范宜杰

(國(guó)網(wǎng)上海崇明供電公司,上海 202150)

淺析電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)技術(shù)

范宜杰

(國(guó)網(wǎng)上海崇明供電公司,上海 202150)

在我國(guó)目前的電力系統(tǒng)中,供電部門最常規(guī)的工作之一就是對(duì)負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè),這對(duì)于整個(gè)輸變電系統(tǒng)有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文主要對(duì)當(dāng)前的電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)技術(shù)展開討論,并對(duì)當(dāng)前負(fù)荷預(yù)測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行分析,同時(shí)對(duì)未來的負(fù)荷預(yù)測(cè)技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)進(jìn)行了展望,指出了未來的研究方向。

電力系統(tǒng) 負(fù)荷預(yù)測(cè) 技術(shù)

負(fù)荷預(yù)測(cè)主要是通過對(duì)電網(wǎng)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,同時(shí)也需要對(duì)例如當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)環(huán)境、氣候變化這類影響負(fù)荷預(yù)測(cè)的因素進(jìn)行統(tǒng)籌考慮,然后對(duì)當(dāng)?shù)氐奈磥碛秒娦枨笞龀隹茖W(xué)的估計(jì)。因此可以說,電網(wǎng)系統(tǒng)最基礎(chǔ)、最現(xiàn)實(shí)的工作就是有效的進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè),這樣才能更合理、更科學(xué)的安排好發(fā)電機(jī)組的檢修規(guī)劃安排,同時(shí)也能夠輸變電網(wǎng)的正常運(yùn)行,更重要的是,對(duì)于地區(qū)未來的電網(wǎng)增容有著非常重要的參考依據(jù),所以說負(fù)荷預(yù)測(cè)技術(shù)一直是電網(wǎng)系統(tǒng)工作中的重中之重。

1 負(fù)荷預(yù)測(cè)的分類、特性

預(yù)測(cè)通常是對(duì)未來的事務(wù)的一個(gè)預(yù)判,而負(fù)荷預(yù)測(cè)則是對(duì)未來電網(wǎng)用電走勢(shì)的一個(gè)綜合分析,由于許多原因,負(fù)荷預(yù)測(cè)的對(duì)象都具有很大的不確定性,而對(duì)這些不確定因素進(jìn)行預(yù)判,從而分析未來的發(fā)展趨勢(shì),就需要有針對(duì)性的適合的預(yù)測(cè)技術(shù)。正是負(fù)荷預(yù)測(cè)這種不確定性以及很強(qiáng)的條件性和地域性、時(shí)間性等特點(diǎn),也決定了目前的負(fù)荷預(yù)測(cè)的技術(shù)就存在很大的局限性,并非一種預(yù)測(cè)方法都適用于所有地區(qū)。

負(fù)荷預(yù)測(cè)按時(shí)間可分成超短、短、中、長(zhǎng)期預(yù)測(cè)。超短期通常是預(yù)測(cè)1小時(shí)以內(nèi)的電網(wǎng)用電量,根據(jù)情況不同而目的也有所不同,例如在10s以內(nèi)主要用于負(fù)荷的質(zhì)量控制預(yù)測(cè),而5分鐘以內(nèi)用于安全監(jiān)控;短期是指30天以內(nèi)電網(wǎng)用電量預(yù)測(cè),主要是用用于調(diào)控機(jī)構(gòu)的日計(jì)劃編制,短期預(yù)測(cè)主要受天氣急劇變化以及電網(wǎng)故障、星期類型所影響;中期預(yù)測(cè)是指1年以內(nèi)的電網(wǎng)用電量預(yù)測(cè),主要是用于水庫(kù)調(diào)度、機(jī)組檢修等運(yùn)行計(jì)劃的編制,中期預(yù)測(cè)主要受用戶生產(chǎn)計(jì)劃、天氣環(huán)境以及地區(qū)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型等因素影響,如當(dāng)?shù)卣?guī)劃以發(fā)展生態(tài)經(jīng)濟(jì)為主,則將大量高能耗企業(yè)關(guān)停,勢(shì)必影響當(dāng)?shù)刎?fù)荷增長(zhǎng);長(zhǎng)期負(fù)載預(yù)測(cè)是指1年到數(shù)十年的電網(wǎng)用電量預(yù)測(cè),主要是對(duì)電網(wǎng)計(jì)劃部門對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃、增容以及改建,受地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增長(zhǎng)等因素影響。此外,負(fù)荷預(yù)測(cè)如果按特性分成最高負(fù)荷、最低負(fù)荷以及平均負(fù)荷、高峰負(fù)荷等。

2 負(fù)荷預(yù)測(cè)的程序

(1)首先明確預(yù)測(cè)的目的,然后根據(jù)目的的具體要求來制定預(yù)測(cè)工作的具體展開。

(2)其次是需要多方面的收集電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃資料、用電需求資料、政府部門經(jīng)濟(jì)規(guī)劃,以及每天天氣氣象資料等,氣象數(shù)據(jù)包括天氣的溫度、濕度和風(fēng)力等,掌握氣溫變化與負(fù)荷變化關(guān)系,以資料中的最可靠、最直接的素材為準(zhǔn)進(jìn)行研究,盡可能做到細(xì)致和全面,如果出現(xiàn)空缺資料,還需繼續(xù)收集其他資料。

(3)資料的整理和分析。對(duì)資料進(jìn)行分析后,選擇有針對(duì)性高以及可用度高的資料作為基礎(chǔ)資料。然后對(duì)這些基礎(chǔ)資料再進(jìn)行整理和分析,將資料內(nèi)出現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行重點(diǎn)分析,如果是錯(cuò)誤資料,則要進(jìn)行剔除或者修正。

(4)由于負(fù)荷預(yù)測(cè)受到當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展以及當(dāng)?shù)貧夂蜃兓囊蛩赜绊?因此在搜集資料時(shí)可先從有關(guān)部門獲取相關(guān)資料作為參考因素,然后作為負(fù)荷預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

(5)選取預(yù)測(cè)模型。預(yù)測(cè)模型要能直接反應(yīng)統(tǒng)計(jì)資料的一般特性。通常會(huì)同時(shí)使用不同的模型進(jìn)行比對(duì),從中選擇最適合的模型。

(6)用預(yù)測(cè)模型進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè),將影響預(yù)測(cè)結(jié)果的幾個(gè)重點(diǎn)因素進(jìn)行分析,經(jīng)過分析后得出預(yù)測(cè)結(jié)果。

(7)當(dāng)負(fù)荷預(yù)測(cè)的運(yùn)行結(jié)束后,利用預(yù)測(cè)得出的結(jié)果同實(shí)際的信息進(jìn)行誤差比對(duì),分析當(dāng)前模型是否適合負(fù)荷預(yù)測(cè),如果適合則繼續(xù)使用,不適合則選用其他模型。

3 負(fù)荷預(yù)測(cè)方法介紹

傳統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)方法是專家預(yù)測(cè)、類比法、負(fù)荷密度法、彈性系數(shù)法等。不過這些預(yù)測(cè)方法在實(shí)際預(yù)測(cè)中受到的影響因素眾多,同時(shí)也無法直觀的反應(yīng)真實(shí)情況,因此預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性較差。而目前常用的負(fù)荷預(yù)測(cè)方法主要由以下幾種。

3.1 趨勢(shì)外推預(yù)測(cè)技術(shù)

由于受各種條件的影響,使得很難控制電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率,不過還是有一定的規(guī)律。例如從以往月份看某地區(qū)的用電量記錄就可以了解到用電負(fù)荷的一定規(guī)律和整體用電使用情況,當(dāng)找到了用電負(fù)荷的變化規(guī)律后,那么根據(jù)歷史情況就大致可以對(duì)未來某地用電負(fù)荷預(yù)測(cè)做較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。

例如就某市2000至2006年全市負(fù)荷的歷史記錄為例,預(yù)測(cè)2007年社會(huì)負(fù)荷,將歷史數(shù)據(jù)通過Excel的插入圖表將歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)入,然后通過選擇”折線圖“或”xy散點(diǎn)圖“就可以將這些原始數(shù)據(jù)添加多種數(shù)模的趨勢(shì)線使用十分便捷。

如果選擇多項(xiàng)式的模型時(shí),那么社會(huì)用電的趨勢(shì)線就為y=0.1825x2+1.4951x+13.943,那么根據(jù)模型,2007年時(shí),設(shè)定x=8,那么2007年社會(huì)用電用電量(y)=0.1825X82+1.4951X8+13.943=3758GWh。那么如果選擇線性模型時(shí),模擬曲線為y=2.955x+11.754,利用該數(shù)模,2007年取x=8,那么2007年全社會(huì)用電量(y)=2.955X8 +11.754=3539.4GWh。兩種模型最終預(yù)測(cè)的結(jié)果十分相似。

3.2 回歸模型預(yù)測(cè)技術(shù)

回歸模型預(yù)測(cè)是根據(jù)負(fù)荷的歷史資料,用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的回歸分析方法對(duì)負(fù)荷的變量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì),并建立數(shù)學(xué)模型,從而達(dá)到預(yù)測(cè)的作用。

這種預(yù)測(cè)技術(shù)主要用于中期負(fù)荷,優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,預(yù)測(cè)速度快,而缺點(diǎn)比較依賴于歷史數(shù)據(jù)。

3.3 時(shí)間序列預(yù)測(cè)技術(shù)

該技術(shù)主要是用于短期負(fù)荷預(yù)測(cè),它是根據(jù)觀測(cè)序列所呈現(xiàn)的某種隨機(jī)過程的規(guī)律性建立實(shí)際的序列的隨機(jī)過程模型,然后用這些模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。

時(shí)間序列預(yù)測(cè)優(yōu)勢(shì)是不依賴于歷史數(shù)據(jù),并且預(yù)測(cè)迅速,缺點(diǎn)是需要非常大的原始時(shí)間的序列的平穩(wěn)性。

3.4 灰色預(yù)測(cè)技術(shù)

該技術(shù)是使用色彩模型來進(jìn)行定量預(yù)測(cè),根據(jù)功能和特征的不同也分成了災(zāi)難變化預(yù)測(cè)、季節(jié)災(zāi)變預(yù)測(cè)、系統(tǒng)預(yù)測(cè)等。灰色預(yù)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是不依賴于歷史數(shù)據(jù),也不用考慮分布規(guī)律,并且運(yùn)算容易,短期預(yù)測(cè)的精度較高。但是缺點(diǎn)是不適合進(jìn)行中長(zhǎng)期以及長(zhǎng)期的預(yù)測(cè)。

4 負(fù)荷預(yù)測(cè)技術(shù)的未來發(fā)展

隨著科技的高速發(fā)展,最近幾年涌現(xiàn)了不少基于新技術(shù)、新概念的電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)技術(shù)。例如組合模型預(yù)測(cè)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)、小波分析預(yù)測(cè)、模糊負(fù)荷預(yù)測(cè)等。

4.1 組合模型預(yù)測(cè)技術(shù)

組合模型預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)分成兩種概念:一是指將幾種預(yù)測(cè)方法所得的預(yù)測(cè)結(jié)果,選取適當(dāng)?shù)臋?quán)重進(jìn)行加權(quán)平均;二是在幾種預(yù)測(cè)方法中采用最適宜的預(yù)測(cè)模型作為最佳模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。

組合預(yù)測(cè)在單個(gè)預(yù)測(cè)模型中不能很正確的描述與測(cè)量的變化規(guī)律時(shí),能夠有效提高預(yù)測(cè)效果的一種方法,如果能找到能完全反應(yīng)實(shí)際發(fā)展規(guī)律的模型進(jìn)行預(yù)測(cè),那么有可能比組合預(yù)測(cè)方法的效果更好,反之,當(dāng)前的組合預(yù)測(cè)方法較為適合。

4.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)技術(shù)

該預(yù)測(cè)技術(shù)是利用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自我學(xué)習(xí)能力,讓計(jì)算機(jī)自動(dòng)獲取歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)的影射關(guān)系,并利用這種映射關(guān)系從而達(dá)到負(fù)荷預(yù)測(cè)的目的。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是通過電腦模仿人腦做出智能化處理,對(duì)許多非結(jié)構(gòu)性、非確定性規(guī)律擁有很好的適應(yīng)性,并且還具有自適應(yīng)、自組織、實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)等特性。這種預(yù)測(cè)方式適合用于短期預(yù)測(cè)。而缺點(diǎn)是收斂慢,并且這種方法缺乏理論指導(dǎo),主觀依賴性較強(qiáng)。對(duì)突發(fā)事件反映遲緩。

5 結(jié)論和建議

通過對(duì)負(fù)荷預(yù)測(cè)技術(shù)的分析,得出幾點(diǎn)結(jié)論。

(1)在當(dāng)前的負(fù)荷預(yù)測(cè)中,由于影響預(yù)測(cè)的因素眾多,因此僅僅依靠單一的預(yù)測(cè)手段是不夠的,因此為了能提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性,就需要同時(shí)使用多種預(yù)測(cè)手段。而目前出現(xiàn)的利用模糊數(shù)學(xué)、混沌理念等交叉學(xué)習(xí)為當(dāng)前的電網(wǎng)預(yù)測(cè)提供了不一樣的方法。這些利用不同學(xué)科組成的交叉方法所具有的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率相比傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)方法有很大提升,因此可以說,未來預(yù)測(cè)方法的組合化、交叉化是電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)方法的主要力量。

(2)由于當(dāng)前的負(fù)荷預(yù)測(cè)方法都有一定的局限性,目前還沒有找到一種能適合大部分環(huán)境的通用的預(yù)測(cè)方法,因此目前預(yù)測(cè),還是根據(jù)具體地區(qū)的實(shí)際情況來制定切實(shí)可行的預(yù)測(cè)手段,主要依靠平時(shí)積累經(jīng)驗(yàn),天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率對(duì)負(fù)荷預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率影響較大,需要具備對(duì)天氣預(yù)判能力,負(fù)荷預(yù)測(cè)人員工作需要相對(duì)固定。

(3)當(dāng)前很多預(yù)測(cè)方法都比較依賴于歷史預(yù)測(cè)數(shù)據(jù),而較好的利用好歷史數(shù)據(jù)則能有效提高預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率,因此就需要用一套高效率、高精度、低成本的方式對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析。對(duì)歷史數(shù)據(jù)中關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行捕捉,而為了降低冗余,盡可能剔除歷史數(shù)據(jù)中無關(guān)的數(shù)據(jù),只有這樣充分利用好歷史數(shù)據(jù),就可以極大的提高負(fù)荷預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度。

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范宜杰(1975—),國(guó)網(wǎng)上海崇明供電公司,電力工程師,從事電網(wǎng)監(jiān)控運(yùn)行、負(fù)荷預(yù)測(cè)工作。