電網(wǎng)規(guī)劃中電力負(fù)荷預(yù)測的關(guān)鍵技術(shù)問題

錢世超

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司 鹽城供電分公司，江蘇 鹽城 224001）

0 引 言

隨著社會(huì)的發(fā)展，電力市場的需求日益增長，對電網(wǎng)公司的發(fā)展提出了更高的要求。合理規(guī)劃電力系統(tǒng)的布設(shè)、統(tǒng)計(jì)分析歷史用電量，挖掘出可能存在的重要信息，從而對今后的用電量趨勢做出準(zhǔn)確的預(yù)測。傳統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測方法主要有電力彈性系數(shù)法、外推法、回歸預(yù)測法、單耗電量法以及負(fù)載密度法等，都是建立在過去的負(fù)荷資料基礎(chǔ)上，并結(jié)合大量的經(jīng)驗(yàn)積累而成，其依賴性和不精確性很強(qiáng)，有的甚至只能進(jìn)行簡單的方向預(yù)測，已不能滿足當(dāng)今社會(huì)大量用電數(shù)據(jù)的需求，預(yù)測結(jié)果往往會(huì)產(chǎn)生很大的偏差，從而影響到配電系統(tǒng)的規(guī)劃。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對電力系統(tǒng)短期、中期和長期電力負(fù)荷的預(yù)測進(jìn)行了研究，探討了從大數(shù)據(jù)中挖掘電力資源潛力的變化規(guī)律，并通過計(jì)算機(jī)的學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)間的對應(yīng)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)的預(yù)測。

1 電力負(fù)荷預(yù)測概述

負(fù)荷預(yù)測是電網(wǎng)規(guī)劃中的一個(gè)關(guān)鍵問題，它是根據(jù)電網(wǎng)的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對電網(wǎng)的負(fù)荷變化進(jìn)行分析與判斷，從而對今后電網(wǎng)的運(yùn)行做出合理的預(yù)測。在實(shí)際應(yīng)用中，負(fù)荷預(yù)測必須包含系統(tǒng)的功率和節(jié)點(diǎn)負(fù)載，而過去的預(yù)測則是基于確定性的，即用公式來描述歷史負(fù)載的相關(guān)資料，并將其與時(shí)間變量之間的關(guān)系表達(dá)為一個(gè)函數(shù)式[1]。然而，隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，電力負(fù)荷與時(shí)間變量之間的關(guān)系也越來越復(fù)雜，很多情況下，用確定性方法無法精確描述，因而產(chǎn)生了很多新的電力預(yù)測方法，它們大多采用相似對應(yīng)關(guān)系來進(jìn)行預(yù)測。

負(fù)荷預(yù)測在整個(gè)電網(wǎng)中占有舉足輕重的地位，合理的負(fù)荷預(yù)測可以確保電網(wǎng)規(guī)劃的科學(xué)，加強(qiáng)用電管理，保障電網(wǎng)安全運(yùn)行。同時(shí)，還能及時(shí)發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，不僅能提高供電效率、降低供電成本、為電網(wǎng)發(fā)展和建設(shè)提供可靠的數(shù)據(jù)支撐，還能提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2 電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測原理

負(fù)荷模型的建立是最直接、最有效的方法，它包含了2個(gè)方面：（1）頻率特征和負(fù)載電壓；（2）負(fù)載的時(shí)間和空間特征。所謂的負(fù)載-時(shí)空特征，就是在一定的時(shí)間和空間上，負(fù)載的分布會(huì)有很大的差異。由于負(fù)載模式的復(fù)雜性，研究者們經(jīng)常使用負(fù)載時(shí)間曲線來描述該特征。根據(jù)負(fù)荷的變化規(guī)律，可以將負(fù)荷曲線分為日負(fù)荷、周負(fù)荷、季節(jié)負(fù)荷以及年負(fù)荷。但如果以時(shí)間和空間的角度來劃分，那么又可以分為系統(tǒng)、用戶和節(jié)點(diǎn)。根據(jù)負(fù)荷特性，負(fù)荷曲線又分為生活負(fù)荷、市政負(fù)荷、農(nóng)業(yè)負(fù)荷以及工業(yè)負(fù)荷。

在正常的安全操作中，負(fù)載模式主要反映了其未來的空間和時(shí)間特征，因此可以被看作是負(fù)荷預(yù)測的一個(gè)模式。在電網(wǎng)運(yùn)行期間，負(fù)荷預(yù)測的范圍很廣，不僅可以用于電網(wǎng)的長期預(yù)測，還可以用于短期和實(shí)時(shí)的負(fù)荷預(yù)測[2]。一般情況下，用概率統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測，而時(shí)序分析則是一種工具，但由于這是對將來的負(fù)載進(jìn)行預(yù)測，因此出現(xiàn)錯(cuò)誤是無法避免的。由于人類的干擾，使得負(fù)荷預(yù)測模型的結(jié)果不能完全依賴于人工干預(yù)，在實(shí)際應(yīng)用中也不能完全否認(rèn)由負(fù)荷預(yù)測模式所得到的結(jié)果一般都具有很高的精確性。

3 電力負(fù)荷預(yù)測的內(nèi)容

隨著智能化電網(wǎng)的不斷發(fā)展，人們在日常生活和工作中都會(huì)遇到各種各樣的電器，為了避免各種線路故障影響到人們的工作和生活，同時(shí)準(zhǔn)確預(yù)測實(shí)際配電網(wǎng)絡(luò)所面臨的各類負(fù)載問題，需要熟練掌握各類負(fù)荷預(yù)測方法，并建立一套完整的輸電分配機(jī)制。對電網(wǎng)的負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測，必須要有科學(xué)的理論支持，并建立起一套完善的運(yùn)行管理系統(tǒng)，加強(qiáng)施工和維修技術(shù)，才能有效解決電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測中的問題。因此，在施工過程中，加強(qiáng)對輸送和分布的各類故障的研究，可以有效提高預(yù)測人員的工作檢查效率。首先，利用對電網(wǎng)整體進(jìn)行分析的方法，對實(shí)際需求進(jìn)行預(yù)測，這樣的短期預(yù)測工作可以極大地提高長期的電力負(fù)載，從而提高預(yù)測的精確性。其次，電力負(fù)荷預(yù)測建立在數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，它要求員工具備一定的邏輯知識，并利用相應(yīng)的數(shù)據(jù)和語言進(jìn)行預(yù)測，從而避免可能發(fā)生的錯(cuò)誤。而且這個(gè)數(shù)學(xué)模型和函數(shù)計(jì)算可以完美地結(jié)合在一起，互相補(bǔ)充，使得誤差計(jì)算更加精確[3]。

4 電力負(fù)荷預(yù)測的問題

我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展是從東到西，大部分的東部城市都已十分發(fā)達(dá)，假如對那些地區(qū)的村莊、企業(yè)進(jìn)行預(yù)測，某些地區(qū)的商業(yè)使用，其本身的建筑設(shè)計(jì)指標(biāo)就會(huì)有很大的差別，因此要從不同的角度來考量。但考慮到西部地區(qū)的情況，在規(guī)劃電力系統(tǒng)時(shí)，必須要有相應(yīng)的規(guī)范，才能準(zhǔn)確預(yù)測，并根據(jù)測量的類型和大小來確定。因此，在進(jìn)行分配計(jì)劃時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況的不同對其進(jìn)行預(yù)測，然后按公式計(jì)算出相應(yīng)的功率。

目前，我國電力市場的負(fù)荷預(yù)測存在諸多問題，由于預(yù)測的地點(diǎn)不同，各大商場、寫字樓等建筑本身的特性也各不相同，因此要對這些地區(qū)予以足夠的關(guān)注，采取一系列的措施來強(qiáng)化其利用規(guī)劃設(shè)計(jì)的指標(biāo)，從而確定適合該地區(qū)的電網(wǎng)負(fù)荷。

5 電網(wǎng)規(guī)劃中電力負(fù)荷預(yù)測的關(guān)鍵技術(shù)

5.1 指數(shù)平滑法

指數(shù)光滑法的基本思想是將電力系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)指標(biāo)有機(jī)地結(jié)合起來，并逐步實(shí)現(xiàn)對未來負(fù)荷的預(yù)測[4]。在此基礎(chǔ)上，用衰減來反映長期資料對預(yù)測結(jié)構(gòu)的影響，若衰減因子值過大，短期至長期資料的變化將會(huì)顯著加速，而在某些極端情形下，歷史資料對預(yù)測結(jié)果的影響并不大。當(dāng)采用指數(shù)平滑法進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測時(shí)，必須將注意力集中在新的數(shù)據(jù)上，隨著數(shù)據(jù)精度的提高，負(fù)荷的預(yù)報(bào)結(jié)構(gòu)將更加精確。

5.2 回歸分析法

回歸分析法是根據(jù)相關(guān)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)觀察和變量分析，對未來的負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測。該模型的特征在于它的插值能力很強(qiáng)，可以把預(yù)測對象當(dāng)作一個(gè)自變量，同時(shí)由于其自身因素的影響，一般采用非線性、多元線性以及一元線性等方法[5]。在中、短期負(fù)荷預(yù)測中，通常采用線性回歸方法，其結(jié)果具有很高的精確度，但是不能精確地統(tǒng)計(jì)各行業(yè)的經(jīng)濟(jì)總量，也不能對各地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況進(jìn)行全面分析。分析影響電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測的隨機(jī)性、突發(fā)性、多變性等因素，必然會(huì)造成負(fù)荷預(yù)報(bào)的誤差，從而難以滿足預(yù)測精度。

5.3 專家預(yù)測法

專家預(yù)測法也是一種很好的電力負(fù)荷預(yù)測方法，它主要是通過積累電網(wǎng)故障的經(jīng)驗(yàn)，建立一個(gè)完整的專家數(shù)據(jù)庫，并在電網(wǎng)運(yùn)行期間不斷地更新和維護(hù)數(shù)據(jù)庫，保證數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)能夠跟上電網(wǎng)的發(fā)展和變動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)專家式的思考。在此基礎(chǔ)上，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行負(fù)荷預(yù)報(bào)，其結(jié)果與專家們的預(yù)測結(jié)果是一樣的。

5.4 負(fù)荷密度法

在實(shí)際發(fā)展中，不同地區(qū)、不同行業(yè)之間的用電量和用電成本存在著一定的差異。因此，供電主管部門要把供電區(qū)劃分為居住區(qū)、商業(yè)區(qū)以及科教區(qū)等多個(gè)功能區(qū)，并根據(jù)各地區(qū)的用電量情況對未來的用電情況進(jìn)行預(yù)測。通常采用負(fù)荷密度法，將土地面積乘以電能密度，最后得出該地區(qū)的總用電量。根據(jù)行業(yè)的不同，電價(jià)水平也會(huì)有差別，這樣既能保障電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益，又能在一定程度上增加電網(wǎng)的負(fù)荷預(yù)測。為此，研究者提出了一種基于負(fù)荷密度的方法，在此基礎(chǔ)上對工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)、住宅區(qū)等行業(yè)進(jìn)行合理的分區(qū)，并對其進(jìn)行分類和預(yù)測，從而提高了計(jì)算精度。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力使用狀況越來越復(fù)雜，采用負(fù)荷密度法的優(yōu)越性也越來越明顯。當(dāng)行業(yè)中有特定的使用者時(shí)，需要分別建立數(shù)據(jù)模型，從而影響到總體效果。

5.5 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

在配網(wǎng)規(guī)劃中，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測是最基本的方法。在進(jìn)行電力系統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測時(shí)，由于各種外部因素的影響，使得負(fù)荷具有較大的隨機(jī)性、非線性，將嚴(yán)重影響電網(wǎng)的負(fù)荷預(yù)測精度，因此在電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測中引入了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Artificial Neural Network，ANN）模型，從而形成一種全新的負(fù)荷預(yù)測方法。在配電網(wǎng)規(guī)劃中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本思想是以電力系統(tǒng)的負(fù)荷歷史為樣本，建立相應(yīng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，然后再通過訓(xùn)練算法對其進(jìn)行訓(xùn)練，達(dá)到一定精度后，再用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行負(fù)荷運(yùn)算。

5.6 灰色模型預(yù)測方法

灰色模型預(yù)測是近幾年才被學(xué)者們提出的一種智能化電力負(fù)荷預(yù)測方法，它將灰色系統(tǒng)分析引入到實(shí)際應(yīng)用中，把計(jì)劃區(qū)域內(nèi)的電力負(fù)荷變化看成灰色變化，把電網(wǎng)的變化看成是一個(gè)灰色的過程?？此剖请S機(jī)的過程，但實(shí)際上仍然可以通過計(jì)算機(jī)從人工智能中提取規(guī)律。將觀測到的所有數(shù)據(jù)都當(dāng)作灰量，不斷增加或減少灰量，這樣就可以把它們變成白量，從而有助于操作者建立起1個(gè)控制模式，這種算法所需要的數(shù)據(jù)量小、計(jì)算簡單、計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了大量的后臺計(jì)算。而在數(shù)據(jù)分布不密集、離散度高的地區(qū)，則會(huì)導(dǎo)致預(yù)測精度下降。

5.7 模糊預(yù)測

模糊預(yù)測是指在地區(qū)氣候變化大、經(jīng)濟(jì)環(huán)境劇烈波動(dòng)等因素的影響下，用常規(guī)的預(yù)測方法很難獲得精確的預(yù)測結(jié)果?；谀：龜?shù)學(xué)原理的預(yù)測方法能有效處理受到主觀因素影響的資料，已廣泛地應(yīng)用于電力系統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測。

6 提高配電網(wǎng)規(guī)劃中電力負(fù)荷預(yù)測準(zhǔn)確性的方法

6.1 增強(qiáng)與氣象部門之間的聯(lián)系

天氣會(huì)對電網(wǎng)的負(fù)荷造成一定的影響，但也會(huì)受到多種因素的影響，所以在進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測時(shí)要加強(qiáng)預(yù)測與氣象部門的聯(lián)系，確保預(yù)測的準(zhǔn)確率和準(zhǔn)確度，從而避免出現(xiàn)雙重錯(cuò)誤。另外，需要建設(shè)負(fù)荷的用戶中心，對較大的用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對影響負(fù)荷的因素進(jìn)行有效處理，從而大大提高負(fù)荷預(yù)測的精確度，同時(shí)還需要確保電網(wǎng)管理過程中的信息共享。

6.2 完善和改進(jìn)負(fù)荷預(yù)測的技術(shù)，提升預(yù)測準(zhǔn)確性

改善電網(wǎng)的負(fù)荷預(yù)測技術(shù)，提高預(yù)測精度，是電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測的一個(gè)重要手段。技術(shù)的改進(jìn)和完善可以從2個(gè)方面進(jìn)行：一是對以往技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)進(jìn)行積極學(xué)習(xí)，并在保持優(yōu)點(diǎn)的前提下對其進(jìn)行改進(jìn)和提高，以提高技術(shù)的有效性；二是基于現(xiàn)有的負(fù)荷預(yù)測理論進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新與建設(shè)。技術(shù)革新能夠使傳統(tǒng)的預(yù)測方式發(fā)生變化，從而有助于提高預(yù)測效果。

6.3 豐富預(yù)測方法，實(shí)現(xiàn)預(yù)測的全面性

電力系統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測要綜合考慮多種因素，如電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備特性等，所以在進(jìn)行電力系統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測時(shí)，必須全面、系統(tǒng)地加以考慮。然而，以往的預(yù)測經(jīng)驗(yàn)表明，由于方法單一，在預(yù)測中常常存在著全面性缺失的問題，從而影響了準(zhǔn)確性。因此，要提高負(fù)荷預(yù)測的精確度，必須主動(dòng)改變預(yù)測方式，采用多種手段來全面掌握預(yù)測因子，才能使整個(gè)預(yù)測工作更具系統(tǒng)性，在系統(tǒng)加強(qiáng)的前提下，對系統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測也會(huì)有較好的指導(dǎo)作用。

6.4 保存歷史數(shù)據(jù)，并保證其準(zhǔn)確性

只有保證這些歷史資料的準(zhǔn)確，才能為未來的電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測工作奠定基礎(chǔ)。如果預(yù)測是錯(cuò)誤的，那么就會(huì)和現(xiàn)實(shí)的差距越來越大，提高歷史資料的精確度是當(dāng)務(wù)之急。

7 結(jié) 論

進(jìn)行合理的負(fù)荷預(yù)測是配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，要使負(fù)荷預(yù)測在全網(wǎng)規(guī)劃中得到充分應(yīng)用，就需要更加注重負(fù)荷的預(yù)測。在進(jìn)行配網(wǎng)規(guī)劃時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況，選用切實(shí)可行的方法，同時(shí)還要進(jìn)一步完善對電力負(fù)荷的預(yù)測，通過建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，以確保預(yù)測的精度，確保對整個(gè)配電網(wǎng)各方面的需要，從而使我國的工業(yè)得到可持續(xù)發(fā)展。