鄭鵬 羅義釗 朱玲玲 柳玉鑾

1.國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司； 2.福建網(wǎng)能科技開發(fā)有限責(zé)任公司

一、引言

電力負(fù)荷預(yù)測(cè)是電力系統(tǒng)規(guī)劃建設(shè)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基礎(chǔ)，對(duì)調(diào)整電源結(jié)構(gòu)、提高資源利用率、提升電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)健康可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。伴隨著全球電力市場(chǎng)化層層滲透以及各種數(shù)學(xué)建模方法的涌現(xiàn)，特別是隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和智能化等新的預(yù)測(cè)方法也層出不窮，為電力負(fù)荷預(yù)測(cè)研究提供了很大的方便。

文1采用脊波函數(shù)作為預(yù)測(cè)模型隱含層神經(jīng)元中的激勵(lì)函數(shù)，在網(wǎng)絡(luò)模型的內(nèi)部加入關(guān)聯(lián)層，關(guān)聯(lián)層節(jié)點(diǎn)可有效存儲(chǔ)隱含層神經(jīng)元的內(nèi)部狀態(tài)，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)模型的反饋聯(lián)接，有效降低了負(fù)荷預(yù)測(cè)的誤差。文2提出基于改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)與蝙蝠優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的短期負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，引入以距離相似性和形狀相似性相關(guān)聯(lián)的綜合灰色關(guān)聯(lián)度選取更高相似度的相似日，訓(xùn)練蝙蝠優(yōu)化的反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型，提高了預(yù)測(cè)精度。上述方法忽略了不同地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展路徑的相似性、電能替代以及電力負(fù)荷增長(zhǎng)特點(diǎn)和規(guī)律，單純以數(shù)學(xué)工具進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)，不僅容易產(chǎn)生較大的預(yù)測(cè)誤差，也難以合理解釋預(yù)測(cè)結(jié)果。

二、新時(shí)代電力需求預(yù)測(cè)思路

一是分析中國(guó)從一次能源開采、加工轉(zhuǎn)換、終端能源利用等全流程主要技術(shù)在未來10年的推廣前景，篩選出最有可能得到推廣的關(guān)鍵技術(shù)和參數(shù)。二是考慮新時(shí)代“兩步走”戰(zhàn)略對(duì)我國(guó)能源電力需求的影響，開展宏觀經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)、重點(diǎn)行業(yè)發(fā)展、能源電力需求預(yù)測(cè)，定量分析能源電力需求關(guān)鍵影響因素的發(fā)展趨勢(shì)，分析能源供需互動(dòng)對(duì)電力需求的影響，以及電力消費(fèi)與能源消費(fèi)的關(guān)系。三是構(gòu)建多種可能情景，分析預(yù)測(cè)未來我國(guó)電力需求總量、結(jié)構(gòu)、布局，電力需求達(dá)峰時(shí)間和峰值。

三、負(fù)荷預(yù)測(cè)模型方法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是最常用的人工智能算法之一，廣泛應(yīng)用于電力規(guī)劃和運(yùn)行各個(gè)方面。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過對(duì)以往歷史數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，找出數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)之間的非線性關(guān)系，并將其存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)具體的權(quán)值和閥值中，從而預(yù)測(cè)未來負(fù)荷數(shù)據(jù)的走勢(shì)。

設(shè)有時(shí)間序列{Xi}，其中歷史數(shù)據(jù)Xn，Xn+1，···Xn+m，對(duì)未來n+m+k(k＞=1)時(shí)刻的取值進(jìn)行預(yù)測(cè)，即預(yù)測(cè)Xn+m+k的某種非線性關(guān)系：

用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)測(cè)，即用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過一組數(shù)據(jù)點(diǎn)Xn，Xn+1，···Xn+m 來擬合函數(shù)f，得出未來n+m+k（k＞1）時(shí)刻數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)值。借鑒其他發(fā)達(dá)地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和電力負(fù)荷增長(zhǎng)特點(diǎn)，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、電能替代和相似發(fā)展路徑的電力負(fù)荷預(yù)測(cè)方法步驟如下。

首先，考察預(yù)測(cè)地區(qū)及其周邊地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展總量、人均GDP、能源資源稟賦、電力需求和人均電力需求等參數(shù)，通過對(duì)比分析，找出相對(duì)發(fā)達(dá)地區(qū)。其次，梳理發(fā)達(dá)地區(qū)和待預(yù)測(cè)地區(qū)的電力負(fù)荷增長(zhǎng)規(guī)律，通過對(duì)比分析找出倆地區(qū)間電力負(fù)荷增長(zhǎng)階段的時(shí)間差。第三，考慮不同地區(qū)電能替代和電力負(fù)荷增長(zhǎng)階段的時(shí)間差，將樣本區(qū)間中的發(fā)達(dá)地區(qū)和待預(yù)測(cè)地區(qū)的歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)、預(yù)測(cè)區(qū)間中的發(fā)達(dá)地區(qū)歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)求解待預(yù)測(cè)地區(qū)的某歷史時(shí)段的負(fù)荷數(shù)據(jù)，并與實(shí)際值進(jìn)行比較，既是訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，也是檢驗(yàn)預(yù)測(cè)方法的準(zhǔn)確性。第四，與第三步方法的輸入數(shù)據(jù)類似，采用訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)求解待預(yù)測(cè)地區(qū)的未來電力負(fù)荷。

四、案例分析

目前福建省經(jīng)濟(jì)運(yùn)行穩(wěn)中有變，外部環(huán)境復(fù)雜嚴(yán)峻，經(jīng)濟(jì)面臨下行壓力，外經(jīng)貿(mào)發(fā)展難度加大，生態(tài)環(huán)境保護(hù)和污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)任務(wù)仍然很重。2018年福建省生產(chǎn)總值3.58萬億元，增長(zhǎng)8.3%；全社會(huì)用電量2314億千瓦時(shí)，增長(zhǎng)9.5%。未來福建將著力創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)型升級(jí)、改革開放、鄉(xiāng)村振興、區(qū)域協(xié)調(diào)、生態(tài)建設(shè)和民生改善，共享高質(zhì)量發(fā)展新成果。福建2018年人均用電量5916千瓦時(shí)，人均GDP約8.23萬元。作為對(duì)比，江蘇人均用電量7633千瓦時(shí)，人均GDP約10.69萬元；浙江人均用電量8013千瓦時(shí)，人均GDP約9.15萬元。江蘇、浙江經(jīng)濟(jì)發(fā)展領(lǐng)先福建5-10年左右，同時(shí)，江蘇、浙江、福建均為能源資源匱乏省份，且同為華東沿海地區(qū)，因此，三者在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和電力需求增長(zhǎng)方面具有相似性。

考慮經(jīng)濟(jì)與電力發(fā)展路徑的相似性，根據(jù)2000年以來江蘇、浙江、福建經(jīng)濟(jì)和電力負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，2018年福建全省全社會(huì)最高負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差為2.67%。全社會(huì)用電量預(yù)測(cè)誤差為2.26%，說明應(yīng)用上述預(yù)測(cè)方法具有可行性。預(yù)測(cè)到2035年，福建全省全社會(huì)最高負(fù)荷、用電量分別為7500-8500萬千瓦、3800-4000億千瓦時(shí)。推薦值分別為8000萬千瓦、3900億千瓦時(shí)，未來幾年的年均增速分別為3.1%、3.0%，說明未來福建省電力負(fù)荷將呈現(xiàn)中低速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，增速呈緩慢下降趨勢(shì)。未來福建電力增長(zhǎng)的一半來自電能替代，例如農(nóng)產(chǎn)品深加工、交通電氣化和新興產(chǎn)業(yè)用電等。

結(jié)論：電力負(fù)荷預(yù)測(cè)是電力系統(tǒng)規(guī)劃建設(shè)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基礎(chǔ)，為了提高電力企業(yè)的經(jīng)營(yíng)效益，促進(jìn)電力行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展，需要研究更高準(zhǔn)確性的電力負(fù)荷預(yù)測(cè)方法。考慮不同地區(qū)間的經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)律和能源資源稟賦，本文借鑒其他發(fā)達(dá)地區(qū)電力負(fù)荷增長(zhǎng)特點(diǎn)，提出基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、電能替代和相似發(fā)展路徑的負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，并針對(duì)福建電網(wǎng)應(yīng)用上述方法進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)。研究表明，未來15-20年福建省電力負(fù)荷將呈現(xiàn)中低速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，2035年全社會(huì)最高負(fù)荷、用電量分別達(dá)8000萬千瓦、3900億千瓦時(shí)，電量增長(zhǎng)的一半來自電能替代。案例表明所提方法的可行性。