第2章電力負(fù)荷預(yù)測2.1電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測概述2.2電力負(fù)荷預(yù)測的數(shù)據(jù)處置技術(shù)2.3確定性負(fù)荷預(yù)測方法2.4不確定性負(fù)荷預(yù)測方法2.5空間負(fù)荷預(yù)測2.6負(fù)荷預(yù)測評(píng)價(jià)2.1電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測概述1.負(fù)荷預(yù)測的根本概念及意義2.電力系統(tǒng)負(fù)荷的構(gòu)成和特點(diǎn)3.電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測分類及特點(diǎn)4.負(fù)荷預(yù)測的根本程序和影響要素負(fù)荷預(yù)測的根本概念及意義1)根本概念——負(fù)荷預(yù)測是根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性、增容決策、自然條件與社會(huì)影響等諸多要素，在滿足一定精度要求的條件下，確定未來某特定時(shí)辰的負(fù)荷數(shù)據(jù)，其中負(fù)荷是指電力需求量〔功率〕或用電量。是以電力負(fù)荷為對(duì)象進(jìn)展的一系列預(yù)測任務(wù)。2〕意義——預(yù)測未來電力負(fù)荷的時(shí)間分布和空間分布，為電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)轉(zhuǎn)提供可靠的決策根據(jù)。準(zhǔn)確的負(fù)荷預(yù)測，是衡量一個(gè)電力企業(yè)的管理能否走向現(xiàn)代化的顯著標(biāo)志之一。2.電力系統(tǒng)負(fù)荷的構(gòu)成和特點(diǎn)1〕采用不同的分類方法，將規(guī)劃區(qū)域范圍內(nèi)〔例如全國、省、地、縣〔市〕〕的電力負(fù)荷分成假設(shè)干類別；2〕分門別類地進(jìn)展分析研討和預(yù)測其能夠的變化趨勢；3〕采用某些綜合技術(shù)進(jìn)展研討和預(yù)測，便可以得到電力系統(tǒng)規(guī)劃中所需求的相關(guān)負(fù)荷資料。電力負(fù)荷按照不同的研討目的采用不同的分類方法按用電部門的屬性劃分按用電的目的劃分按用電單位或部門的重要性劃分按電力負(fù)荷的大小劃分電力系統(tǒng)規(guī)劃中負(fù)荷預(yù)測采用的分類方法主要是按用電的部門屬性劃分法和按負(fù)荷預(yù)測的時(shí)間長短的劃分法第一產(chǎn)業(yè)第二產(chǎn)業(yè)第三產(chǎn)業(yè)動(dòng)力、照明、電熱、操作控制及通訊一類、二類、三類最大負(fù)荷平均負(fù)荷最小負(fù)荷用電負(fù)荷：系統(tǒng)內(nèi)各用戶在某一時(shí)辰所耗用電力的總和供電負(fù)荷：用電負(fù)荷+網(wǎng)損(線路和變壓器損耗)發(fā)電負(fù)荷：供電負(fù)荷+發(fā)電廠廠用負(fù)荷國民經(jīng)濟(jì)行業(yè)用電：第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)和居民生活用電第一產(chǎn)業(yè)：農(nóng)、林、牧、漁、水利業(yè)第二產(chǎn)業(yè)：工業(yè)和建筑業(yè)第三產(chǎn)業(yè)：除一二產(chǎn)業(yè)用電中的其他部分一級(jí)負(fù)荷、二級(jí)負(fù)荷、三級(jí)負(fù)荷3.電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測分類及特點(diǎn)

用電負(fù)荷按用電部門的屬性劃分工業(yè)用電：重工業(yè)用電、輕工業(yè)用電農(nóng)業(yè)用電：排灌用電、農(nóng)副加工用電、鄉(xiāng)村照明用電

交通用電：電氣鐵路用電、城市交通用電市政用電、商業(yè)用電、街道照明用電、家庭生活用電、公共文娛用電負(fù)荷預(yù)測按時(shí)間分類電網(wǎng)調(diào)度部門電力規(guī)劃部門

長期以年為單位10~30年中期數(shù)周至一月5~10年短期24~48小時(shí)以內(nèi)1~5年超短期1小時(shí)以內(nèi)負(fù)荷預(yù)測按行業(yè)分類負(fù)荷預(yù)測按特性分類最高負(fù)荷、最低負(fù)荷、平均負(fù)荷負(fù)荷峰谷差，頂峰負(fù)荷平均，低谷負(fù)荷平均平峰負(fù)荷平均、全網(wǎng)負(fù)荷母線負(fù)荷，負(fù)荷率4.負(fù)荷預(yù)測的根本程序和影響要素1〕調(diào)查和選擇歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)資料2〕歷史資料的整理3〕對(duì)負(fù)荷數(shù)據(jù)的預(yù)處置4〕建立負(fù)荷預(yù)測模型5〕預(yù)測模型的運(yùn)用6〕預(yù)測結(jié)果的評(píng)價(jià)7〕預(yù)測精度的評(píng)價(jià)8〕編寫預(yù)測分析報(bào)告根本程序1〕經(jīng)濟(jì)開展程度及經(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)〕的影響6〕需求側(cè)管理措施的影響7〕電力供應(yīng)側(cè)8〕政策要素影響要素常用負(fù)荷曲線日負(fù)荷曲線:一天內(nèi)每小時(shí)(整點(diǎn)時(shí)辰)負(fù)荷的變化情況。年負(fù)荷曲線:每年每個(gè)月最大負(fù)荷變化情況。2.2電力負(fù)荷預(yù)測的數(shù)據(jù)處置技術(shù)1.歷史數(shù)據(jù)的作用歷史數(shù)據(jù)是負(fù)荷預(yù)測的根基。任何預(yù)測技術(shù)都是針對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)展研討的，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)在規(guī)律，進(jìn)而預(yù)測未來負(fù)荷。歷史數(shù)據(jù)的真實(shí)、準(zhǔn)確和簡約直接影響到預(yù)測精度的高低。2.數(shù)據(jù)處置的必要性【必要性】歷史數(shù)據(jù)的正確性直接影響到預(yù)測精度的高低。因此需求對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)展合理性分析，去偽存真?！疽饬x】數(shù)據(jù)的前置處置可使原始數(shù)據(jù)得到優(yōu)化，降低算法的時(shí)間和空間復(fù)雜性，利于算法的最終實(shí)現(xiàn)?！靖疽蟆颗懦藶橐鼗蚪y(tǒng)計(jì)口徑不同帶來的誤差；盡量減少“異常數(shù)據(jù)〞；對(duì)缺失數(shù)據(jù)進(jìn)展合理處置。3.數(shù)據(jù)處置的根本內(nèi)容〔1〕數(shù)據(jù)補(bǔ)全：可運(yùn)用人工填寫空值、運(yùn)用最能夠的值填充、運(yùn)用一個(gè)全局常量填充等方法?！?〕數(shù)據(jù)噪聲處置：由于數(shù)據(jù)錄入或丈量儀表等緣由能夠使數(shù)據(jù)存在較大的偏向，為了保證預(yù)測模型的有效性，必需對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)展相關(guān)處置，常用的方法有分箱、聚類、回歸、計(jì)算機(jī)和人工檢查結(jié)合四類方法?！?〕負(fù)荷數(shù)據(jù)預(yù)處置：對(duì)歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)資料中的異常值的平穩(wěn)化以及缺失數(shù)據(jù)的補(bǔ)遺。主要采用程度處置、垂直處置方法。對(duì)異常數(shù)據(jù)，主要采用程度處置和垂直處置方法數(shù)據(jù)的程度處置：分析數(shù)據(jù)時(shí)，將前后兩個(gè)時(shí)間的負(fù)荷數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)，設(shè)定待處置數(shù)據(jù)的最大變動(dòng)范圍，當(dāng)待處置數(shù)據(jù)超越這個(gè)范圍，就視為不良數(shù)據(jù)，采用平均值的方法平穩(wěn)其變化；數(shù)據(jù)的垂直處置：在負(fù)荷數(shù)據(jù)預(yù)處置時(shí)思索其24h的小周期，即以為不同日期的同一時(shí)辰的負(fù)荷應(yīng)該具有類似性，同時(shí)辰的負(fù)荷值應(yīng)維持在一定的范圍內(nèi)，對(duì)于超出范圍的不良數(shù)據(jù)，修正為待處置數(shù)據(jù)的最近幾天該時(shí)辰的負(fù)荷平均值。1〕負(fù)荷預(yù)測的數(shù)據(jù)補(bǔ)全缺失數(shù)據(jù)無法逃避，它的存在增大了預(yù)測誤差。缺失數(shù)據(jù)的處置方法(1)將缺失數(shù)據(jù)剔除(2)用插補(bǔ)法補(bǔ)全數(shù)據(jù)單一插補(bǔ)：一個(gè)缺失值構(gòu)造一個(gè)替代值。穩(wěn)定性不夠，適用于某些特定數(shù)據(jù)組。多重插補(bǔ)：一個(gè)缺失值構(gòu)造多個(gè)替代值，用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法處置，效果好，但任務(wù)量大。數(shù)據(jù)補(bǔ)全的普通算法首端、末端數(shù)據(jù)空缺的補(bǔ)全采用趨勢比例計(jì)算替代空缺數(shù)據(jù)，詳細(xì)可采用級(jí)比生成法。設(shè)有n元原始數(shù)列X，{X}={x(1),x(2),x(3),...x(n)}假設(shè)其首端、末端數(shù)據(jù)空缺，即{X}={w(1),x(2),x(3),...w(n)}此處，w(1)和w(n)為空缺數(shù)據(jù)。H(k)為{X}的級(jí)比，定義為：H(k)=X(k)/X(k?1)那么2.中間數(shù)據(jù)空缺的補(bǔ)全適用于參考數(shù)據(jù)序列中間段假設(shè)干數(shù)據(jù)出現(xiàn)缺失的情況?！?〕非鄰均值生成法假設(shè)原始數(shù)列{X}為[X(1),X(2),…,X(k?1),w(k),X(k+1),…,X(n)]其中w(k)為空缺數(shù)據(jù)，記點(diǎn)k的生成值為w(k)，且w(k)=0.5X(k?1)+0.5X(k+1)〔2〕遞推式非鄰均值生成法：適用于中間數(shù)據(jù)空缺較多的情況。步驟：1>用空缺數(shù)據(jù)兩端的數(shù)據(jù)采用非鄰均值生成法得到中間的空缺數(shù)據(jù)；2>再用兩端的數(shù)據(jù)和己得出的空缺數(shù)據(jù)逐個(gè)采用非鄰均值生成法原始數(shù)列{X}=[X(1),X(2),,w(k1),w(k2),w(ki),,X(n)],其中w(kj)中(j=1,…,i)為空缺數(shù)據(jù)，那么2.3確定性負(fù)荷預(yù)測方法

確定性負(fù)荷預(yù)測是把電力負(fù)荷預(yù)測用一個(gè)或一組方程描畫，電力負(fù)荷與變量之間有明確的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系?？煞譃殚啔v技術(shù)預(yù)測法、經(jīng)典技術(shù)預(yù)測法、經(jīng)濟(jì)模型預(yù)測法、時(shí)間序列預(yù)測法、相關(guān)系數(shù)預(yù)測法等。一、閱歷技術(shù)預(yù)測方法1.專家預(yù)測法專家預(yù)測法又分為專家會(huì)議法和專家小組法。專家會(huì)議法：經(jīng)過召集專家開會(huì)，面對(duì)面討論。缺陷：與會(huì)人數(shù)有限，影響代表性；權(quán)威者意見能夠起主導(dǎo)作用，影響其他人看法。專家小組法：專家們不經(jīng)過會(huì)議方式，而是以書面的方式獨(dú)立發(fā)表個(gè)人見解，專家之間相互嚴(yán)密，經(jīng)過多次反復(fù)，給專家們重新思索并修正原先意見的時(shí)機(jī)，最后綜合出預(yù)測結(jié)果。2.類比法將類似事物進(jìn)展對(duì)比分析，經(jīng)過知事物對(duì)未知事物或新事物進(jìn)展預(yù)測。3.客觀概率法請假設(shè)干專家來估計(jì)某特定事件發(fā)生的客觀概率，然后綜合得出該事件的概率。二、需電量經(jīng)典預(yù)測方法用電單耗法電力彈性系數(shù)法負(fù)荷密度法綜合用電程度法人均電量目的換算法分部門法回歸分析法時(shí)間序列法1.用電單耗法根據(jù)產(chǎn)品〔或產(chǎn)值〕用電單耗和產(chǎn)品產(chǎn)量〔或產(chǎn)值〕來推算電量，是預(yù)測有單耗目的的工業(yè)和部分農(nóng)業(yè)用電量的一種直接有效的方法。所需求的用電量A=預(yù)測期的產(chǎn)品產(chǎn)量b(或產(chǎn)值)×用電單耗量g，即A=bg適用于已有消費(fèi)或建立方案的中近期負(fù)荷預(yù)測。2.電力彈性系數(shù)法電力彈性系數(shù)——某一時(shí)期內(nèi)用電量的年平均增長率Ix與同時(shí)期國民消費(fèi)總值(GDP)年平均增長率Iy的比值。假設(shè)國內(nèi)消費(fèi)總值和需電量均按比例正常增長，那么需電量為：其中，Am——預(yù)測終止年份的用電量；A0——預(yù)測起始年份的用電量；km——預(yù)測ｍ年期限之內(nèi)的平均彈性系數(shù)；m——預(yù)測期的年數(shù)。【例1】某地域根據(jù)以往數(shù)據(jù)，結(jié)合地域開展規(guī)劃電力彈性系數(shù)取為1.05。GDP產(chǎn)值年平均增長率為15%，2003年的用電量為20億度，預(yù)測2021年的用電量。解：A2021=A2003〔1+kmky〕m=20〔1+0.15×1.05〕6=48〔億kW·h〕優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算簡單。缺陷：預(yù)測結(jié)果準(zhǔn)確度不高，可用作遠(yuǎn)期規(guī)劃粗線條的負(fù)荷預(yù)測。

3.負(fù)荷密度法負(fù)荷密度d是指每平方公里土地面積上的平均負(fù)荷數(shù)值。參照城市開展規(guī)劃、人口規(guī)劃、居民收入程度增長情況。以地域土地面積〔或建筑面積〕的平均耗電量為參考根據(jù)的預(yù)測方法。計(jì)算式A=SD式中A——某地域的年〔月〕用電量；S——該地域的人口數(shù)〔或建筑面積、土地面積〕；D——人均電量〔kWh/人〕或用電密度〔kwh/m2〕?！纠?】右表為1987年我國部分大城市負(fù)荷密度〔kW/km2〕。北京市在規(guī)劃城市負(fù)荷程度時(shí)，對(duì)四環(huán)內(nèi)負(fù)荷密度按40~50MW/km2、四環(huán)以外至規(guī)劃市區(qū)邊緣負(fù)荷密度按10MW/km2、市區(qū)外那么按0.19~0.32MW/km2進(jìn)展規(guī)劃和設(shè)計(jì)。城市全市市區(qū)市中心北京126.71733.02832.0沈陽98.3218.452829.8上海————6957.0廣州73.0526.505217.0重慶37.21195.03553.0天津137.6222.24620.9珠海50.672.0673.1武漢120.254329.04.人均電量目的換算法選取一個(gè)與本地域人文地理?xiàng)l件、經(jīng)濟(jì)開展等各方面類似的國內(nèi)外地域作為比較對(duì)象，經(jīng)過分析比較兩地過去和如今的人均電量目的得到本地域的人均電量預(yù)測值，再結(jié)合人口分析得到總用電量的預(yù)測值。5.分部門法分別對(duì)生活用電和產(chǎn)業(yè)用電進(jìn)展預(yù)測，二者相加得到總需求電量的預(yù)測。思索了各部門對(duì)負(fù)荷的影響，精度高。數(shù)據(jù)量需求大。最大負(fù)荷值傳統(tǒng)的預(yù)測方法當(dāng)知規(guī)劃期的負(fù)荷需用電量后，普通可用最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)法、同時(shí)率法預(yù)測最大負(fù)荷值。1〕最大負(fù)荷利用小時(shí)法最大負(fù)荷=預(yù)測需電量/年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)

年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)——參考?xì)v史統(tǒng)計(jì)值及經(jīng)負(fù)荷特性分析后確定。2〕同時(shí)率法綜合用電最大負(fù)荷=供電地域的最大負(fù)荷之和同時(shí)率K最大發(fā)電負(fù)荷=綜合用電最大負(fù)荷+系統(tǒng)的線損和廠用電由于各用戶的最大值不能夠在同一時(shí)辰出現(xiàn)，普通同時(shí)率的大小與電力用戶的多少、各用戶的用電特點(diǎn)等有關(guān)，每個(gè)系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)實(shí)踐統(tǒng)計(jì)資料確定。2.4不確定性負(fù)荷預(yù)測方法分類：中長期負(fù)荷預(yù)測方法灰色預(yù)測法模糊預(yù)測法短期和超短期負(fù)荷預(yù)測法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測法小波預(yù)測法混沌預(yù)測法1.灰色預(yù)測法假設(shè)：廣義能量系統(tǒng)內(nèi)，隨機(jī)序列量的累加所構(gòu)成的新序列具有指數(shù)增長規(guī)律。根底：灰色系統(tǒng)實(shí)際“白箱〞---全部信息知“黑箱〞---全部信息未知“灰箱〞---部分信息知中心：灰色動(dòng)態(tài)建模(GreyDynamicModel,GM)將時(shí)間序列轉(zhuǎn)化為微分方程，建立系統(tǒng)開展變化的動(dòng)態(tài)模型灰色預(yù)測法的步驟：第一步：將電力負(fù)荷視為灰色量，生成灰色序列第二步：累加得灰色模型，灰色過程變“白〞第三步：調(diào)整、修正和取舍數(shù)據(jù)，提高精度第四步：累減復(fù)原數(shù)據(jù)，得到預(yù)測值優(yōu)點(diǎn)：要求負(fù)荷數(shù)據(jù)少，不思索分布規(guī)律，運(yùn)算方便。缺陷：當(dāng)數(shù)據(jù)離散度大時(shí)，預(yù)測精度降低?；疑A(yù)測法改良灰色預(yù)測技術(shù)改良的必要性灰色預(yù)測模型的改良方法〔1〕改造原始數(shù)列〔2〕改良預(yù)測模型〔3〕改良技術(shù)方法2.模糊預(yù)測法根底：模糊數(shù)學(xué)引入隸屬度、隸屬函數(shù)等重要概念來分析處置不確定或不完好、模糊性較大的數(shù)據(jù)。中心：隸屬函數(shù)不再將事物間的關(guān)系簡單視為二值邏輯，而是采用隸屬函數(shù)描畫事物間的從屬、相關(guān)關(guān)系。特點(diǎn)：多方面改良較常規(guī)的預(yù)測算法在精度、對(duì)原始數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度要求以及預(yù)測結(jié)果的提供方式上有很大的改良。2.5空間負(fù)荷預(yù)測概念：也稱小區(qū)負(fù)荷預(yù)測(SLF)，定義為在未來電力部門的供電范圍內(nèi)，根據(jù)區(qū)域不同的電壓程度對(duì)各網(wǎng)格區(qū)域進(jìn)展預(yù)測。作用：1〕為有關(guān)部門提供相對(duì)詳細(xì)的用地規(guī)劃、地塊性質(zhì)、建筑面積、建筑物構(gòu)成等信息。2〕對(duì)于新開發(fā)的區(qū)域，缺乏歷史的負(fù)荷數(shù)據(jù)，因此不能用趨勢法來進(jìn)展預(yù)測，而空間負(fù)荷預(yù)測法就不存在這樣的問題。3〕電網(wǎng)中經(jīng)常出現(xiàn)的負(fù)荷轉(zhuǎn)移問題會(huì)對(duì)常規(guī)負(fù)荷預(yù)測方法的結(jié)果產(chǎn)生很大影響，而空間負(fù)荷預(yù)測法那么不受其影響。4〕常規(guī)負(fù)荷預(yù)測方法很難思索小區(qū)用地性質(zhì)改動(dòng)后的負(fù)荷開展情況，而空間負(fù)荷預(yù)測卻可以做到。1.空間負(fù)荷預(yù)測流程空間信息搜集土地運(yùn)用決策負(fù)荷增長預(yù)測利用地理信息系統(tǒng)(GIS)平臺(tái)對(duì)待預(yù)測區(qū)域的空間信息進(jìn)展處置，可搜集該區(qū)域在地理、交通、社區(qū)、市政和城市規(guī)劃方面的信息根據(jù)不同負(fù)荷類別及區(qū)域運(yùn)用條件，對(duì)待預(yù)測區(qū)域內(nèi)預(yù)備開發(fā)的空地進(jìn)展順應(yīng)性評(píng)價(jià)，按得分高低決議未來各區(qū)域開展情況根據(jù)用地決策得到的各類負(fù)荷用地域域面積，然后根據(jù)已有的各類用地的負(fù)荷密度，可得到該區(qū)域的新增用地的負(fù)荷增長情況。配電網(wǎng)規(guī)劃預(yù)測根本方法1〕負(fù)荷密度法：負(fù)荷密度是指單位面積上用戶耗費(fèi)電力的多少，隨著用戶特點(diǎn)(土地運(yùn)用特點(diǎn))的不同，負(fù)荷密度亦不一樣。2〕用地仿真法：經(jīng)過分析城市土地利用的特性和開展規(guī)律，預(yù)測城市土地的運(yùn)用類型、分布和面積構(gòu)成，并將土地運(yùn)用情況轉(zhuǎn)換成空間負(fù)荷。3〕趨勢分析法：趨勢分析法廣泛運(yùn)用于對(duì)電力負(fù)荷總量的估計(jì)預(yù)測，在空間負(fù)荷預(yù)測中也可以采用。2.6負(fù)荷預(yù)測的綜合評(píng)價(jià)綜合評(píng)價(jià)的必要性分析誤差大小、研討誤差緣由、認(rèn)識(shí)預(yù)測結(jié)果準(zhǔn)確度、改良負(fù)荷預(yù)測任務(wù)、選用適當(dāng)預(yù)測方法。預(yù)測誤差用以衡量一個(gè)預(yù)測模型的運(yùn)用效果