電力負(fù)荷預(yù)測(cè)方法研究綜述摘要：負(fù)荷預(yù)測(cè)是電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基礎(chǔ)，根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)原理的不同，將負(fù)荷預(yù)測(cè)方法分為傳統(tǒng)預(yù)測(cè)法和現(xiàn)代預(yù)測(cè)法兩種。本文對(duì)負(fù)荷預(yù)測(cè)方法進(jìn)行了全面的綜述研究，分析各種預(yù)測(cè)方法的基本原理及優(yōu)缺點(diǎn)，合理的選擇負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，可以有效的提高負(fù)荷預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率。

關(guān)鍵詞：負(fù)荷預(yù)測(cè)電力負(fù)荷預(yù)測(cè)模型

0引言

負(fù)荷預(yù)測(cè)是基于電力系統(tǒng)所處的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、氣候等外部環(huán)境下，對(duì)電力負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，結(jié)合社會(huì)經(jīng)濟(jì)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)以及工程技術(shù)等學(xué)科知識(shí)進(jìn)行定性定量分析，探索同類事物之間存在的內(nèi)部聯(lián)系和發(fā)展規(guī)律，對(duì)未來(lái)某特定時(shí)刻的負(fù)荷情況做出預(yù)先估計(jì)和預(yù)測(cè)。

電力負(fù)荷的變化受到政治、經(jīng)濟(jì)、氣象等多種不斷變化的因素影響，為滿足不同場(chǎng)合的負(fù)荷預(yù)測(cè)精度要求，通常會(huì)采用不同的負(fù)荷預(yù)測(cè)方法。近年來(lái)，隨著人們對(duì)負(fù)荷預(yù)測(cè)技術(shù)研究的不斷深入，負(fù)荷預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度也在不斷地提高。

1負(fù)荷預(yù)測(cè)分類

按時(shí)間分類；長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)（未來(lái)3~5年甚至更長(zhǎng)時(shí)間）、中期負(fù)荷預(yù)測(cè)（未來(lái)幾個(gè)月至一年時(shí)間）、短期負(fù)荷預(yù)測(cè)（日負(fù)荷預(yù)測(cè)和周負(fù)荷預(yù)測(cè)）以及超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)（未來(lái)幾天內(nèi)）。

按行業(yè)分類；城市民用負(fù)荷預(yù)測(cè)、商業(yè)負(fù)荷預(yù)測(cè)、工業(yè)負(fù)荷預(yù)測(cè)、農(nóng)村負(fù)荷預(yù)測(cè)和其他負(fù)荷預(yù)測(cè)。

按特性分類；高負(fù)荷及最低負(fù)荷預(yù)測(cè)、平均負(fù)荷預(yù)測(cè)、全網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)、負(fù)荷峰谷差預(yù)測(cè)、母線負(fù)荷預(yù)測(cè)。

2負(fù)荷預(yù)測(cè)方法

2.1傳統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)法

（1）趨勢(shì)外推法

趨勢(shì)外推法又稱曲線擬合法、曲線回歸法。分析負(fù)荷的歷史數(shù)據(jù)，擬合出一條曲線（包括直線、指數(shù)曲線、冪函數(shù)曲線、S型曲線等）來(lái)反應(yīng)負(fù)荷變化趨勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)荷預(yù)測(cè)。

優(yōu)點(diǎn)：原理簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)需求量小，使用方便。

缺點(diǎn)：由于負(fù)荷的多樣性和隨機(jī)性，很難找到合適的曲線來(lái)準(zhǔn)確表達(dá)負(fù)荷變化規(guī)律。適用于負(fù)荷變化較平穩(wěn)的時(shí)間段和區(qū)域內(nèi)，常作為短期城市電網(wǎng)的規(guī)劃預(yù)測(cè)。

（2）時(shí)間序列法

時(shí)間序列法是對(duì)負(fù)荷的歷史數(shù)據(jù)時(shí)間序列進(jìn)行分析，確定其變化規(guī)律和基本特征，并建立模型，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)未來(lái)負(fù)荷的預(yù)測(cè)。

優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)需求量小，程序簡(jiǎn)便，計(jì)算速度快，工作量小。技術(shù)較成熟，實(shí)際生產(chǎn)中已得到廣泛應(yīng)用。

缺點(diǎn)：分析建模過(guò)程復(fù)雜，模型對(duì)原始時(shí)間序列平穩(wěn)性要求較高，對(duì)負(fù)荷波動(dòng)較大的地區(qū)，預(yù)測(cè)難度較大。適用于負(fù)荷變化較均勻地區(qū)的短期負(fù)荷預(yù)測(cè)。

（3）回歸分析法

回歸分析法又稱統(tǒng)計(jì)分析法，根據(jù)負(fù)荷的歷史記錄以及其它對(duì)負(fù)荷有影響的相關(guān)因素，建立因變量和自變量之間的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)未來(lái)負(fù)荷的目的。

優(yōu)點(diǎn)：原理簡(jiǎn)單易懂，數(shù)據(jù)需求量小，計(jì)算速度快，預(yù)測(cè)精度相對(duì)時(shí)間序列法要高一些。

缺點(diǎn)：對(duì)于較為復(fù)雜的情況時(shí)，無(wú)法詳細(xì)考慮各種影響負(fù)荷的因素，難以建立精確的模型，對(duì)于具有沖擊性負(fù)荷的地區(qū)誤差較大，一般適用于長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)。

（4）灰色預(yù)測(cè)法

灰色預(yù)測(cè)法一般用于數(shù)據(jù)中存在未知項(xiàng)的系統(tǒng)，是以灰色理論為基礎(chǔ)的一種預(yù)測(cè)方法。灰色理論是將一切隨機(jī)變量看作變化的灰色量，通過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算，將毫無(wú)規(guī)律可循的原始數(shù)據(jù)整理成整齊的數(shù)據(jù)，列寫微分方程并解出響應(yīng)函數(shù)，作為灰色預(yù)測(cè)模型，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)荷預(yù)測(cè)。

優(yōu)點(diǎn)：負(fù)荷呈現(xiàn)指數(shù)變化時(shí)，預(yù)測(cè)精度高，數(shù)據(jù)需求量較小，不需要考慮數(shù)據(jù)本身變化趨勢(shì)，操作方便，易于檢查，能夠有效避免相關(guān)因素的干擾。

缺點(diǎn)：具有一定的局限性，對(duì)于非指數(shù)變化的負(fù)荷，預(yù)測(cè)精度低，不適合長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)，在生產(chǎn)中實(shí)際應(yīng)用較少。

（5）空間負(fù)荷預(yù)測(cè)法

空間負(fù)荷預(yù)測(cè)法是根據(jù)電網(wǎng)電壓等級(jí)的不同，將預(yù)測(cè)規(guī)劃區(qū)按照一定原則劃分為相應(yīng)大小的網(wǎng)格或不規(guī)則大小的小區(qū)，然后分別預(yù)測(cè)每個(gè)小區(qū)中電力用戶負(fù)荷的數(shù)量和產(chǎn)生時(shí)間[1]。

優(yōu)點(diǎn)：方法簡(jiǎn)便，數(shù)據(jù)采集容易，預(yù)測(cè)精度高，適用于長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)。

缺點(diǎn)：小區(qū)不能太小，數(shù)據(jù)采樣區(qū)域大小不同，會(huì)存在誤差，對(duì)歷史負(fù)荷為零的空地負(fù)荷預(yù)測(cè)難度大。

（6）相似日法

相似日法是通過(guò)對(duì)與待預(yù)測(cè)日相似的某些日（即相似日）的負(fù)荷進(jìn)行修正，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)荷預(yù)測(cè)的一種方法。該法采用某一特定差異評(píng)價(jià)函數(shù)，來(lái)尋找相似日，根據(jù)待預(yù)測(cè)日相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修正。

優(yōu)點(diǎn)：原理簡(jiǎn)單，應(yīng)用方便。

缺點(diǎn)：特定差異評(píng)價(jià)函數(shù)較難建立，相似日修正工作較困難，預(yù)測(cè)精度不高。

（7）單耗法

單耗法是根據(jù)不同產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)量或產(chǎn)值所需耗用的電量和預(yù)測(cè)期所生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量或產(chǎn)值來(lái)預(yù)測(cè)電力負(fù)荷的方法。

優(yōu)點(diǎn)：方法簡(jiǎn)單，效果明顯，短期負(fù)荷預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度高。

缺點(diǎn)：需做大量的統(tǒng)計(jì)分析工作，工作量大，易受政治經(jīng)濟(jì)、環(huán)境氣候等外界因素影響。

（8）相關(guān)分析法

相關(guān)分析法是通過(guò)測(cè)定電力負(fù)荷與相關(guān)因素之間對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立相關(guān)分析模型對(duì)電力負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)和控制的一種方法。

優(yōu)點(diǎn)：原理簡(jiǎn)單，預(yù)測(cè)精度高。

缺點(diǎn)：需要對(duì)各相關(guān)因素進(jìn)行詳盡分析，所需數(shù)據(jù)量較大。

（9）指數(shù)平滑法

指數(shù)平滑法是一種特殊的加權(quán)移動(dòng)平均法，其加權(quán)法的特點(diǎn)是對(duì)離預(yù)測(cè)期近的歷史數(shù)據(jù)給予較大的權(quán)數(shù)，對(duì)離預(yù)測(cè)期遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)給予較小的權(quán)數(shù)，權(quán)數(shù)由近到遠(yuǎn)按指數(shù)規(guī)律遞減[2]。

優(yōu)點(diǎn)：根據(jù)波動(dòng)的曲線進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)精度較高

缺點(diǎn)：計(jì)算量大，需進(jìn)行比對(duì)，對(duì)負(fù)荷曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)的分辨能力低，加權(quán)存在局限性。

（10）卡爾曼濾波法

卡爾曼濾波法又稱狀態(tài)空間法，它將電力負(fù)荷分解為確定分量和隨機(jī)分量，確定分量利用一階線性模型進(jìn)行描述來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)[3]，隨機(jī)分量則利用狀態(tài)變量來(lái)表示，建立狀態(tài)空間模型來(lái)進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)，常用于短期負(fù)荷預(yù)測(cè)中。

優(yōu)點(diǎn)：它們組合可以提高預(yù)測(cè)值的準(zhǔn)確度

缺點(diǎn)：?jiǎn)为?dú)進(jìn)行預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度較低，實(shí)際應(yīng)用中難以估計(jì)出噪音的統(tǒng)計(jì)特性。

2.2現(xiàn)代負(fù)荷預(yù)測(cè)法

（1）專家系統(tǒng)法

專家系統(tǒng)是利用電網(wǎng)負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)，并獲取相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)建立起來(lái)的一個(gè)智能化系統(tǒng)。專家系統(tǒng)法對(duì)負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、推理和判斷，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷預(yù)測(cè)的目的。

優(yōu)點(diǎn)：建模簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快，可靠性高，計(jì)算機(jī)為載體，能匯集多個(gè)專家的知識(shí)，經(jīng)驗(yàn)、資料豐富，能綜合考慮多個(gè)影響因素。

缺點(diǎn)：專家知識(shí)庫(kù)構(gòu)建困難，容易受人為因素影響，針對(duì)性強(qiáng)，適用于某一固定系統(tǒng)，不具廣泛性，缺乏自適應(yīng)能力，需要不斷更新。

（2）小波分析法

小波分析法是一種時(shí)頻域分析方法，將時(shí)域信號(hào)分解為分布在不同頻段的頻率信號(hào)，每個(gè)頻率信號(hào)都對(duì)應(yīng)不同序列的負(fù)荷信號(hào)。對(duì)不同頻率子信號(hào)的分步預(yù)測(cè)，進(jìn)行信號(hào)重組就可得到準(zhǔn)確的負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果。

優(yōu)點(diǎn)：精確度高，適用于短期負(fù)荷預(yù)測(cè)。

缺點(diǎn)：耗時(shí)長(zhǎng)，不能考慮外界因素影響，并且小波基的選擇直接影響預(yù)測(cè)結(jié)果。

（3）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是搭建一個(gè)合適的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，選取歷史數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本，對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練直到其精度滿足要求，此神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就可以作負(fù)荷預(yù)測(cè)模型。

優(yōu)點(diǎn)：考慮負(fù)荷的各種影響因素，預(yù)測(cè)精度非常高。

缺點(diǎn)：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的確定人為因素占主要，學(xué)習(xí)速度慢、存在局部極小點(diǎn)。

（4）模糊預(yù)測(cè)法

模糊預(yù)測(cè)法是建立在模糊數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)上的一種新的負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，利用有限規(guī)則推理出一個(gè)隸屬函數(shù)，反映負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)和外界環(huán)境的一個(gè)非線性函數(shù)關(guān)系。對(duì)比歷史負(fù)荷和待測(cè)負(fù)荷的環(huán)境差異，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷預(yù)測(cè)。

優(yōu)點(diǎn)：將模糊對(duì)象具體化分析，適用中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)。

缺點(diǎn)：精確度受外界條件限制、歷史數(shù)據(jù)要求多，實(shí)際應(yīng)用困難。

（5）支持向量機(jī)法

支持向量機(jī)法是基于統(tǒng)計(jì)學(xué)原理上的一種負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，它是建立在VC維理論和結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化原則的基礎(chǔ)上，專門研究有限樣本預(yù)測(cè)的一種學(xué)習(xí)方法[4]。對(duì)小樣本、非線性負(fù)荷預(yù)測(cè)效果較理想。

優(yōu)點(diǎn)：擬合精度高、計(jì)算速度快，充分考慮外界因素影響，精確度較高。

缺點(diǎn)：需要依賴經(jīng)驗(yàn)確定初值及核心函數(shù)，人為因素影響大，編程困難，實(shí)際應(yīng)用較少。

（6）混沌理論法

混沌理論法是近年來(lái)才被廣泛應(yīng)用到負(fù)荷預(yù)測(cè)中的，它將負(fù)荷整體視為一個(gè)非線性系統(tǒng)模型，找出它與混沌系統(tǒng)的共同點(diǎn)，并從一維歷史數(shù)據(jù)中構(gòu)造系統(tǒng)的重構(gòu)相空間來(lái)描述負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷預(yù)測(cè)。

優(yōu)點(diǎn)：預(yù)測(cè)精度和速度上有很大提高，應(yīng)用前景較好。

缺點(diǎn)：需要保留數(shù)據(jù)時(shí)間較長(zhǎng)，及時(shí)修改。

（7）數(shù)據(jù)挖掘法

數(shù)據(jù)挖掘法是通過(guò)從大量的歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)中挖掘出隱藏的、對(duì)負(fù)荷預(yù)測(cè)有價(jià)值的重要信息，找出負(fù)荷變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷預(yù)測(cè)。

優(yōu)點(diǎn)：在復(fù)雜環(huán)境下，能準(zhǔn)確提取有效負(fù)荷數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)精度高，適用于短期負(fù)荷預(yù)測(cè)。

缺點(diǎn)：方法繁瑣，數(shù)據(jù)需求量大。

（8）綜合模型預(yù)測(cè)法

面對(duì)復(fù)雜的負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)，單一的模型預(yù)測(cè)通常難以滿足預(yù)測(cè)精度的要求，綜合模型預(yù)測(cè)法就是利用歷史數(shù)據(jù)建立多個(gè)模型來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷預(yù)測(cè)的一種方法。

優(yōu)點(diǎn)：克服了單一模型的不足，精度較高。

缺點(diǎn)：計(jì)算速度降低，增加建模難度，實(shí)際應(yīng)用困難。

3結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)負(fù)荷預(yù)測(cè)方法進(jìn)行了詳細(xì)分析，傳統(tǒng)預(yù)測(cè)方法比較成熟，但受外界環(huán)境影響較大，預(yù)測(cè)精度相對(duì)不高；現(xiàn)代預(yù)測(cè)法相對(duì)于傳統(tǒng)預(yù)測(cè)法來(lái)說(shuō)，預(yù)測(cè)精度有了很大提高，方法更加智能，受外界環(huán)境影響小，但是技術(shù)方面還存在一些不足，需要不斷的更新和改進(jìn)。如何將幾種不同的智能算法有機(jī)結(jié)合起來(lái)，不斷完善和提高現(xiàn)代預(yù)測(cè)方法的精度，將是今后的一個(gè)研究方向。

參考文獻(xiàn)

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