市、縣級(jí)的電力系統(tǒng)負(fù)荷分析為基礎(chǔ)，但是也不能脫離省級(jí)電網(wǎng)的規(guī)劃原則以及整體框架。

二、電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)的原理

可以說建立一個(gè)負(fù)荷模型是預(yù)測(cè)即將運(yùn)行的電力系統(tǒng)負(fù)荷的最直接有效的辦法。通常來(lái)講，負(fù)荷模型包含兩個(gè)層面的意義，其一是負(fù)荷的時(shí)空特性，其二就是負(fù)荷電壓和頻率特性。先來(lái)看一下負(fù)荷的時(shí)空特性，即所指的是隨著時(shí)間與空間分布的不同而產(chǎn)生不同的負(fù)荷。這種負(fù)荷模型相對(duì)比較復(fù)雜，我們通常采用負(fù)荷時(shí)間曲線對(duì)這種特性加以描述，因此，負(fù)荷曲線按照時(shí)間來(lái)劃分，就可以分為日負(fù)荷、周負(fù)荷以及季度負(fù)荷和年度負(fù)荷；如果按照時(shí)空劃分負(fù)荷曲線，則其又可以分為系統(tǒng)、節(jié)點(diǎn)以及用戶的負(fù)荷曲線；如果按照負(fù)荷的性質(zhì)進(jìn)行劃分，那么負(fù)荷曲線又可以分為工業(yè)負(fù)荷、農(nóng)業(yè)負(fù)荷、市政負(fù)荷以及生活負(fù)荷等等。對(duì)于負(fù)荷的電壓和頻率特性來(lái)說，負(fù)荷可以作為電壓與頻率的非線性函數(shù)，其公式表示如下：

其中：αj、βj、γj、θj均為系數(shù)，而Kpj、KQj、Cpj、CQj則為指數(shù)。在日常的計(jì)算過程式，一般采用負(fù)荷假定，假定PDi和QDi在某個(gè)給定的時(shí)刻時(shí)為常數(shù)，即其與系統(tǒng)的電壓及頻率無(wú)關(guān)。負(fù)荷假定也可以用于安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的狀態(tài)下。

安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的過程中，負(fù)荷模型通常是指其未來(lái)時(shí)空特性，所以也可以稱作為負(fù)荷預(yù)測(cè)模型。一般來(lái)說，負(fù)荷預(yù)測(cè)模型的內(nèi)容非常廣泛，不但要在運(yùn)行的過程中對(duì)其進(jìn)行短期或者實(shí)時(shí)的負(fù)荷預(yù)測(cè)，在規(guī)劃電力系統(tǒng)時(shí)網(wǎng)絡(luò)及電源的發(fā)展方案也要做長(zhǎng)期負(fù)荷的預(yù)測(cè)。主要采用概率統(tǒng)計(jì)來(lái)預(yù)測(cè)負(fù)荷，最有效的分析工具即為時(shí)間序列分析。不過需要注意的是，由于其預(yù)測(cè)的是未來(lái)的負(fù)荷，因此會(huì)客觀存在一定的誤差。電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要尋求未來(lái)的發(fā)電計(jì)劃，此處所指的未來(lái)是一個(gè)極為廣義的概念，其既可以是幾分鐘的實(shí)時(shí)調(diào)方案，也可以是幾個(gè)小時(shí)的準(zhǔn)時(shí)調(diào)度方案，既可以是次日的離線調(diào)度，也可以是一周或者更長(zhǎng)時(shí)間的長(zhǎng)期調(diào)度案等等。研究未來(lái)負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差的產(chǎn)生主要是因?yàn)槟承┎淮_定因素與負(fù)荷變化的規(guī)律不相符，比如由于自然災(zāi)害導(dǎo)致的事故停電，那么負(fù)荷曲線就會(huì)在該時(shí)段形成突變的區(qū)段。此時(shí)就要進(jìn)行人工干預(yù)，即不能再完全依賴預(yù)測(cè)模型所得出的結(jié)果。不過從另一方面來(lái)看，也不可由于不確定因素的存在，就對(duì)負(fù)荷變化作全盤的否認(rèn)，其實(shí)很多時(shí)候負(fù)荷預(yù)測(cè)模型的計(jì)算還是相對(duì)比較準(zhǔn)確的。

三、負(fù)荷預(yù)測(cè)的方法

（一）單耗法

按照計(jì)劃產(chǎn)品的數(shù)據(jù)以及用電的單耗，推算出年用電數(shù)量，這種方法通常用于有單耗指標(biāo)的工業(yè)，以及部分農(nóng)業(yè)的負(fù)荷預(yù)測(cè)，可以說是一種非常有效的辦法。在進(jìn)行具體的預(yù)測(cè)時(shí)，可以先按照城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)際狀況的規(guī)劃目標(biāo)，通過分析規(guī)劃期內(nèi)每年的工農(nóng)業(yè)產(chǎn)值指標(biāo)、主要工業(yè)的規(guī)劃指標(biāo)以及統(tǒng)計(jì)往年國(guó)民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的單位耗電量、億元產(chǎn)值耗電量等等，按照調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的一般規(guī)律，最終分析出每種產(chǎn)品以及產(chǎn)值的綜合單耗；接下來(lái)再根據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)相關(guān)部門所編制的產(chǎn)量指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)預(yù)測(cè)出單耗。這種方法具有方法簡(jiǎn)單、預(yù)測(cè)短期負(fù)荷效果好等優(yōu)點(diǎn)，但是也其精準(zhǔn)度無(wú)法得到有效的保證，并且需要花費(fèi)大量的人力物力進(jìn)行調(diào)研工作。

（二）彈性系數(shù)法

所謂的電力彈性系數(shù)指的是地區(qū)總用量年平均增長(zhǎng)率和工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的平均增長(zhǎng)率之比，其所反映的是電力發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的宏觀指標(biāo)。具體表達(dá)式如下所示：

Vw為國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值平均增長(zhǎng)的速度

n 為所規(guī)劃的年限通常來(lái)講，電力工業(yè)的發(fā)展與國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值相比要適當(dāng)?shù)某?，即電力彈性系?shù)一般會(huì)大于1。不過因?yàn)殡娏椥韵禂?shù)又受著當(dāng)?shù)刎?fù)荷結(jié)構(gòu)以及負(fù)荷性質(zhì)的影響，而且是分析了歷史資料和各類用電比重的發(fā)展趨勢(shì)后而確定的，所以通常在進(jìn)行宏觀的負(fù)荷預(yù)測(cè)以及校核中期負(fù)荷預(yù)測(cè)時(shí)會(huì)采用彈性系數(shù)法。

（三）趨勢(shì)外推法

如果電力負(fù)荷會(huì)按照時(shí)間的變化而呈現(xiàn)出某種趨勢(shì)，比如上升或者下降，而且其中沒有明顯的季節(jié)的波動(dòng)，可找出反映其波動(dòng)的函數(shù)曲線時(shí)，那么就可建立起一個(gè)趨勢(shì)模型，如下式表示為：

其中：t 為時(shí)間自變量

y 為時(shí)序數(shù)值因變量

如果可以相信這種趨勢(shì)能夠向未來(lái)延伸，那么當(dāng)賦予t所需的值時(shí)，就可以得出相應(yīng)時(shí)刻的時(shí)間序列未來(lái)值，這種方法我們稱其為趨勢(shì)外推法。外推法又有多種，比如預(yù)測(cè)對(duì)數(shù)趨勢(shì)、線性趨勢(shì)、指數(shù)曲線趨勢(shì)、二次曲線趨勢(shì)以及生長(zhǎng)曲線趨勢(shì)等等。這種方法的特點(diǎn)是進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)只需歷史數(shù)據(jù)即可，但是一旦負(fù)荷有變動(dòng)，那么相應(yīng)的誤差也比較大。

（四）負(fù)荷密度法

負(fù)荷密度指的是每km2平均的負(fù)荷值。這種方法無(wú)法預(yù)測(cè)出整個(gè)城市的負(fù)荷密度，但是可以將城市進(jìn)行區(qū)域劃分然后再進(jìn)行區(qū)域負(fù)荷密度的預(yù)測(cè)。具體的方法為：先計(jì)算出區(qū)域內(nèi)現(xiàn)狀及歷史的分區(qū)負(fù)荷密度，再按照地區(qū)的發(fā)展規(guī)劃及負(fù)荷發(fā)展特點(diǎn)，推算出每個(gè)區(qū)域目標(biāo)年限的負(fù)荷密度預(yù)測(cè)值。而分區(qū)中少量的大用戶，可以作為點(diǎn)負(fù)荷進(jìn)行單獨(dú)的計(jì)算。采用該方法時(shí)，要將預(yù)測(cè)地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)以及電力負(fù)荷由于外界因素而表現(xiàn)出跳躍式發(fā)展的特點(diǎn)考慮在內(nèi)。由此可見，采用負(fù)荷密度法時(shí)要注意其直觀性。

（五）回歸分析法

利用回歸分析法進(jìn)行負(fù)荷的預(yù)測(cè)，是按照歷史資料建立起相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，再對(duì)該模型作數(shù)學(xué)分析。采用統(tǒng)計(jì)學(xué)中回歸分析法分析變量觀測(cè)數(shù)據(jù)，最終預(yù)測(cè)出未來(lái)的負(fù)荷值。一般回歸模型包括一元線性、多元線性、非線性等幾種。通常我們?cè)陬A(yù)測(cè)中期負(fù)荷時(shí)可以采用線性回歸法，其優(yōu)勢(shì)在于預(yù)測(cè)的精度相對(duì)較高，所以預(yù)測(cè)中短期的負(fù)荷常用到，但其也存在一定的不足，比如無(wú)法詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)出規(guī)劃水平年的工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值；再者，盡管回歸分析可以預(yù)測(cè)出綜合用電負(fù)荷的發(fā)展，但是卻沒辦法計(jì)算出各區(qū)域的負(fù)荷發(fā)展。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.08.004