母線負荷預測關鍵技術研究與應用

母線負荷預測關鍵技術研究與應用2011年3月主要研究內(nèi)容負荷預測概述1母線負荷預測意義與特點2母線負荷預測關鍵技術3母線負荷預測系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

4應用研究5負荷預測概述基于雷達圖的負荷預測分類方法負荷預測的基本分類預測對象系統(tǒng)負荷預測母線負荷預測小地區(qū)負荷預測線路負荷預測負荷預測基本分類預測時間長期負荷預測（一年到幾年）中期負荷預測（數(shù)周到一年）短期負荷預測（一天到數(shù)周）超短期負荷預測（幾小時到一天）基本原則基本原則全面性原則延續(xù)性原則相似性原則統(tǒng)計規(guī)律性原則基本原則1全面性原則

預測量的歷史行為中包含了一切信息。序列預測技術依據(jù)全面性原則，改變了建模的角度，單純從預測量自身的歷史行為出發(fā)，也是有可能找到其內(nèi)在的、隱蔽的規(guī)律2延續(xù)性原則

延續(xù)性原則相當于物理學中的“慣性定理”，慣性實際上反映的是系統(tǒng)“勢”的大小。系統(tǒng)越大，“勢”越大，表現(xiàn)出的慣性就越大，預測量的歷史行為對未來的影響越大，應用外推預測技術得到的精度越高。

基本原則3相似性原則

在相同的背景下，預測量會體現(xiàn)出與歷史量相同的規(guī)律，例如各年春節(jié)期間的日負荷曲線往往表現(xiàn)出彼此相同、但與其它日負荷曲線完全不同的形態(tài)。這就是相似性原則。4統(tǒng)計規(guī)律性原則

預測量的歷史行為中必然包含著一定的隨機因素，即具有某種統(tǒng)計規(guī)律性。預測量的這種統(tǒng)計規(guī)律性是應用概率論與數(shù)理統(tǒng)計的理論和方法進行預測的基礎負荷預測的基本要求統(tǒng)計分析的全面性基礎資料的合理性預測手段的先進性預測方法的適用性負荷預測的基礎主要研究內(nèi)容負荷預測概述1母線負荷預測意義與特點2自適應預測技術及其實現(xiàn)3母線負荷預測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)4應用研究5母線負荷預測的概念母線負荷建模概念：由變電站的主變壓器供給一個相對較小的供電區(qū)域的終端負荷的總和。目的：獲得未來潮流計算中各計算母線上的負荷類注入量。

范圍：根據(jù)安全校核網(wǎng)絡范圍選取。

研究背景與意義推進調(diào)度精益化管理的重要手段電網(wǎng)離線安全校核的數(shù)據(jù)基礎實現(xiàn)電力系統(tǒng)節(jié)能發(fā)電調(diào)度的前提

進一步提高對大電網(wǎng)的認知 和控制能力電網(wǎng)母線負荷預測母線負荷預測的特點相對于系統(tǒng)負荷預測42151預測數(shù)量多

系統(tǒng)中母線數(shù)目眾多，量大面廣，各個母線的變化規(guī)律有其各自的特點預測人員無法一一深入分析其特點32負荷基數(shù)

母線負荷預測的基數(shù)比較小，遠遠小于系統(tǒng)負荷發(fā)電節(jié)點或倒送節(jié)點有零負荷和負負荷的存在3負荷特性不同母線之間的負荷曲線差異比較大，負荷特性各異由于供電區(qū)域內(nèi)用戶行為的影響，母線負荷容易產(chǎn)生突變，穩(wěn)定性比較差，有較多“毛刺”小發(fā)電的影響顯著，特別是小水電的影響4數(shù)據(jù)質(zhì)量所積累的數(shù)據(jù)長度不夠數(shù)據(jù)不精確，常常含有壞數(shù)據(jù)存在誤差很大的離群值5相關因素影響大運行方式變化的影響小電廠掛接的影響設備檢修的影響低壓電網(wǎng)的負荷轉(zhuǎn)供問題傳統(tǒng)思路與算法的缺陷缺陷傳統(tǒng)的分布因子法預測精度不高，無法滿足精細化管理的需要宏觀角度的比例分配，缺乏微觀分析對負荷模型的依賴性，無法充分挖掘母線負荷的本身特性對于檢修、轉(zhuǎn)供等方式改變產(chǎn)生的母線負荷變化缺乏有效的處理辦法Titleinhere傳統(tǒng)思路分布因子法母線負荷預測的思路母線負荷預測已有應用，但深入研究遠遠少于系統(tǒng)負荷預測1、靈活使用已經(jīng)非常成熟的分配因子法2、應充分借鑒系統(tǒng)負荷預測中成熟的預測策略3、剖析母線負荷預測的特點，對母線負荷預測的流程進行分解，在各個環(huán)節(jié)上采取有針對性的策略，發(fā)展出適應其特點的母線預測機制與策略主要研究內(nèi)容負荷預測概述1母線負荷預測意義與特點2母線負荷預測關鍵技術3母線負荷預測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

4應用研究5母線負荷的處理思路小發(fā)電影響需求側(cè)管理母線負荷負荷特性分析母線負荷預測系統(tǒng)準確的負荷預測結果氣象靈敏度檢修計劃電網(wǎng)運行方式非計劃性負荷分量計劃性負荷分量相關性分析穩(wěn)定度分析母線負荷預測總體技術路線

數(shù)據(jù)采集基礎信息管理精度分析數(shù)據(jù)質(zhì)量評價可視化評估預測后預測前預測中趨勢性分析氣象靈敏度分析穩(wěn)定度分析壞數(shù)據(jù)辨識與修正相關性分析后臺自動運行/預測人員觸發(fā)預測方法庫自適應技術超短期預測短期預測計劃性因素的補償母線負荷預測關鍵技術母線負荷預測關鍵技術研究不良數(shù)據(jù)的辨識與修正經(jīng)典負荷特性分析母線負荷穩(wěn)定度分析母線負荷相關性分析氣象電力相關性分析預測模型算法庫技術自適應預測技術過程控制技術可視化后評估技術數(shù)據(jù)質(zhì)量問題？母線負荷特性挖掘？智能化輔助決策？負荷模式復雜問題？不良數(shù)據(jù)的辨識與修正常見不良數(shù)據(jù)：異常階躍值連續(xù)恒定值空值母線負荷數(shù)據(jù)量大面廣，屬于海量數(shù)據(jù)管理的范疇，依靠人工來逐一分析母線負荷幾乎是不可能的。在面對海量數(shù)據(jù)的同時，母線負荷中出現(xiàn)壞數(shù)據(jù)的情形比較常見。海量數(shù)據(jù)中的壞數(shù)據(jù)智能辨識修正手段

相似日法線性插值法虛擬預測人工經(jīng)驗等不良數(shù)據(jù)的辨識與修正應用方式：初裝系統(tǒng)時啟動，批量辨識和修正正常運行情況下，按日進行辨識和修正分別保存歷史采樣值和修正結果，便于日后的對比和分析不良數(shù)據(jù)辨識與修正效果2009年1月數(shù)據(jù)預測效果對比母線先修補再預測不經(jīng)修補直接預測安兜98.1190.60白花95.7190.13嵐后95.6995.99黎明97.9691.19荔城98.4992.62平均精度97.1992.11重視負荷成因分析現(xiàn)狀：負荷預測研究工作忽視對負荷自身規(guī)律性的挖掘，過于關注各種算法，失去了電力系統(tǒng)的特色。解決途徑：從電力系統(tǒng)的角度，重視負荷發(fā)展的內(nèi)在規(guī)律，從物理特性研究其變化規(guī)律。負荷規(guī)律性分析母線負荷分析是母線負荷預測的基礎工作

對負荷進行全面分析找出負荷變化規(guī)律尋找合適的預測方法提高預測精度母線負荷規(guī)律性分析框架母線負荷規(guī)律性分析經(jīng)典負荷特性分析負荷特性指標體系典型曲線分析母線負荷穩(wěn)定度分析母線負荷相關性分析負荷內(nèi)在規(guī)律性分析負荷相關性分析氣象相關性分析氣象與母線負荷相關性分析母線負荷特性分析指標體系分析評估最大負荷最小負荷平均負荷負荷率最小負荷率峰谷差峰谷差率工作日休息日最大負荷日最小負荷日負荷持續(xù)曲線負荷概率分布波動分析距離分析變化分析構成分析特征曲線分析負荷特性負荷分析：負荷特性分析是負荷預測的基礎工作！主導氣象因素靈敏度擬合值變化量典型負荷穩(wěn)定性相關性母線負荷穩(wěn)定度分析母線負荷的變化既有規(guī)律性又有隨機性若負荷變化只有規(guī)律性沒有隨機性,則可以實現(xiàn)精確的負荷預測（無差預測）若負荷變化只有隨機性而無規(guī)律性,則只能在隨機規(guī)律的范疇內(nèi)做出預測,要使預測結果的精度超越隨機規(guī)律所限定的精度是不可能的母線負荷規(guī)律性的強弱必定對母線負荷預測的精度產(chǎn)生支配性的影響穩(wěn)定度的檢測與識別

——頻域分析法頻域分析法：對一個地區(qū)較長一段時期內(nèi)的歷史負荷進行頻域分析，將負荷時間序列重構為

前兩項為日周期分量，W(t)為周周期分量——穩(wěn)定分量

L(t)為低頻分量，受氣象等因素影響——部分可預測分量

H(t)為高頻分量，反映負荷的隨機波動——不可預測分量，隨機分量負荷穩(wěn)定性分析負荷的規(guī)律性判斷用穩(wěn)定度衡量，0%-100%預測精度預估、特征曲線提取預測方案制定+++母線負荷相關性分析負荷同時率、最大負荷、最小負荷、平均負荷相關性、標么曲線相似度母線和系統(tǒng)負荷之間的相關性母線負荷之間的相關性母線聚類分析氣象資料指標體系每日天氣信息：天氣狀況（晴、陰、多云、小雨等）最高溫度最低溫度平均溫度相對濕度風向風速降水量……氣象與母線負荷相關性分析氣象電力相關性分析距離分析電力負荷氣象因素基于相關分析的回歸模型相關分析主導因素挖掘敏感性分析氣象與母線負荷相關性分析靈敏度分析法，旨在對氣象電力數(shù)據(jù)進行一元相關建模分析，提供電力指標隨氣象指標變化規(guī)律的量化分析結果。靈敏度分析內(nèi)容靈敏度指數(shù)

——反映電力指標隨氣象指標變化的曲線的斜率變化量

——反映單位氣象指標變化時，電力指標變化的程度擬合值

——反映當氣象指標取某一數(shù)值時，對應電力指標的對應值氣象電力相關性分析電力指標隨氣象指標變化規(guī)律的量化分析靈敏度指標、單位變化量、電力擬合值氣象相關因素對預測結果影響的依據(jù)氣象因素的偏差修正母線負荷預測模型算法庫1、單一預測算法的問題基于母線負荷“量大面廣”的特點，單單應用分配因子法，不可能很好地適應對所有母線的預測預測算法庫技術2、核心思想研究盡可能多的適應性強的預測模型，以預測模型的多樣性去適應母線負荷變化規(guī)律的多樣性3、多元化的算法構成外推算法、分布因子系列方法、回歸算法、頻域分量算法等，強調(diào)新息的應用母線負荷預測算法分類分布因子法近日平滑算法新息重疊算法節(jié)假日預測算法最近日近日平滑同類型日負荷直接平滑法標幺曲線平滑法自適應預測技術的提出2

2007年內(nèi)蒙古電網(wǎng)主要生產(chǎn)指標母線負荷的特點變化頻繁、模式復雜是母線負荷的重要特點。2

2007年內(nèi)蒙古電網(wǎng)主要生產(chǎn)指標預測算法庫技術對于多種預測方法，如何根據(jù)其所應用的母線，或者不同的日期，進行模型的自動選擇和預測模型參數(shù)的自動調(diào)整，達到更好的預測效果，這就提出了自適應與自學習的預測問題。2

2007年內(nèi)蒙古電網(wǎng)主要生產(chǎn)指標什么是自適應技術是指針對所預測的母線，利用最新的實際數(shù)據(jù)，一方面自適應地選擇各種預測方法，另外一方面，還要自適應地進行模型參數(shù)的自動調(diào)整，達到更好的預測效果。如此使得母線負荷預測方法根據(jù)預測的偏差不斷調(diào)整模型的結構與參數(shù)，這實際上是構成了一個閉環(huán)的反饋。自適應預測的整體目標及難度

自適應訓練的計算量

關鍵因素數(shù)目節(jié)點數(shù)量

200訓練天數(shù)3模型數(shù)量15平均模型參數(shù)數(shù)量3參數(shù)優(yōu)化組合次數(shù)5整體計算次數(shù)135000實現(xiàn)自動地將具有最優(yōu)參數(shù)的最優(yōu)模型應用于下一次預測。計算量極大！基于虛擬預測的參數(shù)估計策略虛擬預測思想物理意義虛擬預測——模擬考試優(yōu)化問題——使“虛擬預測”誤差盡可能小

自適應與自學習——參數(shù)辨識+反饋調(diào)整

自適應訓練的實現(xiàn)過程模型基礎參數(shù)的選擇虛擬預測得到最優(yōu)參數(shù)自適應訓練預測待預測日負荷判據(jù)獲取參數(shù)優(yōu)化下一預測日i=i+1是兼有連續(xù)變量和離散變量的混合整數(shù)規(guī)劃問題得到最優(yōu)模型預測模型的選擇模型優(yōu)化選取待預測日i，確定虛擬預測區(qū)間自適應預測算例分析應用方式后臺自動執(zhí)行啟動時間可以自行設定日期未訓練經(jīng)過自適應訓練2008-9-2290.9391.542008-9-2384.0390.812008-9-2489.3293.382008-9-2594.2995.952008-9-2688.3695.492008-9-2792.9495.022008-9-2893.6795.67平均精度90.5193.98預測過程控制技術預測期限

策略選擇

用戶可控性計算控制

日常預測流程信息文件

母線負荷預測過程控制技術偏差修正&結果干預分析參考

智能化數(shù)據(jù)分析與預處理策略自適應與自學習系統(tǒng)智能化主要研究內(nèi)容負荷預測概述1母線負荷預測意義與特點2母線負荷預測關鍵技術3母線負荷預測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

4應用研究5軟件開發(fā)技術軟件開發(fā)技術JAVA編程語言J2EE架構B/S模式三層體系分布式系統(tǒng)Oracle網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)加密技術IEC61970接口標準標記性語言的數(shù)據(jù)發(fā)布跨操作平臺特性系統(tǒng)架構的先進性接口的開放性數(shù)據(jù)安全性系統(tǒng)的體系結構母線負荷預測平臺構成負荷預測平臺提供了全面和智能的預測解決方案壞數(shù)據(jù)自動識別與修補策略正常日預測/節(jié)假日預測預測流程高度自動化、支持人工干預15種預測算法組成的預測模型算法庫自動化預測策略尋優(yōu)機制計劃相關因素的綜合考慮數(shù)據(jù)管理平臺提供基礎信息的收集和管理平臺標準的數(shù)據(jù)采集接口（IEC61970）電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)母線負荷數(shù)據(jù)\系統(tǒng)歷史、預測負荷數(shù)據(jù)氣象信息小發(fā)電出力與計劃預測結果數(shù)據(jù)發(fā)布(EMS、BPA)上報考核管理提供基礎信息的收集和管理平臺上報狀態(tài)監(jiān)控與結果查詢考核管理：免考設置、考核標準設置考核績效與評價體系一體化的綜合管理平臺對負荷數(shù)據(jù)的全方位、不同層次的分析母線負荷特性分析負荷穩(wěn)定性、規(guī)律性分析負荷相關性分析氣象靈敏度分析負荷分析平臺提供了預測效果評估體系預測結果后評估缺陷母線后評估預測策略自適應評估數(shù)據(jù)質(zhì)量后評估實現(xiàn)階段性的迭代優(yōu)化預測后評估基礎信息管理集中管理三方面的數(shù)據(jù)，第一是查詢展示母線負荷模型的層次關系及電網(wǎng)模型相關信息；第二是對氣象數(shù)據(jù)的查詢和維護；第三是提供綜合管理平臺，實現(xiàn)對負荷類和特性類數(shù)據(jù)的查詢和維護，數(shù)據(jù)查詢、編輯及圖表的制作、輸出是其主要功能。母線負荷特性分析實現(xiàn)以時間為周期的負荷特性指標的對比分析、母線負荷穩(wěn)定性分析、負荷相關性分析、氣象靈敏度分析等功能；能高效、方便地找到歷史負荷的發(fā)生規(guī)律，提高預測質(zhì)量和準確性水平，為預測提供了技術支持。母線負荷預測負荷預測平臺是整個母線負荷預測系統(tǒng)的核心模塊，包括正常日預測和節(jié)假日預測兩部分；另外還提供與預測流程相關的節(jié)假日設定、計劃信息設置、負荷修正、預測結果查詢修改、自動預測策略設置、自適應訓練策略設置、日志記錄等功能。上報與考核管理一是實現(xiàn)基于層級管理工作流程的權限分配、結果協(xié)調(diào)、規(guī)則設定、流程監(jiān)控、狀態(tài)監(jiān)控、免考設置、考核指標設置等功能，二是提供針對各分管機構在日、周、月、季、年多時間維度的精度對比與指標排名；三是實現(xiàn)母線負荷有功和無功預測結果的發(fā)布。

系統(tǒng)管理主要體現(xiàn)系統(tǒng)的用戶安全管理、數(shù)據(jù)授權管理、功能授權管理、電網(wǎng)管理和系統(tǒng)參數(shù)管理幾個方面。對不同的用戶，授予相應的數(shù)據(jù)和功能操作范圍。實現(xiàn)系統(tǒng)的安全登錄，安全使用。

可視化后評估該模塊應用多維可視化技術對數(shù)據(jù)質(zhì)量、負荷穩(wěn)定性、預測方法應用、預測精度指標、推薦方案的歷史效果進行后評估分析與展示，找出預測工作的薄弱環(huán)節(jié)，進而提出優(yōu)化方案。

預測效果與客觀條件的綜合對比與判斷主要研