第四章電力市場負荷預測電氣工程學院了解電力負荷預測中的經驗預測方法，重點了解專家預測法的基本理論。深入理解趨勢外推預測技術，電力負荷回歸模型預測技術，并能夠將原理運用到實際問題中。學習目的第一節電力負荷（需求）預測概述電氣工程學院電氣工程學院電力負荷預測就是在正確的理論指導下，在調查研究掌握大量翔實資料的基礎上，運用可靠的方法和手段對未來的電力市場需求作出科學合理的推斷。電力負荷預測包括對電量的預測，也包括對瞬間的負荷預測，為了更準確地預測電力負荷，在進行電力負荷預測時必須掌握不同行業、不同客戶的用電特性。

一、電力負荷預測的概念與特點負荷預測的特點不確定性－－負荷發展受多種因素影響，有些因素很難預先估計條件性－－各種負荷預測都是在一定的條件下作出的時間性－－各種負荷預測都有一定的時間范圍，需要指明預測時間段多方案性－－應考慮各種可能的發展情況，因而得到在不同條件下的預測方案影響負荷預測的主要因素1.氣候變化和自然災害的影響

2.宏觀產業結構調整的影響

3.能源市場變化的影響

4.環境保護的影響

5.人口因素的影響

6.錯誤估計國民經濟發展速度造成的影響

7.實施需求側管理帶來的影響

8.電價彈性帶來的影響

二、負荷及負荷預測的種類1.負荷的種類比較常見的是按全社會用電情況，分為第一(農業)、第二(工業建筑業)、第三產業(除第一第二產業外的所有行業)和居民用電四大類；同時按照行業類別將負荷細分為八類，1998年，全國八大行業的用電結構及比例分別為：2.負荷預測的種類（1）按預測周期劃分。

第一種規定是：長期負荷預測的預測周期為數年～數十年；中期負荷預測的預測周期為1月～1年；短期負荷預測的預測周期為1日～1周；超短期負荷預測的預測周期為未來1小時以內，用于質量控制時為5～10s，用于安全監視時為1～5min，用于預防控制和緊急狀態處理時為10～60min。第二種規定是：長期負荷預測（20年以上）；年負荷預測；月負荷預測；日負荷預測；周負荷預測；短期負荷預測（10～60min）；超短期負荷預測（5～10s或1～5min）。

二、負荷及負荷預測的種類（2）按全社會用電或行業類別劃分。分為城市民用負荷預測或商業負荷預測、農村負荷預測、工業負荷預測等。（3）按預測負荷的特性劃分。分為最大負荷預測、最小負荷預測、平均負荷預測、峰谷差預測、高峰負荷平均預測、低谷負荷平均預測等。

二、負荷及負荷預測的種類

三、電力負荷預測的原理

電力負荷預測是建立在以下幾個原理之上的。

（一）慣性原理任何事物發展有一定慣性，即在一定時間、一定條件下保持原來趨勢和狀態，通過它的過去和現在推測其未來。

電氣工程學院（二）可能性原理因為事物的發展變化是在內因和外因共同作用下進行的。內因的變化及外因作用力大小不同，會使事物發展變化有多種可能性。所以，對某一具體指標的預測，往往是按照其發展變化的多種可能性，進行多方案預測的。電氣工程學院

三、電力負荷預測的原理

（三）相關原理相關原理是指許多事物之間有較強的關聯性，當了解（或假設）到已知的某個事物發生變化，可推知另一個事物的變化趨勢。電氣工程學院

三、電力負荷預測的原理（四）相似性原理一些事物發展之間還是存在著相似之處，或者其現在的發展過程和發展狀況可能與另一事物過去一定階段的發展過程和發展狀況相類似，人們就根據后一事物的已知發展過程和狀況，來預測所預測對象的未來發展過程和狀況。電氣工程學院

三、電力負荷預測的原理（五）反饋性原理反饋就是利用輸出返回到輸入端，再調節輸出結果。預測的反饋性原理實際上是為了不斷提高預測的精度而進行的反饋調節。電氣工程學院

三、電力負荷預測的原理①是制定國民經濟發展規劃、政策的需要；②是制定能源發展規劃、政策的需要；③是電力各管理部門工作的需要；

a.規劃部門：電源建設、輸電線路建設

b.計劃部門：購電、購燃料

c.調度部門：電網運行方式（啟，停，帶負荷）機組檢修計劃

d.用電部門：正常的社會、經濟、生活秩序需方管理四、負荷預測的作用電氣工程學院五、電力負荷預測的程序（一）準備階段

準備階段是根據預測任務確定預測的目標、落實組織工作、收集整理資料、選擇預測方法等。確定目標就是要在明確預測目的前提下，規定預測對象的范圍、內容和預測期限。一般而言，預測范圍視研究問題所涉及的范圍而定，如分析某省的電力市場，就要預測全省范圍內的電力負荷量；收集整理預測資料是預測的又一個基本工作。電氣工程學院一般在做電力負荷預測時需要搜集與整理的資料主要有：電力系統歷年用電量、用電構成；經濟發展指標（如國內生產總值、國民收入等）；人口預測資料、人均收入水平等。然后，對經過鑒別整理后的資料要進行分析，以尋求其規律。根據資料的掌握情況及資料樣式，選擇相應的預測方法。電氣工程學院五、電力負荷預測的程序在這個過程中，要依據選擇的預測方法來進行預測。如果采用的預測方法是定量的，就要建立定量的預測模型，根據已知數據，預測所需的預測變量值。如果是采用定性預測方法來進行預測，就應根據掌握的客觀資料進行科學的邏輯推理，推斷出預測期的電力需求量。（二）實施預測電氣工程學院（三）分析預測結果

在得到預測結果后，必須對預測結果的準確度和可靠性進行分析評價。使預測誤差處于可接受的范圍內。若誤差太大，就失去了預測的意義，從而導致電力規劃的失誤。因此，誤差大時，要分析產生誤差的原因。如果是選擇的數學模型不完善，要改進模型；如果是由于不確定因素的影響，則要進行必要的調整。電氣工程學院

六、電力負荷預測的方法

一般的經濟預測方法可劃分為定性預測方法和定量預測方法。定性預測方法主要是指運用個人的經驗和知識進行判斷。適用于難以獲取足夠數據資料的條件下。電氣工程學院常見的定性預測方法有頭腦風暴法、特爾菲法等。優點是預測者能夠考慮到大量的資料、信息和情報；其缺點是缺乏系統的方法去研究已往的成功和失誤，以提高預測的準確度，完全依賴于預測人員的經驗和主觀判斷能力。電氣工程學院

六、電力負荷預測的方法定量預測法是用數學模型預測事物發展的趨勢。當能夠收集到足夠可靠的數據資料時，定量預測是更可取的。常見的定量預測方法有時間序列法、回歸分析法等。優點：不受主觀愿望的影響；對預測模型的處理是根據過去的預測誤差作出的；可以用計算機進行預測，但定量預測方法難以包括影響預測對象的全部因素。

六、電力負荷預測的方法電氣工程學院負荷預測流程圖確定預測目標搜集相關歷史資料分析基礎資料獲取/預測相關因素選擇預測模型和方法，建模數據預處理模型參數辨識評價模型應用模型進行預測結果分析與評價超短期預測誤差不超過1%，短期預測誤差不超過3%，中期負荷誤差允許5%，長期的不超過15%第二節電力市場負荷預測

經驗技術與經典技術電氣工程學院1.專家預測法2.類比法3.主觀概率預測法4.單耗法5.負荷密度法6.比例系數增長法7.彈性系數法常規單一的負荷預測方法

電氣工程學院

專家預測法包括專家會議預測法專家小組法專家會議預測法是根據規定的原則選定一定數量的專家，按照一定的方式組織專家會議，發揮專家集體的智能結構效應，對預測對象未來的發展趨勢及狀況，作出判斷的方法。其中“頭腦風暴法”就是專家會議預測法的具體運用。一、專家預測法電氣工程學院

有助于專家們交換意見，通過互相啟發，可以彌補個人意見的不足；通過內外信息的交流與反饋，產生“思維共振”，進而將產生的創造性思維活動集中于預測對象，在較短時間內得到富有成效的創造性成果，為決策提供預測依據。專家會議優點電氣工程學院1、有時心理因素影響較大；

2、易屈服于權威或大多數人意見；

3、易受勸說性意見的影響；

4、不愿意輕易改變自己已經發表過的意見等。

缺點：電氣工程學院①如果參加者相互認識，要從同一職位（職稱或級別）的人員中選取，領導人員不應參加，否則可能對參加者造成某種壓力；②如果參加者互不認識，可從不同職位（職稱或級別）的人員中選取。這時，不論成員的職稱或級別的高低，都應同等對待；③參加者的專業應力求與所論及的預測對象的問題一致。

專家會議的人選三個原則：電氣工程學院

專家小組規模：10～15人為宜；時間：一般以進行20-60min最佳。會議提出的設想由分析組進行系統化處理，以便在后繼階段對提出的所有設想進行評估。電氣工程學院

專家小組法

專家小組法又稱“德爾菲法”，是專家調研法的形式之一。即各專家不通過會議形式交換意見和進行討論，而是在相互保密的情況下，用書面形式獨立地回答預測者提出的問題，并經過反復多次修改各自的意見，最后由預測者進行綜合分析，確定市場預測值。電氣工程學院

步驟：

1、首先成立預測小組，為預測做好準備，選擇專家，制定預測調研表；

2、第二步請專家做出初步判斷；

3、第三步，將上次預測的情況經過總結后，反饋給專家，請專家修改初次判斷；

4、最后確定預測值。電氣工程學院二、主觀概率法

主觀概率是人們憑經驗或預感而估算出來的概率。它與客觀概率不同，客觀概率是根據事件發展的客觀性統計出來的一種概率。在很多情況下，人們沒有辦法計算事情發生的客觀概率，因而只能用主觀概率來描述事件發生的概率。電氣工程學院

主觀概率法步驟：①準備相關資料；②編制主觀概率調研表；③匯總整理；④判斷預測。電氣工程學院三、用電單耗法式中：

Qh——某行業預測的需電量；

Ui——各種產品（產值）用電單耗；

Qi——各種產品產量（或產值）。

這個方法是根據預測期的產品產量或產值和用電單耗計算出需要的用電量，如下式：電氣工程學院

這個方法適用于工業比重大的系統，對于用戶已有生產或建設計劃中短期負荷預測，單耗法是有效的。缺點是需要做大量細致的調研工作，比較籠統，很難反映現代經濟、政治、氣候等條件的影響。

用電單耗法優缺點：電氣工程學院

四、負荷密度法

負荷密度一般以kW/km2表示。不同地區、不同功能的區域，負荷密度是不同的。利用負荷密度法，一般要將預測區域分成若干功能區，如商業區、工業區、居住區、文教區等，然后根據區域的經濟發展規劃、人口規劃、居民收入水平增長情況等，參照本地區或國內外類似地區的用電水平，選擇一個合適的負荷密度指標，推算功能區和整個預測區的用電負荷。計算公式是A=SD，其中S是土地面積，D是用電密度。廣東分類地區城市人均用電水平與負荷密度標準人均用電與負荷密度

地區分類

人均用電量[kWh／（人·a）]

負荷密度（MW/km2）

適用地區范圍

2000年

2010年

2020年

2000年

2010年

2020年

一類地區

3500～4500

7000～8500

9000～10000

9～12

13～17

18～22

廣州、深圳、珠海、佛山、順德、東莞、中山、江門和惠州、肇慶部分地區組成珠江三角洲經濟區內的城市電氣工程學院電力彈性系數一般定義為：式中：為電力生產（或消費）年均增長率為國民經濟指標的年均增長率（一般在電力負荷預測中，國民經濟指標采用國內生產總值）五、彈性系數法電氣工程學院a)如果已知電力生產或消費彈性系數的預測值，預測期內國內生產總值的年均增長率，則根據電力生產或消費彈性系數的一般定義，可測算出電力生產或消費的年均增長率：彈性系數法的一般步驟如下：電氣工程學院b)利用下列公式預測出規劃期所需的電力和電量

式中：

——規劃期需要的發電量或用電量，萬kWh；

——基年的實際發電量或用電量，萬kWh；

——規劃期采用的電力生產或消費彈性系數；

——規劃期預計的國內生產總值年均增長率；

——基年至規劃年間隔的年數。電氣工程學院c)預測出規劃期某年需要的發電量或用電量后，可根據下式計算出相應的電力需要量：式中：

——需預測的規劃年的發電負荷或用電負荷，萬kW；

——預測出的規劃年的發電量或用電量，萬kWh；

——規劃期采用的發電或用電負荷利用小時數。電氣工程學院第三節趨勢外推技術預測電氣工程學院電力負荷預測隨時間變化過程中，一般除了存在某種增長趨勢外，還普遍周期性變化。電力負荷隨時間的變化，以年為單位，既存在線性增長趨勢，又存在著季節性變化趨勢.線性趨勢a+bt與季節性趨勢構成乘法復合模型季節型趨勢預測技術電氣工程學院季節型趨勢先定線性趨勢預測，再季節預測技術

先定季節指數預測，再線性先確定線性趨勢，從數據中將它扣除后再定季節指數Ij電氣工程學院并取t=-(T-1),-(T-2),…-1,0求出電氣工程學院電氣工程學院P67【例4-1】某地區售電量表4-1，預測2009年一季度的售電量。序號年份季度（j）季供電量一次滑動平均Mt（1）二次平均滑動Mt(2)直線擬合Pt值擬合值Xt12005（1）1522005（2）1932005（3）742005（4）1012.7552006（1）161362006（2）2013.2572006（3）813.582006（4）1192007（1）16102007（2）22112007（3）9122007（4）12132008（1）19142008（2）25152008（3）15162008（4）18電氣工程學院回歸分析法（線性和非線性）(1)一元線性回歸預測模型該模型建立起負荷y與時間t的一元線性關系，一般具有較平穩歷史趨勢的預測。y=a+bt參數a,b用最小二乘法求解，即以誤差平方和最小來估計參數a，b。設給定的歷史負荷序列，Q表示誤差平方和，有電氣工程學院Q最小，說明預測值越接近歷史值，因此，令Q分別對a和b的兩個一階偏導數等于0，即求得帶入y=a+bt電氣工程學院例題已知各連續采樣時段t的歷史負荷值如表所示，試用一元線性回歸預測模型的參數a,bt123456784.885.496.747.318.2310.4111.7011.80電氣工程學院電氣工程學院電氣工程學院灰色模型

灰色預測模型（GrayForecastModel）是通過少量的、不完全的信息，建立數學模型并做出預測的一種預測方法.當我們應用運籌學的思想方法解決實際問題，制定發展戰略和政策、進行重大問題的決策時，都必須對未來進行科學的預測.預測是根據客觀事物的過去和現在的發展規律，借助于科學的方法對其未來的發展趨勢和狀況進行描述和分析，并形成科學的假設和判斷.電氣工程學院一、灰色系統.定義：系統作為一個包含若干相互關聯、相互制約的任意種類元素組成的具有某種特定功能的整體。系統內部存在有物質流、信息流、能量流。

電氣工程學院

通過下面的數據分析、處理過程，我們將了解到，有了一個時間數據序列后，如何建立一個基于模型的灰色預測。

1.數據的預處理首先我們從一個簡單例子來考察問題.

【例1】

設原始數據序列電氣工程學院對數據累加

于是得到一個新數據序列電氣工程學院

歸納上面的式子可寫為稱此式所表示的數據列為原始數據列的一次累加生成，簡稱為一次累加生成.顯然有

將上述例子中的

分別做成圖1、圖2.可見圖1上的曲線有明顯的擺動，圖2呈現逐漸遞增的形式，說明原始數據的起伏已顯著弱化.可以設想用一條指數曲線乃至一條直線來逼近累加生成數列

電氣工程學院圖2圖1為了把累加數據列還原為原始數列，需進行后減運算或稱相減生成，它是指后前兩個數據之差，如上例中電氣工程學院歸納上面的式子得到如下結果：一次后減其中電氣工程學院建立GM（1，1）灰微分方程電氣工程學院2.建模原理給定觀測數據列經一次累加得設滿足一階常微分方程（1）

（2）

（3）

電氣工程學院

其中a是常數，稱為發展灰數；b稱為內生控制灰數，是對系統的常定輸入.(4)

灰色建模的途徑是一次累加序列電氣工程學院（2）通過最小二乘法來估計常數a與b.令a，b的擬合向量電氣工程學院將（1）”寫為矩陣表達式(5)

則(5)式的矩陣形式為(6)

電氣工程學院方程組(6)的最小二乘估計為

(7)電氣工程學院把估計值

代入（4）式得時間響應方程由(8)式算得的

是擬合值；

為預報值.這是相對于一次累加序列

的擬合值，用后減運算還原，

就可得原始序列

的擬合值

可得原始序列

預報值.(8)電氣工程學院3.精度檢驗(1)殘差檢