曹 鈺

保定市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院（071000）

電力工業(yè)的發(fā)展一方面直接制約著國民經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展，另一方面電力工業(yè)的發(fā)展也依賴于社會對電力的需求。電力系統(tǒng)的作用就是對各類用戶提供盡可能經(jīng)濟(jì)可靠而合乎標(biāo)準(zhǔn)要求的電能，以隨時滿足各類用戶的要求,用電力系統(tǒng)的術(shù)語來說，就是滿足負(fù)荷要求。所以正確的電力負(fù)荷預(yù)測既可以為國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供充足的電力，也可以為電力系統(tǒng)自身的發(fā)展提供幫助，特別是對于電力系統(tǒng)規(guī)劃而言，準(zhǔn)確的負(fù)荷預(yù)測是整個規(guī)劃工作的基礎(chǔ)和前提。

1 負(fù)荷預(yù)測

負(fù)荷預(yù)測是指在充分考慮一些重要的系統(tǒng)運(yùn)行特性、增容決策、自然環(huán)境和社會影響的條件下，研究或利用一套能系統(tǒng)地處理過去與未來負(fù)荷的數(shù)學(xué)方法，在滿足一定精度要求的前提下，確定某特定時刻的負(fù)荷數(shù)值。

2 短期預(yù)測

預(yù)測周期為1～5年，主要是為電力系統(tǒng)規(guī)劃、特別是配電網(wǎng)規(guī)劃服務(wù)的，對配電網(wǎng)的增容、規(guī)劃極為重要。同時由于短期負(fù)荷預(yù)測的時間較短，與電力系統(tǒng)的近（短）期發(fā)展直接相關(guān)，因此短期負(fù)荷預(yù)測的準(zhǔn)確與否對于電力系統(tǒng)而言是十分重要的。目前對于短期負(fù)荷預(yù)測的研究工作已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，它的重要性已得到了科研和系統(tǒng)規(guī)劃等部門的普遍重視。

3 短期電力負(fù)荷預(yù)測的方法

1）指數(shù)平滑法是用以往的歷史數(shù)據(jù)的指數(shù)加權(quán)組合，來直接預(yù)報時間序列的將來值。

對于時間序列 y1，y2，…，yn，要求預(yù)測 yn+1。

指數(shù)平滑法的基本公式是：yt+1=St=ayt+(1-a)St-1

式中：

St—時間t的平滑值；

yt—時間t的實(shí)際值；

St-1—時間t-1的實(shí)際值；

a—平滑常數(shù)，其取值范圍為[0,1]

其中衰減因子0<α<1，體現(xiàn)“重近輕遠(yuǎn)”，即近期數(shù)據(jù)對預(yù)測影響大,遠(yuǎn)期數(shù)據(jù)影響小的基本原則。α越大時，由近期到遠(yuǎn)期數(shù)據(jù)的加權(quán)系數(shù)由大變小就越快，是強(qiáng)調(diào)新近數(shù)據(jù)的作用。例如當(dāng)α=0.9時，各加權(quán)系數(shù)分別為0.9，0.09，0.009等。在極端情形下，α=1，則以往數(shù)據(jù)對預(yù)報沒有任何影響。

對于電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測，重要的是曲線越接近目前時刻，就應(yīng)當(dāng)越準(zhǔn)確，而對于過去很久的數(shù)據(jù)，不必作很精確的擬合。

2）單耗法是根據(jù)第一、二、三產(chǎn)業(yè)每單位用電量創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)價值，從預(yù)測經(jīng)濟(jì)指標(biāo)推算用電需求量，加上居民生活用電量，構(gòu)成全社會用電量。預(yù)測時,通過對過去的單位產(chǎn)值耗電量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并結(jié)合產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，找出一定的規(guī)律，預(yù)測規(guī)劃期的一、二、三產(chǎn)業(yè)的綜合單耗，然后按國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展規(guī)劃的指標(biāo)，按單耗進(jìn)行預(yù)測。

單耗法需要做大量細(xì)致的統(tǒng)計(jì)、分析工作,近期預(yù)測效果較佳。但在市場經(jīng)濟(jì)條件下，未來的產(chǎn)業(yè)單耗和經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)都具有不確定性，對于中遠(yuǎn)期預(yù)測的準(zhǔn)確性難以確定。

3）灰色預(yù)測是一種對含有不確定因素的系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測的方法。以灰色系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)的灰色預(yù)測技術(shù)，可在數(shù)據(jù)不多的情況下找出某個時期內(nèi)起作用的規(guī)律，建立負(fù)荷預(yù)測的模型。

灰色模型法分為普通灰色系統(tǒng)模型和最優(yōu)化灰色模型兩種。

普通灰色預(yù)測模型是一種指數(shù)增長模型，當(dāng)電力負(fù)荷嚴(yán)格按指數(shù)規(guī)律持續(xù)增長時，此法有預(yù)測精度高、所需樣本數(shù)據(jù)少、計(jì)算簡便、可檢驗(yàn)等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是對于具有波動性變化的電力負(fù)荷，其預(yù)測誤差較大，不符合實(shí)際需要；而最優(yōu)化灰色模型可以把有起伏的原始數(shù)據(jù)序列變換成規(guī)律性增強(qiáng)的成指數(shù)遞增變化的序列，大大提高預(yù)測精度和灰色模型法的適用范圍。

灰色預(yù)測的優(yōu)點(diǎn)：要求負(fù)荷數(shù)據(jù)少、不考慮分布規(guī)律、不考慮變化趨勢、運(yùn)算方便、短期預(yù)測精度高、易于檢驗(yàn)。缺點(diǎn)：①當(dāng)數(shù)據(jù)離散程度越大，即數(shù)據(jù)灰度越大，預(yù)測精度越差；②不太適合于電力系統(tǒng)的長期后推若干年的預(yù)測。

4）負(fù)荷密度一般以kW/km2表示。不同地區(qū)、不同功能的區(qū)域，負(fù)荷密度是不同的。利用負(fù)荷密度法，一般要將預(yù)測區(qū)域分成若干功能區(qū),如商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)、居住區(qū)、文教區(qū)等，然后根據(jù)區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃、人口規(guī)劃、居民收入水平增長情況等，參照本地區(qū)或國內(nèi)外類似地區(qū)的用電水平，選擇一個合適的負(fù)荷密度指標(biāo)，推算功能區(qū)和整個預(yù)測區(qū)的用電負(fù)荷。

計(jì)算公式是A=SD，其中S是土地面積，D是用電密度。該方法主要適用于土地規(guī)劃比較明確的城市區(qū)域。

5）電力彈性系數(shù)是反映電力消費(fèi)的年平均增長率和國民經(jīng)濟(jì)的年平均增長率之間關(guān)系的宏觀指標(biāo)，它是衡量國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和用電需求的重要參數(shù)。電力彈性系數(shù)可以用下面的公式來表示：E=Ky/Kx

式中：E—為電力彈性系數(shù)

Ky—為電力消費(fèi)年平均增長率

Kx—為國民經(jīng)濟(jì)年平均增長率

在市場經(jīng)濟(jì)條件下，電力彈性系數(shù)已經(jīng)變得捉摸不定，并且隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，節(jié)電技術(shù)和電力需求側(cè)管理,電力與經(jīng)濟(jì)的關(guān)系急劇變化，電力需求與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的變化步伐嚴(yán)重失調(diào)，使得彈性系數(shù)難以捉摸，使用彈性系數(shù)法預(yù)測電力需求變得復(fù)雜起來，不同的地區(qū)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行是否采用選擇。

該方法的顯著優(yōu)點(diǎn)是所需的數(shù)據(jù)少，計(jì)算過程也比較簡單，同時使預(yù)測人員能夠比較清楚地看到負(fù)荷增長趨勢與其他可預(yù)測因素之間的關(guān)系。而且這一類方法對電力網(wǎng)絡(luò)的適用情況較好，因?yàn)閷τ陔娏W(wǎng)絡(luò)需要有較小的預(yù)測區(qū)域，在小區(qū)域中起決定作用的因素比較少，比較容易得到主導(dǎo)因素。

但是其缺點(diǎn)是如果負(fù)荷變化不能自解釋時，會導(dǎo)致誤預(yù)測；除此之外，該方法必須有各種社會經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，而往往這些數(shù)據(jù)的獲得要比電力負(fù)荷的預(yù)測更加困難。因此這也嚴(yán)重地制約了該方法的應(yīng)用。

4 負(fù)荷預(yù)測

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是人工智能技術(shù)的不斷完善，各種各樣新的負(fù)荷預(yù)測方法也不斷涌現(xiàn)，主要有以下方面：

1）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）是人們模擬人腦信息處理、儲存的檢索機(jī)制而構(gòu)造的，是由大量人工神經(jīng)元密集連接而成的網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)人工神經(jīng)元結(jié)構(gòu)以及互連方式的不同，可以獲得各種不同的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，目前比較有代表性的模型有：多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（即BP模型）、Hopfield模型、Kohonen模型等。在電力負(fù)荷預(yù)測中應(yīng)用較多的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是Kohonen模型、BP模型。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法適于解決時間序列預(yù)報問題（尤其是平穩(wěn)隨機(jī)過程的預(yù)報），其應(yīng)用于電力系統(tǒng)中從理論上講是完全可行的。

目前人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法在電力負(fù)荷預(yù)測中的應(yīng)用已經(jīng)取得了接近實(shí)用的成果，表明了其具有很好的實(shí)用前景。但是這種方法在實(shí)施時有很多實(shí)際問題尚需解決,且這些問題與具體系統(tǒng)的情況有關(guān)，例如：如果將針對某一系統(tǒng)設(shè)計(jì)的性能良好的人工神經(jīng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)直接應(yīng)用到另外一個系統(tǒng)，預(yù)報性能可能很差,所以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法的適應(yīng)性較差，這也限制了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法在電力負(fù)荷預(yù)測中的廣泛應(yīng)用。

2）空間負(fù)荷預(yù)測的特點(diǎn)是通過對大量數(shù)據(jù)的處理,得到比其它負(fù)荷預(yù)測方法更好的預(yù)測結(jié)果。用模擬法實(shí)現(xiàn)的空間負(fù)荷預(yù)測誤差只是最好的趨勢外推方法的七分之一，而且可以對負(fù)荷分布的位置進(jìn)行預(yù)測。

空間負(fù)荷預(yù)測的方法有很多優(yōu)點(diǎn)，是其他方法所不能及的。例如：

①對于新開發(fā)地區(qū)，本來沒有歷史年的負(fù)荷數(shù)據(jù)，因此也就不能用趨勢法來進(jìn)行預(yù)測，而用空間負(fù)荷預(yù)測的方法就不存在這樣的問題；②由于電網(wǎng)中經(jīng)常出現(xiàn)的負(fù)荷轉(zhuǎn)移問題也會對常規(guī)負(fù)荷預(yù)測方法的結(jié)果產(chǎn)生很大的影響，空間負(fù)荷預(yù)測的方法可以不受它的影響；③常規(guī)負(fù)荷預(yù)測方法很難考慮到小區(qū)用地類型發(fā)生變化時負(fù)荷的發(fā)展情況，而空間負(fù)荷預(yù)測方法可以較容易地做到；④空間負(fù)荷預(yù)測方法可以與需求方管理（DSM）軟件一起使用；⑤空間負(fù)荷預(yù)測得到的結(jié)果不但有將來的負(fù)荷值，還有這些負(fù)荷在地理上的分布，這對于電力網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃有很大的好處。因?yàn)樵谪?fù)荷預(yù)測時，若只是數(shù)值大小上有誤差，則供電部門可以在設(shè)備安裝的時間上進(jìn)行調(diào)整，就可以改變。但若是在負(fù)荷地理分布上有誤差,則會使供電部門投資于錯誤的線路，到時候還要再建新線路,則這時的損失就比較大了。

但是，空間負(fù)荷預(yù)測也有它自身的缺點(diǎn)，例如：它所需的人力和物力是傳統(tǒng)方法的幾十倍。

長期以來,正由于需要對大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，空間負(fù)荷預(yù)測雖然優(yōu)點(diǎn)很多，但在實(shí)用性上有很大的問題。有的數(shù)據(jù)很難收集到，或者很難準(zhǔn)確收集到。近年來，由于地理信息系統(tǒng)（GIS）的應(yīng)用使得收集數(shù)據(jù)的工作減輕了，以及計(jì)算機(jī)處理能力的提高都使空間負(fù)荷預(yù)測成為可能。

上述主要是短期負(fù)荷預(yù)測的一些方法，短期負(fù)荷預(yù)測是電網(wǎng)規(guī)劃的核心內(nèi)容之一，是對電力市場需求的預(yù)測和電網(wǎng)建設(shè)的依據(jù)。

[1]程浩忠,張焰.電力網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的方法與應(yīng)用[M].上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,2002.

[2]陳章潮,唐德光.城市電網(wǎng)規(guī)劃與改造[M].中國電力出版社,1998.

[3]河北省電力公司、河北省城市電力網(wǎng)建設(shè)與改造技術(shù)原則.1998.

[4]牛東曉,曹樹華,盧建昌.電力負(fù)荷預(yù)測技術(shù)及其應(yīng)用(第2版)[M].2009.

[5]康重慶,夏清,劉梅.電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測[M].中國電力出版社,2008.