有關(guān)短期電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的研究

趙 堃

（四川省電力公司綿陽電業(yè)局，四川 綿陽 621000）

短期的電力負(fù)荷預(yù)測(cè)能夠?qū)ξ磥淼膸仔r(shí)或者是幾天的相關(guān)電力負(fù)荷進(jìn)行預(yù)報(bào)，它是能量管理系統(tǒng)一個(gè)重要的組成部分，保障電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、安全的運(yùn)行。對(duì)短期電力負(fù)荷預(yù)測(cè)進(jìn)行研究已經(jīng)成為一個(gè)重要課題。

一 短期電力負(fù)荷預(yù)測(cè)概述

（一）電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的意義

負(fù)荷預(yù)測(cè)即從之前的歷史資料以及與之有影響的一些因素出發(fā)，比如說經(jīng)濟(jì)、政治、以及氣象等等，探索出負(fù)荷之間的一些變化以及規(guī)律，然后對(duì)于未來的一種用電需求進(jìn)行預(yù)見的估計(jì)。

對(duì)于短期電力負(fù)荷的預(yù)測(cè)有著重要的意義。具體體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

第一，能夠準(zhǔn)確的進(jìn)行電力負(fù)荷的預(yù)測(cè)，對(duì)于正在運(yùn)行中的發(fā)電廠的一些出力要求提出相應(yīng)的預(yù)告，能夠預(yù)先的對(duì)于發(fā)電機(jī)的出力變化相關(guān)情況進(jìn)行估計(jì)，這對(duì)于裝機(jī)容量小的孤立電網(wǎng)來說，進(jìn)行短期的符合預(yù)測(cè)是很有必要的。

第二，容量稍微大一些的電網(wǎng)，為了能夠科學(xué)經(jīng)濟(jì)合理的安排本網(wǎng)中各個(gè)發(fā)電機(jī)的停機(jī)與啟動(dòng)，這樣以便使得系統(tǒng)在合理安全的范圍內(nèi)能夠保持旋轉(zhuǎn)的儲(chǔ)備容量其耗費(fèi)達(dá)到最小，進(jìn)行短期的負(fù)荷預(yù)報(bào)也是很有必要的。

第三，在電網(wǎng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)的在線控制時(shí)，就應(yīng)該用較為短期的預(yù)測(cè)信息將發(fā)電容量通過合理的調(diào)度予以實(shí)現(xiàn)，力求滿足于給定的相關(guān)運(yùn)行技術(shù)要求，使得發(fā)電的成本降為最小。

第四，在電力系統(tǒng)中，隨著電力市場(chǎng)的建立以及發(fā)展，和電力的相關(guān)體制改革，電力運(yùn)行的指標(biāo)就是經(jīng)濟(jì)性，這也對(duì)短期的負(fù)荷預(yù)測(cè)相應(yīng)的提出了更高的要求，對(duì)于短期電力預(yù)測(cè)將不再僅僅是作為EMS 的一個(gè)部分，而且也是進(jìn)行電力市場(chǎng)指導(dǎo)與交易的一個(gè)很重要的依據(jù)。在電力市場(chǎng)的條件下進(jìn)行短期的負(fù)荷預(yù)測(cè)不單單是技術(shù)性的問題也是一個(gè)經(jīng)濟(jì)問題，所以說，電力市場(chǎng)的不斷發(fā)展也需要精確的短期發(fā)揮的預(yù)測(cè)。

（二）電力負(fù)荷預(yù)測(cè)技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀

短期的預(yù)測(cè)負(fù)荷技術(shù)經(jīng)歷了從開始的離線分析到現(xiàn)在的在線應(yīng)用，從過去的過分的對(duì)于調(diào)度員的依賴到現(xiàn)在的自動(dòng)化以及智能化的一個(gè)轉(zhuǎn)變的過程，它經(jīng)歷了大約三個(gè)時(shí)期。

最為早期的負(fù)荷預(yù)測(cè)是僅僅依賴于調(diào)度員檢驗(yàn)，但是因?yàn)闆]有科學(xué)理論的指導(dǎo)，對(duì)于不同的調(diào)度員其預(yù)測(cè)的結(jié)果經(jīng)常是存在著較大的差異性，此外，調(diào)度員的經(jīng)驗(yàn)都是慢慢在實(shí)踐中進(jìn)行積累起來，因此，對(duì)于那些沒有經(jīng)驗(yàn)的新調(diào)度員根本就不能勝任這項(xiàng)工作。

到了二十世紀(jì)大約七十年代，一些關(guān)于數(shù)學(xué)的統(tǒng)計(jì)方法已經(jīng)被引進(jìn)了短期的負(fù)荷預(yù)測(cè)之中，這就使得短期的負(fù)荷預(yù)測(cè)能夠超出并擺脫了必須要依賴于調(diào)度員的經(jīng)驗(yàn)工作的一個(gè)歷史，進(jìn)而將短期的負(fù)荷預(yù)測(cè)提高了一個(gè)高度，其中比較典型的算法有確定性時(shí)間的分析法、狀態(tài)空間法、回歸分析法等等。

在二十世紀(jì)大約九十年代開始，在短期負(fù)荷預(yù)測(cè)技術(shù)中出現(xiàn)了人工的智能技術(shù)，比如專家系統(tǒng)法、人工神經(jīng)的網(wǎng)絡(luò)、灰色預(yù)測(cè)法、模糊性推理等等。其中人工的智能技術(shù)主要是來解決一些關(guān)于不確定性問題以及非線性問題，但是與數(shù)學(xué)的統(tǒng)計(jì)相比起來，人工智能的預(yù)測(cè)方法在進(jìn)行預(yù)測(cè)的工程中進(jìn)而考慮到了更多不確定的一些因素，比如說天氣因素、溫度因素、季節(jié)因素、以及人工經(jīng)驗(yàn)等等，這些技術(shù)在實(shí)際的預(yù)測(cè)過程中提高了預(yù)測(cè)的精度。

這些方法在電力系統(tǒng)中的短期負(fù)荷預(yù)測(cè)中盡管得到了廣泛的運(yùn)用，但是其都有自己的局限性，所以說，在將各種預(yù)測(cè)模型進(jìn)行綜合的組合方法也得到了很廣泛的關(guān)注。優(yōu)選組合預(yù)測(cè)一般是有兩種預(yù)測(cè)方法：第一，將各種預(yù)測(cè)的方法其所得到的結(jié)果，進(jìn)而選取一些適當(dāng)?shù)臋?quán)重來加權(quán)平均；第二，在這幾種預(yù)測(cè)的方法里加以比較，然后選擇標(biāo)準(zhǔn)離差最小的或者是擬合優(yōu)度最好的預(yù)測(cè)模型將之作為一種最優(yōu)的模型來預(yù)測(cè)。

二 短期負(fù)荷預(yù)測(cè)的特點(diǎn)以及其影響因素

電力的負(fù)荷預(yù)測(cè)是以電力負(fù)荷以及其影響因素作為一種歷史數(shù)據(jù)，然后建立一種模型，科學(xué)的預(yù)測(cè)未來的電力負(fù)荷。短期的負(fù)荷預(yù)測(cè)具有一種不確定性以及隨機(jī)性，所以這就導(dǎo)致了負(fù)荷有著以下特點(diǎn)：第一，對(duì)于預(yù)測(cè)的結(jié)果并不是確定的，具有一種不確定性；第二，對(duì)于各種負(fù)荷預(yù)測(cè)往往是在一定的條件下進(jìn)行，其具有空間性；第三，短期的負(fù)荷預(yù)測(cè)一般是在一定時(shí)間與范圍內(nèi)進(jìn)行，其具有時(shí)間性；第四，因?yàn)轭A(yù)測(cè)的結(jié)果具有條件性以及不準(zhǔn)確性，因此說其具有多方案性的特點(diǎn)。

負(fù)荷預(yù)測(cè)一般是根據(jù)過去的歷史相關(guān)資料，來建立一種數(shù)學(xué)模型進(jìn)而對(duì)未來進(jìn)行預(yù)測(cè)，所以一般會(huì)受到以下影響；第一，天氣情況；第二，歷史數(shù)據(jù)；第三，日期類型；第四，社會(huì)事件；第五，預(yù)測(cè)模型。

筆者對(duì)于四川綿陽有關(guān)天氣情況是否能對(duì)短期負(fù)荷電力造成一定的影響進(jìn)行了調(diào)查，通過對(duì)比，在溫度條件以及節(jié)假日都相同的基礎(chǔ)上，由于這一天四川綿陽的天氣出現(xiàn)了降雨，溫度較低，很涼快，短期電負(fù)荷出現(xiàn)了下降的現(xiàn)象，這就進(jìn)一步的反映出了天氣因素對(duì)于實(shí)際的短期電力負(fù)荷的影響。

三 短期負(fù)荷預(yù)測(cè)方法

短期的負(fù)荷預(yù)測(cè)因?yàn)槭艿教鞖獾淖兓约吧鐣?huì)活動(dòng)與節(jié)日類型的各種因素的相互影響，所以在時(shí)間序列方面就會(huì)表現(xiàn)為一種非平穩(wěn)的隨機(jī)的過程，但是在系統(tǒng)負(fù)荷的各種影響因素中都具有規(guī)律性，這就為有效的進(jìn)行預(yù)測(cè)奠定了相應(yīng)的基礎(chǔ)。在目前來看，短期負(fù)荷預(yù)測(cè)的方法有很多，可以歸結(jié)為以下幾種：經(jīng)典預(yù)測(cè)的方法、智能預(yù)測(cè)的方法、傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)方法、對(duì)于電力的負(fù)荷預(yù)測(cè)其研究的核心就是怎樣利用歷史數(shù)據(jù)，來建立預(yù)測(cè)的模型，然后預(yù)測(cè)未來的時(shí)刻以及某一時(shí)間段內(nèi)的負(fù)荷值。所以說，影響短期負(fù)荷預(yù)測(cè)的精度主要因素就是預(yù)測(cè)的模型以及數(shù)據(jù)信息是否可靠。隨著天氣預(yù)測(cè)水平的提高以及現(xiàn)在的電力系統(tǒng)的管理信息相關(guān)系統(tǒng)的建立，很輕易的就能夠獲取歷史數(shù)據(jù)，所以說，短期的預(yù)測(cè)其核心問題就是預(yù)測(cè)模型的水平，看其水平的高低。具體方法有以下幾種：

（一）經(jīng)典方法

第一種，回歸分析法。即以歷史數(shù)據(jù)的變化規(guī)律作為基礎(chǔ)，尋找因變量與自變量之間的關(guān)系，將模型的參數(shù)予以確定，這樣來推斷出負(fù)荷值。這種方法的優(yōu)點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)形式以及計(jì)算的原理較為簡(jiǎn)單，對(duì)于預(yù)測(cè)的速度也較快，其外推行比較好，也能夠很好的預(yù)測(cè)對(duì)于歷史上沒有出現(xiàn)過的情況。其存在的不足之處就是對(duì)于一些歷史數(shù)據(jù)要求還是過于高，結(jié)構(gòu)形式比較簡(jiǎn)單，精度也比較低，這種模型不能詳細(xì)的進(jìn)行對(duì)于影響負(fù)荷因素的描述，對(duì)于模型的初始化還存在著一定的難度，所以說起需要較高的技巧以及豐富的經(jīng)驗(yàn)。

第二種，時(shí)間序列法。電力負(fù)荷的一些歷史數(shù)據(jù)就是根據(jù)時(shí)間的間隔記錄下來的一種有序的集合，所以說它是一個(gè)時(shí)間序列。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，來建立一種數(shù)學(xué)模型，確立負(fù)荷預(yù)測(cè)的相關(guān)表達(dá)式，然后對(duì)未來的負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)就是工作量小，所需要的數(shù)據(jù)少，此外計(jì)算的速度也快，對(duì)負(fù)荷近期的變化的連續(xù)性能夠準(zhǔn)確的反映。但是這種方法只是對(duì)于比較均勻的短期預(yù)測(cè)，對(duì)于一些不確定的因素還考慮不健全，如果是天氣變化比較大，或者是遇上一些節(jié)假日，預(yù)測(cè)的誤差也就比較大。

（二）智能預(yù)測(cè)法

第一種，專家系統(tǒng)法。這種方法是基于一種知識(shí)的程序設(shè)計(jì)而建立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，能夠擁有某一領(lǐng)域的專家的經(jīng)驗(yàn)或者是基礎(chǔ)知識(shí)，然后在推理的基礎(chǔ)上對(duì)于未來進(jìn)行預(yù)測(cè)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)就是能夠?qū)τ诟鞣N因素進(jìn)行全面的考慮，全過程程序化，其具有快速?zèng)Q斷以及建模簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。此外，專家系統(tǒng)擁有豐富的知識(shí)以及經(jīng)驗(yàn)，可以不但的積累并豐富，可靠性比較好，其工作的效率也高，可以將復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算予以避免，進(jìn)而得到準(zhǔn)確的結(jié)果。

但是這種方法在進(jìn)行預(yù)測(cè)的過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)，此外，因?yàn)楦鞯氐呢?fù)荷都有自己的特征，專家系統(tǒng)都是針對(duì)一些具體的系統(tǒng)，所以就不能直接的應(yīng)用于一些其他的系統(tǒng)。

第二種，人工神經(jīng)的網(wǎng)絡(luò)法。這種方法優(yōu)點(diǎn)就是能夠適應(yīng)大量的非結(jié)構(gòu)性以及非精確性的一些規(guī)律，具有自主學(xué)習(xí)、信息記憶、以及知識(shí)推理的一些特點(diǎn)。有很強(qiáng)的計(jì)算能力、容錯(cuò)能力、復(fù)雜映射的能力等等。缺點(diǎn)就是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)層數(shù)以及神經(jīng)元的個(gè)數(shù)往往是主觀經(jīng)驗(yàn)來確定的，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不能科學(xué)的確定，學(xué)習(xí)的速度也比較慢等。

此外還有很多方法，比如小波分析法、綜合模型預(yù)測(cè)法、模糊預(yù)測(cè)法等等。

總結(jié)：短期負(fù)荷預(yù)測(cè)的精度與水平有著很重要的意義，其直接影響著電力系統(tǒng)的安全性與經(jīng)濟(jì)性以及供電的質(zhì)量。相關(guān)工作人員應(yīng)該積極的探索一些新思路與方法，進(jìn)一步滿足于市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)背景下對(duì)短期負(fù)荷預(yù)測(cè)提出的新要求。此外，在實(shí)際的運(yùn)用中，應(yīng)該根據(jù)不同地方的短期負(fù)荷預(yù)測(cè)的特征做到靈活的運(yùn)用。

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