電力負(fù)載中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)摘要：系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)應(yīng)用于電力負(fù)荷的中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)。首先根據(jù)歷史功耗分析建立模型結(jié)構(gòu)圖，然后設(shè)計(jì)方程，最后通過(guò)仿真和參數(shù)敏感性試驗(yàn)驗(yàn)證模型的合理性和實(shí)用性。電力系統(tǒng)中長(zhǎng)期負(fù)荷變化是一個(gè)受政策、經(jīng)濟(jì)等各種不確定因素影響的動(dòng)態(tài)過(guò)程。利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法進(jìn)行預(yù)測(cè)可以充分利用專家的經(jīng)驗(yàn)，并在模型的使用中積累經(jīng)驗(yàn)，從而提高預(yù)測(cè)精度。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)；負(fù)載預(yù)測(cè)一、長(zhǎng)期電力負(fù)載中預(yù)測(cè)復(fù)雜性分析（一）系統(tǒng)概述及復(fù)雜性國(guó)外學(xué)者認(rèn)為，該系統(tǒng)是一個(gè)由規(guī)則的相互作用和相互關(guān)聯(lián)的要素組成的復(fù)合體。作為一個(gè)完整的系統(tǒng)，它應(yīng)該具有幾個(gè)獨(dú)立的區(qū)別特征:一個(gè)系統(tǒng)是由相互關(guān)聯(lián)和相互制約的元素組成的，其中元素及其結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)的基本組成部分；系統(tǒng)組件和結(jié)構(gòu)的開發(fā)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的特定目的，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。一個(gè)系統(tǒng)應(yīng)該有一個(gè)能夠與外部環(huán)境交流能量、信息和物質(zhì)的邊界。一階反饋電路是指包含系統(tǒng)狀態(tài)、速度和信息的電路，它一一對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)的單位、運(yùn)動(dòng)和信息。這是系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。狀態(tài)變量的變化是由決策引起的，決策通過(guò)以下兩種方式產(chǎn)生:一種是基于信息反饋的自我調(diào)節(jié)，另一種是根據(jù)系統(tǒng)本身的某些規(guī)則產(chǎn)生的。（二）系統(tǒng)復(fù)雜性系統(tǒng)復(fù)雜的重要內(nèi)容:復(fù)雜的含義有三層:從定性的角度來(lái)看，它具有復(fù)雜的性質(zhì)；從角度來(lái)看，它顯示了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。從特征“維度”的角度來(lái)看，它顯示了功能的多樣性。因此，系統(tǒng)的復(fù)雜性是系統(tǒng)的內(nèi)在本質(zhì)、結(jié)構(gòu)和功能性能。如果系統(tǒng)的復(fù)雜性在轉(zhuǎn)換后增加到一定程度，它就變成了一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。目前，還沒(méi)有明確統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確認(rèn)和判斷系統(tǒng)的再染色性能或再染色系統(tǒng)，但可以從以下幾個(gè)方面綜合考慮。一是系統(tǒng)的三因素：元素、結(jié)構(gòu)和功能分析。元素是組成系統(tǒng)的組成單位。該結(jié)構(gòu)在連接元素中起著中介作用。兩者都是系統(tǒng)的基礎(chǔ)。組成復(fù)雜系統(tǒng)的子系統(tǒng)和元素越多，它就越復(fù)雜。組成系統(tǒng)的元素結(jié)構(gòu)的變化將導(dǎo)致系統(tǒng)級(jí)別的變化。元素劃分的層次越多，系統(tǒng)就變得越復(fù)雜。整個(gè)系統(tǒng)的功能取決于元素和結(jié)構(gòu)的共同作用。系統(tǒng)顯示的功能種類越多，系統(tǒng)就越復(fù)雜。二是系統(tǒng)核作用分析。任何系統(tǒng)都有一個(gè)系統(tǒng)核心，它在質(zhì)量和數(shù)量上成為系統(tǒng)的主體，并決定系統(tǒng)的特性和性能，系統(tǒng)核心的復(fù)雜性與整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性密切相關(guān)，元素和系統(tǒng)是一對(duì)相對(duì)存在的類別。系統(tǒng)是元素的組成部分，是系統(tǒng)的基本組成部分。模型構(gòu)造本文以某省第二產(chǎn)業(yè)用電量為研究對(duì)象，對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在電力系統(tǒng)中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。建模、分析和仿真采用的是Vensim軟件。（一）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單耗法是工業(yè)用電量預(yù)測(cè)中最常用的方法，本文的建模就是基于這種方法。歷史統(tǒng)計(jì)表明，該省第二產(chǎn)業(yè)的單耗逐年下降。主要原因是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，這種調(diào)整將繼續(xù)下去。另一個(gè)因素是電價(jià)上漲。企業(yè)盡最大努力節(jié)約用電，以降低單位消耗，以前的負(fù)荷預(yù)測(cè)沒(méi)有考慮電價(jià)。根據(jù)以上分析，影響單位消費(fèi)變化的主要原因是經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和節(jié)能措施的采用。反過(guò)來(lái)，單位消費(fèi)對(duì)兩者都有影響，單位消費(fèi)的增長(zhǎng)將推動(dòng)經(jīng)濟(jì)和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)向降低單位消費(fèi)的方向調(diào)整。流圖是以“第二產(chǎn)業(yè)單耗”為狀態(tài)變量，單位就是（KW/h），速率變量就是“單耗變化量”，單位就是（KW/h）/年，意義是每一年單耗的變化量。對(duì)于影響經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整的兩個(gè)因素——單耗乘電價(jià)因素和市場(chǎng)因素，是分為給予權(quán)重配置；缺電造成的能源損耗作為對(duì)總體節(jié)能效果的一個(gè)影響因素，以系數(shù)的形式設(shè)置。（二）模型設(shè)計(jì)參數(shù)長(zhǎng)期電力負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)反饋關(guān)系非常復(fù)雜，參數(shù)多且模糊，難以投入運(yùn)行。盡管模型不需要高參數(shù)，但對(duì)系統(tǒng)行為有重大影響的參數(shù)應(yīng)該盡可能精確地估計(jì)。模型行為對(duì)參數(shù)值變化的敏感性是參數(shù)估計(jì)的先決條件。模型反復(fù)采用試參數(shù)調(diào)試的方法，即在參數(shù)值的范圍內(nèi)對(duì)參數(shù)進(jìn)行粗略的試模擬調(diào)試，并確定參數(shù)，直到真實(shí)模型的行為沒(méi)有變化。用電量的方程計(jì)算是第二產(chǎn)業(yè)用電量=第二產(chǎn)業(yè)單耗×第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值單耗是能夠通過(guò)預(yù)測(cè)得出結(jié)果，產(chǎn)值是已知數(shù)，通過(guò)在建立好的產(chǎn)值數(shù)據(jù)表中查找得到。單耗=單耗初始值+單耗變化量單耗變化量=第二產(chǎn)業(yè)單耗×[經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整權(quán)重×(1-經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整)+節(jié)能權(quán)重×(1-節(jié)能)]/(經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整權(quán)重+節(jié)能權(quán)重)。通過(guò)上述結(jié)構(gòu)方程，當(dāng)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整到1時(shí)，意味著經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整的結(jié)果不會(huì)影響單位消費(fèi)的變化；當(dāng)該值大于1時(shí)，單位消耗將減少，當(dāng)該值小于1時(shí)，單位消耗將增加。因此，最好說(shuō)離1越遠(yuǎn)越好，它對(duì)單位消費(fèi)變化的影響就越大，節(jié)能對(duì)單位消耗變化的影響是相似的。當(dāng)單位電費(fèi)的產(chǎn)值目標(biāo)不如缺電造成的能量損失時(shí)，如果節(jié)能量小于1，就意味著節(jié)能效果會(huì)增加單位消耗。（三）仿真分析本模型是需要相關(guān)的專家來(lái)給出一些參數(shù)，比如說(shuō)“每元電費(fèi)的產(chǎn)值目標(biāo)”、“市場(chǎng)影響因素”等等，這些參數(shù)的設(shè)置能夠體現(xiàn)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型在使用中能夠充分發(fā)揮專家在各方面作用的特點(diǎn)。然而，要獲得這些相關(guān)的專家意見并不容易。模擬的意義是通過(guò)調(diào)試參數(shù)和觀察結(jié)果來(lái)判斷模型反映真實(shí)情況的合理性，看參數(shù)的選擇是否能反映歷史發(fā)展的趨勢(shì)，模型的輸出是否能與歷史數(shù)據(jù)相一致。仿真是從2018年開始，是以上一年的數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)來(lái)預(yù)測(cè)下一年的用電量。具體的仿真結(jié)果是如下圖所示。表1仿真結(jié)果年份每元電費(fèi)產(chǎn)值目標(biāo)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整權(quán)重節(jié)能權(quán)重市場(chǎng)影響因素權(quán)重市場(chǎng)影響因素誤差（%）20165.83351.05-1.8720176.22351.10-1.2020186.83251.052.00從上面的結(jié)果來(lái)看的話是基本上達(dá)到了原電力工業(yè)部所規(guī)劃的“電力需求預(yù)測(cè)條例”當(dāng)中對(duì)于每一次的預(yù)測(cè)偏差是不會(huì)超過(guò)2%的要求。三、模型參數(shù)敏感度測(cè)試模型參數(shù)敏感性試驗(yàn)的功能是了解參數(shù)值變化對(duì)結(jié)果的影響程度。靈敏度測(cè)試中使用的數(shù)據(jù)是2015年至2016年的預(yù)測(cè)值。下圖顯示了各種參數(shù)對(duì)單耗的影響。圖1參數(shù)的變化從上圖可以看出，單位消費(fèi)對(duì)每元電費(fèi)產(chǎn)值目標(biāo)的變化最為敏感，其次是市場(chǎng)影響因素，因此在賦值時(shí)應(yīng)注意這兩個(gè)因素。電力短缺、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整和節(jié)能造成的能源損失權(quán)重比、市場(chǎng)影響因素權(quán)重比和單位消耗乘以電價(jià)因素權(quán)重比的敏感性相對(duì)較小，因此這些參數(shù)的分配可能比較粗略，對(duì)預(yù)測(cè)精度影響不大。對(duì)于每元最敏感電費(fèi)的產(chǎn)值目標(biāo)，可以通過(guò)計(jì)算得到具體數(shù)據(jù)。當(dāng)參數(shù)在10%范圍內(nèi)變化時(shí)，單耗值變化范圍在5.7%以內(nèi)。用戶缺乏經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)致的參數(shù)賦值在一定范圍內(nèi)偏差較小，預(yù)測(cè)結(jié)果的實(shí)際值誤差不超過(guò)十幾個(gè)，這也說(shuō)明了模型的穩(wěn)定性和實(shí)用性。結(jié)論本文提出的基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的中長(zhǎng)期電力負(fù)荷預(yù)測(cè)方法直觀、使用方便、實(shí)用，能夠整合各領(lǐng)域?qū)＜业墓ぷ鹘?jīng)驗(yàn)，克服了一般方法缺乏與用戶信息交流，預(yù)測(cè)結(jié)果難以接受的缺陷。同時(shí)，預(yù)測(cè)員可以在模型使用過(guò)程中不斷積累參數(shù)分配經(jīng)驗(yàn)，從而不斷提高預(yù)測(cè)精度。隨著電力市場(chǎng)的逐步發(fā)展和完善，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用將越來(lái)越顯示出其優(yōu)越性。參加文獻(xiàn)[1]王玥玥.基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的