電力負(fù)荷預(yù)測(cè)技術(shù)概論

電力負(fù)荷預(yù)測(cè)技術(shù)及其運(yùn)用2021.21電力負(fù)荷預(yù)測(cè)概論1.1電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的根本概念

在充分思索一些重要的系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)特性、增容決策、自然條件與社會(huì)影響的條件下，研討或利用一套系統(tǒng)地處置過(guò)去與未來(lái)負(fù)荷的數(shù)學(xué)方法，在滿足一定精度要求的意義下，確定未來(lái)某特定時(shí)辰的負(fù)荷數(shù)值，稱為負(fù)荷預(yù)測(cè)。負(fù)荷預(yù)測(cè)的中心問(wèn)題是預(yù)測(cè)的技術(shù)方法，或者說(shuō)是預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型。1.2電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的作用

電力負(fù)荷預(yù)測(cè)是電力企業(yè)的重要任務(wù)?；跍?zhǔn)確的負(fù)荷預(yù)測(cè)可以經(jīng)濟(jì)合理地安排電力系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)電機(jī)組的啟停，堅(jiān)持電網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)的平安穩(wěn)定性，減少不用要的旋轉(zhuǎn)備用容量，合理安排機(jī)組檢修方案，堅(jiān)持社會(huì)的正常消費(fèi)和生活，有限降低發(fā)電本錢，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性直接影響到投資及運(yùn)轉(zhuǎn)的合理性，直接關(guān)系到電網(wǎng)的平安、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。假設(shè)負(fù)荷預(yù)測(cè)比實(shí)踐偏低，將會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)容量缺乏，無(wú)法滿足用戶正常供電要求，甚至還能夠缺電;另一方面，假設(shè)負(fù)荷預(yù)測(cè)比實(shí)踐偏高，那么會(huì)導(dǎo)致安裝一些過(guò)多而又不能充分利用的設(shè)備，從而引起投資的浪費(fèi)。1.3負(fù)荷預(yù)測(cè)的特點(diǎn)及根本原理一、特點(diǎn)：〔1〕不準(zhǔn)確性〔2〕條件性〔3〕時(shí)間性〔4〕多方案性二、根本原理：〔1〕可知性原理〔2〕能夠性原理〔3〕延續(xù)性原理〔4〕類似性原理〔5〕反響性原理〔6〕系統(tǒng)性原理1.4用電分類與負(fù)荷預(yù)測(cè)分類?用電分類按國(guó)民經(jīng)濟(jì)行業(yè)可劃分為：工業(yè)用電、農(nóng)業(yè)用電、交通運(yùn)輸電和市政生活用電四大類。其中每大類又可劃分為假設(shè)干小類。如工業(yè)用電可進(jìn)一步分為重工業(yè)用電和輕工業(yè)用電；農(nóng)業(yè)用電可進(jìn)一步分為排灌用電、農(nóng)副加工用電、鄉(xiāng)村照明用電等；交通運(yùn)輸用電又可分為電氣化鐵路用電、城市電車交通用電等；市政生活用電又可分為商業(yè)用電、街道照明用電、家庭生活用電及城市公共文娛場(chǎng)所用電等。?負(fù)荷預(yù)測(cè)按時(shí)間可劃分為：1、長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)〔10~30年，以年為單位〕2、中期負(fù)荷預(yù)測(cè)〔5年左右，以年為單位〕3、短期負(fù)荷預(yù)測(cè)〔1年以內(nèi)，以月、周、天、小時(shí)為單位〕4、超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)〔1h以內(nèi)〕1.5電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的根本程序(1)確定負(fù)荷預(yù)測(cè)目的，制定預(yù)測(cè)方案(2)調(diào)查和選擇資料(3)整理資料(4)初步分析資料(5)建立預(yù)測(cè)模型(中心)(6)綜合分析，確定預(yù)測(cè)結(jié)果(7)編寫預(yù)測(cè)報(bào)告，交付運(yùn)用(8)負(fù)荷預(yù)測(cè)管理1.6影響電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的要素1、經(jīng)濟(jì)開(kāi)展程度與經(jīng)濟(jì)構(gòu)造調(diào)整的影響2、收入程度、生活程度和消費(fèi)觀念變化的影響3、電力消費(fèi)構(gòu)造變化的影響4、氣候氣溫的影響5、電價(jià)〔分時(shí)電價(jià)，可中斷電價(jià)〕6、需求側(cè)管理措施的影響7、電力供應(yīng)側(cè)的影響8、政策要素的影響1.7負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差分析后驗(yàn)差檢驗(yàn)內(nèi)容：以殘差〔絕對(duì)誤差〕ε為根底，根據(jù)各期殘差絕對(duì)值的大小，調(diào)查殘差較小的點(diǎn)出現(xiàn)的概率，以及與預(yù)測(cè)誤差方差有關(guān)目的的大小。后驗(yàn)差檢驗(yàn)詳細(xì)步驟：知：歷史負(fù)荷序列預(yù)測(cè)值序列那么，記k時(shí)辰殘差為實(shí)踐平均值殘差平均值其中m為預(yù)測(cè)殘差數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)歷史數(shù)據(jù)方差殘差方差驗(yàn)差檢驗(yàn)重要目的?后驗(yàn)差比值C:?小誤差概率P:目的C越小越好，C越小，表示S1大，而S2小，闡明雖然歷史數(shù)據(jù)很離散，但殘差離散程度小，預(yù)測(cè)值與實(shí)踐值之差并不太離散。目的P越大越好，P越大，表示殘差與殘差平均值之差小雨給定值0.6745S1的點(diǎn)較多。

按C與P兩個(gè)目的，可以綜合評(píng)定預(yù)測(cè)模型的精度，如表1-1所示。表1-1綜合評(píng)定預(yù)測(cè)模型的小誤差概率〔P〕和后驗(yàn)差比值〔C〕預(yù)測(cè)精度等級(jí)PC好（一級(jí)）＞0.95＜0.35合格（二級(jí)）＞0.80.35≤C＜0.5勉強(qiáng)（三級(jí)）＞0.70.5≤C＜0.65不合格（四級(jí)）≥0.7≥0.652負(fù)荷預(yù)測(cè)閱歷技術(shù)與經(jīng)典技術(shù)2.1閱歷預(yù)測(cè)技術(shù)

1、專家預(yù)測(cè)法〔專家會(huì)議法和專家小組法〕2、類比法3、客觀概率預(yù)測(cè)法4、調(diào)查預(yù)測(cè)法5、預(yù)警分析法：〔1〕領(lǐng)先落后目的法〔2〕分散指數(shù)法6、情景預(yù)測(cè)法：〔1〕未來(lái)分析法〔2〕目的展開(kāi)法〔3〕間隙分析法2.2負(fù)荷預(yù)測(cè)的經(jīng)典技術(shù)

1、單耗法〔近期預(yù)測(cè)〕：2、負(fù)荷密度法：3、比例系數(shù)增長(zhǎng)法：4、季節(jié)時(shí)間序列預(yù)測(cè)法：〔1〕季節(jié)系數(shù)法〔2〕趨勢(shì)比率法〔3〕溫特斯法5、彈性系數(shù)法電力需求彈性系數(shù)?定義：電力負(fù)荷的變化一方面有其不確定性，如氣候的變化、不測(cè)事故的發(fā)生等呵斥對(duì)電力負(fù)荷的隨機(jī)干擾。另一方面，在一定條件下，電力負(fù)荷存在著明顯的變化趨勢(shì)。通?？捎妹枭Ⅻc(diǎn)圖的方法定性地確定變化趨勢(shì)類型，按照該變化趨勢(shì)就能對(duì)未來(lái)負(fù)荷情況作出判別，這就是趨勢(shì)外推預(yù)測(cè)技術(shù)。?分類：〔1〕程度趨勢(shì)預(yù)測(cè)技術(shù)〔2〕線性趨勢(shì)預(yù)測(cè)技術(shù)〔3〕多項(xiàng)式趨勢(shì)預(yù)測(cè)技術(shù)〔4〕季節(jié)型趨勢(shì)預(yù)測(cè)技術(shù)〔5〕增長(zhǎng)趨勢(shì)預(yù)測(cè)技術(shù)3電力負(fù)荷趨勢(shì)外推預(yù)測(cè)技術(shù)3.1程度趨勢(shì)預(yù)測(cè)技術(shù)

1、全平均法：〔1〕直接式〔2〕循環(huán)式〔3〕誤差矯正式2、一次滑動(dòng)平均預(yù)測(cè)法〔“重近輕遠(yuǎn)〞原那么〕3、一次指數(shù)平滑預(yù)測(cè)法：〔1〕直接式〔2〕循環(huán)式〔3〕誤差矯正式4、一階自順應(yīng)系數(shù)預(yù)測(cè)法〔不斷調(diào)整〕3.2線性趨勢(shì)預(yù)測(cè)技術(shù)

1、二次滑動(dòng)平均法：計(jì)算一次、二次滑動(dòng)平均值→→計(jì)算截距和斜率→作出預(yù)測(cè)2、二次指數(shù)平滑法3、二階自順應(yīng)系數(shù)預(yù)測(cè)法3.3多項(xiàng)式趨勢(shì)預(yù)測(cè)技術(shù)

1、三次指數(shù)平滑預(yù)測(cè)技術(shù)〔可仿照二階自順應(yīng)系數(shù)法〕普通地，n次多項(xiàng)式趨勢(shì)可用n+1次指數(shù)平滑去作預(yù)測(cè)。2、累積預(yù)測(cè)法累積預(yù)測(cè)法中的主要計(jì)算是對(duì)數(shù)據(jù)的累積處置，累積過(guò)程其實(shí)也是一種對(duì)數(shù)據(jù)序列的平滑。運(yùn)用累積法常數(shù)表，可以很快確定關(guān)系數(shù)，計(jì)算變得非常簡(jiǎn)單，方法的適用性較強(qiáng)。3.4季節(jié)型趨勢(shì)預(yù)測(cè)技術(shù)電力負(fù)荷預(yù)測(cè)隨時(shí)間的變化過(guò)程中，普通除存在著某種增長(zhǎng)趨勢(shì)外，還普遍存在著多種周期性變化，以年度為周期的季節(jié)性變化，還有以月、以星期、以日為周期的變化，習(xí)慣上都稱之為季節(jié)型趨勢(shì)。首先，檢驗(yàn)季節(jié)性的存在性。方法：1、先定線性趨勢(shì)的預(yù)測(cè)技術(shù)2、先定季節(jié)指數(shù)預(yù)測(cè)法3、季節(jié)型趨勢(shì)的自順應(yīng)參數(shù)法4、比例系數(shù)平滑預(yù)測(cè)法3.5增長(zhǎng)趨勢(shì)預(yù)測(cè)技術(shù)普通來(lái)說(shuō)，年度用〔發(fā)〕電量或同類型季〔月〕用〔發(fā)〕電量呈遞增的變化趨勢(shì)，以下是幾種非線性增長(zhǎng)趨勢(shì)的預(yù)測(cè)模型：1、指數(shù)曲線模型2、非齊次指數(shù)模型3、龔帕茲模型4、邏輯斯諦模型4電力負(fù)荷回歸模型預(yù)測(cè)技術(shù)電力負(fù)荷回歸模型預(yù)測(cè)技術(shù)就是根據(jù)負(fù)荷過(guò)去的歷史資料，建立可以進(jìn)展數(shù)學(xué)分析的數(shù)學(xué)模型，對(duì)未來(lái)的負(fù)荷進(jìn)展預(yù)測(cè)。從數(shù)學(xué)上看，就是用數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的回歸分析方法，即經(jīng)過(guò)對(duì)變量的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)展統(tǒng)計(jì)分析，確定變量之間的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)的目的。電力負(fù)荷回歸預(yù)測(cè)包括線性回歸和非線性回歸。4.1線性回歸預(yù)測(cè)模型?一元線性回歸模型普通步驟：〔1〕對(duì)n組樣本觀測(cè)數(shù)據(jù)設(shè)立模型式中——待估計(jì)參數(shù)〔2〕用最小二乘法得估計(jì)參數(shù)和，從而得y對(duì)x的線性回歸方程?！?〕對(duì)模型作假設(shè)檢驗(yàn)，確認(rèn)模型的適用價(jià)值。〔4〕對(duì)給定的預(yù)測(cè)點(diǎn)，在一定的置信度〔1-α〕下，求出對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)值，再求出的預(yù)測(cè)置信區(qū)間，并指明預(yù)測(cè)的規(guī)范偏向。?多元線性回歸模型在電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的實(shí)踐問(wèn)題中，常遇負(fù)荷受多種要素影響的情形。假設(shè)與負(fù)荷這個(gè)隨機(jī)變量y有相關(guān)關(guān)系的可控變量有多個(gè)，根據(jù)過(guò)去的歷史資料研究變量之間的關(guān)系，就要思索用多元回歸分析方法來(lái)處理。4.2非線性回歸預(yù)測(cè)模型〔1〕對(duì)數(shù)模型〔2〕乘冪模型〔3〕指數(shù)模型〔4〕多項(xiàng)式模型〔5〕S曲線模型其中：y：預(yù)測(cè)年電量〔億kWh〕x：年份〕a,b,c,b0,b1,b2為回歸系數(shù) 時(shí)間序列法就是根據(jù)負(fù)荷的歷史資料，設(shè)法建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型，用這個(gè)數(shù)學(xué)模型一方面來(lái)描畫電力負(fù)荷這個(gè)隨機(jī)變量變化過(guò)程的統(tǒng)計(jì)規(guī)律性；另一方面在該數(shù)學(xué)模型的根底上再確立負(fù)荷預(yù)測(cè)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，對(duì)未來(lái)的負(fù)荷進(jìn)展預(yù)測(cè)。時(shí)間序列法主要有自回歸AR(p)、滑動(dòng)平均MA(q)和自回歸與滑動(dòng)平均ARMA(p,q)等。這些方法的優(yōu)點(diǎn)是：所需歷史數(shù)據(jù)少、任務(wù)量少。缺陷是：沒(méi)有思索負(fù)荷變化的要素，只努力于數(shù)據(jù)的擬合，對(duì)規(guī)律性的處置缺乏，只適用于負(fù)荷變化比較均勻的短期預(yù)測(cè)的情況。5電力負(fù)荷隨機(jī)事件序列預(yù)測(cè)技術(shù)6電力負(fù)荷灰色預(yù)測(cè)技術(shù)6.1灰色系統(tǒng)實(shí)際?提出：灰色系統(tǒng)實(shí)際是中國(guó)學(xué)者鄧聚龍教授1982年3月在國(guó)際上首先提出來(lái)的，在國(guó)際期刊<SYSTEMSANDCONTROL，I．ETTER>刊物上發(fā)表，題為“ControlProblemsofGreySystems〞，引起了國(guó)際上的充分注重。?概念：在灰色系統(tǒng)實(shí)際的研討中，將各類系統(tǒng)分為白色、黑色和灰色系統(tǒng)?！鞍专曋感畔⑼耆骸昂讪曋感畔⑼耆粗?；“灰〞那么指信息部分知、部分未知，或者說(shuō)信息不完全，這是“灰〞的根本含義?？陀^世界是物質(zhì)的世界，也是信息的世界?？墒窃诠こ碳夹g(shù)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、環(huán)境，電力等各種系統(tǒng)中經(jīng)常會(huì)遇到信息不完全的情況，如參數(shù)(或要素)信息不完全，構(gòu)造信息不完全，關(guān)系(指內(nèi)、外關(guān)系)信息不完全,運(yùn)轉(zhuǎn)行為信息不完全等等?；疑到y(tǒng)的特點(diǎn)1、用灰色數(shù)字來(lái)處理不確定量，使之量化2、充分利用已知信息尋求系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律3、灰色系統(tǒng)理論能處理貧信息系統(tǒng)6.2GM建模GM建模關(guān)聯(lián)分析灰色建模絕對(duì)值關(guān)聯(lián)度速度關(guān)聯(lián)度建模機(jī)理建模過(guò)程絕對(duì)值關(guān)聯(lián)度計(jì)算公式：速度關(guān)聯(lián)度計(jì)算公式：速率關(guān)聯(lián)度則反映了特定時(shí)段內(nèi)兩事物相對(duì)變化速率一直程度的平均狀況?；疑獹M模型的建模機(jī)理（1）將隨機(jī)看作是灰色過(guò)程。（2）灰色模型實(shí)際上是生成數(shù)列所建模型。（3）灰色理論通過(guò)灰數(shù)的不同生成方式，數(shù)據(jù)的不同取舍

來(lái)調(diào)整和修正，從而提高精度。（4）對(duì)于高階系統(tǒng)建模，灰色理論是通過(guò)GM（1，n）模

型群來(lái)解決的。（5）GM模型所得數(shù)據(jù)必須經(jīng)過(guò)逆生成，即累減生成做還

原后才能應(yīng)用。6.3GM(1，1)模型的建立6.4GM(1，n)模型的建立第一步，假設(shè)影響預(yù)測(cè)值的要素為n個(gè)，即第二步，做1—AGO：第三步，由于累加后具有指數(shù)增長(zhǎng)規(guī)律，而一階微分方程的解恰是指數(shù)形式，由此對(duì)影響電力負(fù)荷的個(gè)n變量用一階微分方程建立灰色模型：參數(shù)列為第四步，按最小二乘法可求出來(lái)，其計(jì)算式為由此可以求得參數(shù)列的獨(dú)一解，將參數(shù)矩陣代入到微分方程，那么可得到n個(gè)變量建立起來(lái)的系統(tǒng)形狀方程。解此方程：第五步，累減復(fù)原第六步，預(yù)測(cè)結(jié)果誤差分析—后驗(yàn)差檢驗(yàn)法6.5負(fù)荷灰色預(yù)測(cè)技術(shù)改良改良的必要性：由于灰色預(yù)測(cè)有一定的局限性：一是當(dāng)數(shù)據(jù)離散程度越大，即數(shù)據(jù)灰度越大，那么預(yù)測(cè)精度越差。這使的灰色預(yù)測(cè)只在短期電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)中有較高精度，而中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)精度較差改良途徑〔1〕改造原始數(shù)列〔2〕選取初值〔3〕改良模型〔4〕改良技術(shù)方法：灰色階梯預(yù)測(cè)法組合模型法