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1、浙江大学硕士学位论文电力系统短期负荷预测技术的研究与应用姓名：张涛申请学位级别：硕士专业：电气工程指导教师：吴国忠;许荣生20050501摘要电力系统短期负荷预测对电力系统可靠、安全、经济运行具有重要作用，它涉及到电力系统的日常运行和计划，是电力部门的一项重要工作。准确的负荷预测有助于提高系统的安全性和稳定性，能够减少发电成本。由于电力系统负荷的复杂性，各种传统的负荷预测技术越来越难以满足电力部门对预测精度等方面的要求，国内外专家学者提出的多种新的短期负荷预测方法又各有其不足之处，制约了它们在实际负荷预测中的应用。本文首先介绍了电力系统负荷的组成、特点，阐述了负荷预测的原理、起源及当前国内外电
2、力负荷预测领域应用概况，在分析比较了常用短期负荷预测方法的优缺点的基础上，对适用于胜利油田电网的灰色理论预测法进行了深入研究。论文以胜利油田电网作为预测对象，应用改进灰色预测模型进行短期负荷预测。预测结果较为满意，能满足实际生产的要求。论文对东营地区短期负荷预测管理系统的开发提出了构想。关键词：短期负荷预测灰色系统理论电力市场A b s t r a c tP o w e rs y s t e ms h o r t t e r m1 0 a df o r e c a s t i n g(S T L F)h a si m p o r t a n tf u n c t i o ni nt h er
3、e l i a b l e，s e c u r i t y，a n de c o n o m i c a lD p e r a t i o no fp o w e rs y s t e m，i ti so fc o n c e r ni nd a i l yw o r ko fp o w e rs y s t e m，i t i sa ni m p o r t a n tt a s ko fp a 霄e ru n i t s A c c u r a t el O a df o r e c a s t i n gw i l li m p r o v eo p e r a t i o ns e c
4、 u r i t ya n ds t 8 b i l i t ya n ds a v et h eg e n e r a t i o nc o s t B e c a u s eo ft h ec o m p l e x i t i e so f1 0 a d s。t r a d i t i o n a ll o a df o r e c a s t i n gt e c h n 0 1 0 9 ya r em o r ea n dm O r ed i f f i c u l tt os a t i s f yt h er e q u e s t so ff o r e c a s t i n
5、 gp r e c i s i o no fe l e c t r i cp o w e rd e p a r t l D e n t：m a n yk i n d so fn e ws h o r t t e r m1 0 a df o r e c a s t i n gm e t h o d st h a td o m e s t i ca n d i n t e r n a t i o n a le x p e r t sa n ds c h 0 1 a r sp u tf o r w a r dh a v et h e i rs h o r t c o m i n g se a c h
6、，w h i c hh a v er e s t r i c t e dt h e i ra p p li c a t i o ni na c t u 8 11 0 a df o r e c a s t i n g T h i sp a p e ri n t r O d u c ec o n s t i t u e n ta n dc h a r a c t e r i s t i co fe l e c t r i c1 0 a d，e x p a t i a t et h ep r i n c i p l eo fe l e c t r i cp o w e r1 0 a df o r e
7、 c a s t i n g，t h eo r i g i l 协t“ma n dd e v e l D p m e n t，t h eg e n e r a la s p e c to fp r e s e n td o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a le l e c t r i cp o w e rl O a df o r e c a s t i n g A f t e ra n a l y z ea n dc o m p a r et h es t r o n g p o i n ta n ds h o r t a g ef o rt h
8、 ec o 啪o nm e t h o d so fl o a df o r e c a s t i n g，t h i sp a p e rh a sd e e p l yr e s e a r c hi nS h e n 9 1 io i l f i e l dp o w e rg i r dw i t hg r e yt h e o r yf o r e c a s t i n g A sS h e n g l io i l f i e l dp o w e rg i r dt of o r e c a s t i n go b j e c t，u s ei r n p r o v e
9、dg r e yf o r e c a s t i n g o d e lo ns h o r t t e r ml o a df o r e c a s t i n g T h ef o r e c a s t i n gr e s u l t ss t a t et h a tt h em o d e lu s i n gf o rs h o r t t e r m1 0 a df o r e c a s t i n gi sc o m p a r a t i v e l ys a t i s f i e da n dc o u l ds a t i s f yt h er e q u e
10、 s to fp r a c t i c a lp r o d u c t i o n T h i sp a p e rb r i n gf o r w a r dr e s e a r c h i n gc o n s t i t u t i o nf o rp o w e rs y s t e ms h o r t t e r m1 0 a df O r e c a s t i n gi nD o n g y i n gr e g i o n a l i t y K e yW o r d s：S h o r t t e r ml o a df o r e c a s t i n g：G r
11、 e ys y s t e mt h e o r y：P o w e rm a r k e t浙江大学硕士学位论文电力系统短期负荷预涮技术的研究与应用第一章绪论1 1 课题的背景及意义1 1 1 课题的背景随着国民经济持续、快速增长，电力需求迈入急剧增长的快车道。自2 0 0 2年起，电力供应紧张的局面在一些地区再度显现。全国的电力供需形势从“九五”末期电力供应略有盈余转变为总体平衡，1 2 个省市区电力供应紧张，在夏季高峰和冬季枯水期出现拉闸限电，而2 0 0 4 年夏季高峰时段的拉闸限电范围更扩大到1 9 个省市区。分析大面积的“电荒”原因，我们发现原电力规划中预测的最高负荷和用电量的增速
12、远远低于实际增速是导致用电缺口逐年增大的重要原因。因此，电力系统负荷预测技术应引起足够重视，要在电力建设规划中发挥关键作用。胜利油田坐落于山东省东营市，经过4 0 年的开发建设，年原油产量2 6 0 0 万吨以上。与油田建设同步发展的油田供用电系统已经成为全国最大的企业供用电系统之一。按管理层次分，东营地区供用电网有四个管理单位，一是东营供电公司，主管单位山东电力集团，负责东营地区2 2 0 k V 及以上电压等级电网的调度管理以及市、区、县电网的运行维护管理。二是胜利油田电力管理总公司，主管单位中国石化集团公司胜利石油管理局，负责3 座2 2 0k v 变电站、1 座自备电厂的管理，负责油田
13、生产、生活区1 1 0 k V、3 5 k V 和6 k V 电压等级电网的运行维护管理。电力管理总公司作为油田电力管理部门，还行使行业管理职能。三是胜利发电厂，主管单位也是中国石化集团公司胜利石油管理局，负责4 台机组的发电和运行管理。四是胜利油田有限责任公司，主管单位中国石化集团公司，它负责部分油田6 k V 生产配网系统的运行维护管理。胜利油田供用电经营管理模式是，电力管理总公司从东营供电公司购买约1 0，从胜利电厂约9 0 的电力，出售给胜利油田有限公司所属各采油厂、公司，或转供给居民和其它企业。各采油厂、公司再将购得的电力用于生产，而胜利发电厂剩余的发电量直接上省网销售。近几年胜利油
14、田电网有了长足发展，2 0 0 3 年底胜利电厂二期3#、4#机组投产，标志着胜利油田拥有了百万机组自备电厂，一举扭转了长期以来油田电网与省网联浙江大学预士学位论文电力系统短期负荷预测技术的研究与应用系薄弱和稳定性差的状况，加强了油田电网与省网的电气联系，提高了系统稳定性。油田电网已经从单一的完全从山东省网购入电量转换到向山东电网输送电量与购入电量并存的局面，而山东电力市场建设刚刚起步，开放有序、协调配套的市场竞争机制和竞争格局尚未形成，电力管理总公司作为独立企业参与电力市场竞争，管理重点从传统的计划转供电。逐步过渡到基于科学调度和竞价决策的市场化经济调度，提前进行负荷预测技术的研究和应用已经
15、成为必然趋势。目前，胜利油田电网仍然存在电力市场下购电价差、负荷平衡以及电网检修等日常工作与油田生产相冲突的问题，特别是以石油开采为主的生产用电是胜利油田电力负荷的主要组成部分，随着国际油价的大幅上涨，全国石油资源的紧张局面越来越突出，胜利油田的石油生产任务也在逐年大幅增加，不断造成电力负荷的增长。因此，充分利用油田电网现有资源，加大对油田电力负荷的分析与研究，根据胜利油田的发展规划进行电力系统负荷预测，搞好短期负荷预测，为电网安全经济运行提供准确的依据已成为当前油田电力调度部门的一个重要工作。1 1 2 课题研究的目的及意义电力系统短期负荷预测直接关系到电力系统控制过程的好坏，通过电力系统控
16、制过程又影响到系统的安全性、可靠性。短期负荷预测是电力系统规划和运行中极其重要的部分“。K N z a d e h 和G c a u l e y 等人在总结北美、西欧和日本等地的电力系统控制经验时指出：在电力控制中需要更为准确有效的控制措施以减少发电机所承担的控制和调节任务，应减少由控制引起的过调和摇摆。更重要的是，控制的目的是事前采取措施，而且所采取的控制措施应该最小”1。w R 1 a c h s 等人也认为。由于电力系统负荷的不断变化造成了电力系统控制中的主要困难。1。而短期负荷预测向调度部门提供采取事前控制措施的必要信息。通过短期负荷预测电力调度部门可以合理的安排机组组合、开停机计划、
17、每日电量的平衡、有功功率经济调度等，准确的负荷预测可以减少系统发生事故的机会，减轻调度员的工作量。随着我国社会主义市场经济的不断完善，电力企业逐步走向市场，电力系统的经营方式从垄断转变为市场竞争将成为必然。随着电力市场改革的深入，电力技术水平的不断提高，负荷特性调研、分析和预测作为电力市场分析的一项基础工作，对于电力企业的经营和规划发展越来越重要，需要大力加强“3。山东省电浙江大学硕士学位论文电力系统短期负荷预测技术的研究与应用力公司实行模拟电力市场的经验表明，通过电力市场使电力企业的经济效益明显上升，电网调度能力得到了提高，企业的内部管理得到加强。而在电力市场条件下，不仅是制定发电计划与短期
18、负荷预测有密切的关系，其它诸如：实时电价制定，用户与输电部门的长期或临时的购电合同，输电网公开信息系统的建设，用经济手段调动发电厂调峰、供电企业调荷、用电企业避峰等问题都与短期负荷预测有密切的关系。可见，短期负荷预测不但是发电厂报价的依据，能够保证企业运行方案真正反映负荷的变化趋势，从而确保电网的安全经济运行、节省能源、减少设备的损失和浪费，为发电和供电商带来巨大的经济效益，更是保证电网安全稳定运行的重要前提，其预测精度直接影响电网及各发电厂的经济效益。短期负荷预测在计划体制下与电力市场中的应用主要表现在以下几个不同点：1、负荷规律计划体制时期由于装机容量不足，被迫采取计划用电，超计划限电拉路
19、的用电政策，因此预测结果不能真正反映负荷的自然特性。而电力市场时期装机出现过剩，采取鼓励用电政策，以供定发。负荷自然特性得以充分反映，有利于研究其内在规律。2、预测负荷周期计划体制下的负荷预测是对未来计划执行日的负荷情况进行预测，其预测间隔为一小时，全天2 4 点。电力市场中的预测间隔为半小时(或1 5 分钟)，即一个周期4 8(或9 6)点。3、预测发布计划体制下于每日1 6：o o 左右做出次日的预测结果，仅提交计划人员使用，不对各电厂发布。而电力市场中的负荷预测结果要求于交易周期的前一工作日l O：0 0 发布，以做为电厂报价的依据。4、预测精度要求计划体制下负荷预测的主要目的是保证电网
20、安全，要求晚峰及低谷两时段的预测值相当准确，以便提前安排足够的高峰、低谷备用容量。电力市场运营的目的是在保证安全的基础上降低全网的购电费用，因此对负荷预测的精度要求极高，它表现在以下几个方面：浙江大学硕士学位论文电力系统短期负荷预测技术的研究与应用短期负荷预测值对实时电价制定的影响。电价是电力市场的杠杆和核心内容”，体现了电力市场的竞争性和开放性，而电价的制定是在未来给定电价计算期的负荷预测的基础上完成的，预测值直接影响实时电价的制定”。由于垄断得结束和竞争机制的引入，发电企业在制定实时电价的时候需要兼顾两方面的内容：一是需要保证盈利，二是需要保证电价的竞争力。为此，发电企业只有在参考短期负荷
21、预测的结果后，根据负荷预测分析市场的供求状况确定自己的报价策略，才可能制定出合理的实时电价。预测偏差直接影响了电网的竞争电价，从而会影响电网或电厂效益。短期负荷预测值对转运业务的影响。提供转运业务是电力市场中电网的一项基本功能，转运是电力市场平等竞争的必要条件，可以给电网带来巨大的效益。负荷预测是制订发、供、用电计划的基础，电网在执行转运业务时，将根据负荷预测值及发电机的运行参数，制定发电计划和调度计划，所以准确的短期负荷预测可以促进发电、供电企业以及调度机构三者之间的协调与合作，解决电力市场中出现得问题，如：输配电拥挤、远距离输电的“过境费用”等。短期负荷预测对用户用电情况的影响。由于负荷的
22、随机变化，或发、输、配电设备的故障，电能的供、需情况是不断变化的，供电成本也是随之变化的。即使是同一用户，不同时间用电时，对其供电的成本也是不同的。为了反映这种差别，电力市场要促进用户合理用电，采用分时电价的措掩，鼓励用户将高峰期的负荷移至低谷期。短期负荷预测结果作为经济信息，是电力市场中输电网公开即时信息系统的重要内容。它对于各类用户来说更有现实的意义，使用户可以了解负荷高峰和低谷出现的时间以便合理安排用电、减少电费：而且用户可以相应地对电价做出响应，选择低电价时段用电。短期负荷预测对合同电量分配地影响。由于在初级发电市场，所有电量统一进行竟价，只在电费结算时考虑合同电量，按照差价合约结算。
23、由于电费结算按时段进行，需将合同电量按负荷预测曲线分配至各时段。在最后是按短期负荷预测曲线将日合同电量分到各时段，所以不准确地短期负荷预测将导致违约，甚至引起电量分配的不合理，造成电量不足等问题。短期负荷预测对系统充裕性评估的影响。系统充裕性评估(P r o j e c t e d浙江大学硕士学位论文电力系统短期负荷预涮技术的研究与应用A s s e 8 s m e n tD fS y s t e mA d e q u a c Y)由电力调度中心负责，主要内容是分析预测中、短期系统供需平衡和系统安全情况，目前是让市场成员正确了解信息，安排1 年中系统的供电、用电及设备检修，进行发电报价决策，以
24、尽可能减少电力调度中心的干预。P A s A 具有十分重要的作用，是发电市场得以顺利进行的基础嘲。这也体现了准确的短期负荷预测对系统及发电市场的重要影响和作用。通过以上比较可以看出，电力市场运营对负荷预测提出了更高、更严格的要求，提高预测精度是负荷预测的重中之重。为了准确的预测市场对电力这商品的需求，当前世界各个电力公司和供电公司都在积极进行满足电力市场要求的短期负荷预测研究。英国的研究表明：短期负荷预测的误差每增加1 导致每年增加成本1 千万英镑：在挪威1 的短期负荷预测误差的增加将导致5 l O 百万克朗的附加运营成本。所以准确的电力系统负荷预测具有很大的经济效益，必须进行深入的研究。1
25、2 本文的工作短期负荷预测对电力部门来讲的确十分重要，但是目前电力系统的短期负荷预测工作还存在些问题，如何选择适合本地区的短期负荷预测方法，提高负荷预测精度问题一直是困扰调度人员的一大难题。本文是作者在协助东营供电公司进行东营地区电网短期负荷预测管理系统课题的研究过程中完成的，主要做了以下工作：l、短期负荷预测是电力市场安全、经济运行的前提和保障，也是电力市场运营条件下编排调度计划、供电计划、交易计划的基础。本文对其重要性作了定位。2、本文对电力负荷的基本特点、影响负荷的主要因素进行了分析，研究了短期负荷预测的多种常规方法。在此基础上对胜利油田电力系统进行了负荷特性分析。3、提出了灰色理论预测
26、法适用于胜利油田电网目前进行负荷预测工作的观点，并应用改进的灰色预测模型进行胜利油田电网短期负荷预测。4、提出了东营地区电网短期负荷预测管理系统的构想。浙江大学硕士学位论文电力系统短期负荷预铡技术的研究与应用第二章电力系统负荷预测概述2 1 电力系统负荷预测的概念及分类“电力系统负荷”是一个通用的名词，或指需求量(功率)，或指用电量。负荷预测是电力系统领域的一个传统研究问题，是指从已知的电力系统、经济、社会、气象等情况出发，通过对历史数据的分析和研究，探索事物之间的内在联系和发展变化规律，对负荷发展做出预先估计和推测”“1。对电力系统的负荷变化，如果事先有一个比较准确的估计，对提高电力系统的规
27、划水平和提高电力系统运行的安全性、经济性、可靠性，提高电网的供电质量，有着重要的现实意义。因此，在实践中，无论是制定电力系统规划或是实现电力系统运行自动化，进行相应的负荷预测都是必不可少的。负荷预铡的分类是一个有争议的问题。按照预测期限的不同，分为长期负荷预测、中期负荷预测、短期负荷预测、超短期负荷预测”3，分别对应年度预测、月度预测、日预测、小时预测。其中，根据预测机理的不同，又将年度预测、月度预测合称为中长期预测，日预测、小时预测归为短期预测，本文为了叙述方便，用表2 1 简要而综合地给出各种预测期限的预测问题的对比情况。按照全社会用电或行业类别可分为城市民用负荷预测或商业负荷预测、农村负
28、荷预测、工业负荷预测等。按被预测负荷的特性可分为最大负荷预测、最小负荷预测、平均负荷预测、峰谷差预测、高峰负荷平均预测、低谷负荷平均预测、母线负荷预测、负荷率预测等。2 2 电力系统负荷特性分析电力系统在逐步发展、完善过程中，负荷预测已成为能量管理系统(E M S)中一项独立的内容，在当前电力系统市场化的必然趋势下，负荷预测已成为电力市场交易管理系统中必不可少的一部分。在实际应用中，电力系统不同组成部分对负荷预测的范围和精度有所不同，因此研究负荷变化的内在规律和负荷特性、影响负荷变化的各种相关因素以及各种相关因素在预测如何进行规范化处理对提高预测精度及负荷预测的发展有重要的意义。浙江大学硕士学
29、位论文电力系统短期负荷预测技术的研究与应用表2 一l 不同期限预测问题对比预测期限预测对象与内容作用预测特点主要影响因素某物理量(负荷、提供电源、电网规数据基本上单调变国民经济发展情长期预测电量)的年度统计划的基础数据、确化(一般是递增况，人口、产值单(年度)数据定年度检修计划、的)、无周期性耗、产业结构调整运行方式等情况、电价政簟等某物理量(负荷、安排月度检修计周期性增长，各个大用户生产计划、中期预测电量)的年度统计划、运行方式、水年度的1 2 个月具有气象条件、产业结(月度)数据库调度计划、电煤相似的规律构调整情况、电价计划政策等某日内每个时刻安排日开停机计划在年、月、星期、星期类型、气象
30、因短期预测(例如2 4、4 8 或9 6和发电计划日不同期限上均具素(温度、湿度、(日)点)的负荷。日电有明显的周期性降雨等)、电价量当前时刻往后若干用于实时安全分与前几日同时段的一般较少考虑暑超短期预测时段的负荷析、实时经济调度瞬时变化规律比较期时可以考虑实时(小时)类似温度变化注：表中“电量”包括各种口径的数值例如发电量、全社会用电量、网供电量等；“负荷”既包括最大最小平均负荷以及峰谷差，也包括发电负荷、全社会用电负荷、网供负荷等各种口径的数值。2 2 1 电力系统负荷的分类及特点电力系统负荷的构成一般包括：民用负荷、工业负荷、商业负荷、农业负荷等。不同类型的负荷具有不同的特点和规律。民用
31、负荷，主要是指城市居民用电负荷，包括居民家里的空调、电冰箱、彩电、冬季的取暖设备以及其他的家用电器的用电负荷。居民负荷的特点与人们的日常生活规律紧密相关，例如：在平常工作日，多数居民的生活规律是早上6 点以后起床。7 点左右上班，中午1 2 点左右下班，下午1 4 点左右上班，1 7 点下班，晚上2 3 点到次日凌晨6 点为休息时间。民用负荷也根据这一规律变化，即从早上6 点起负荷开始增加，8 点以后居民用负荷开始交小，工业负荷开始增加，下浙江大学硕士学位论文电力系统短期负荷预测技术的研究与应用午1 7 点以后民用负荷又开始上升至到晚上2 3 点左右，从晚上2 3 点到次日凌晨6 点是民用负荷
32、最低的一段时间。除此之外，由于我国人民生活水平日益提高，居民的家用电器越来越多，民用负荷在整个电力负荷中所占的比重越来越大，尤其是在冬季和夏季，民用的取暖负荷和空调(降温)负荷己成为影响电力负荷的重要因素。工业负荷，主要是指各厂矿进行生产的用电负荷。它由工业生产的规律决定，晚间的负荷较轻而白天的负荷较重：工作目的负荷重而节假日的负荷轻。工业负荷容易受到大企业生产状况的影响，如：大型钢铁企业、大型炼油厂等。但总的来看工业负荷与其它类型的负荷相比要稳定得多，不容易受到天气等因素的影响。商业负荷，主要是指商业行业的照明、空调、动力等用电负荷。商业负荷所占的比重不及工业负荷和民用负荷，但商业负荷对每日
33、负荷晚上高峰的出现有明显的影响。另外，在节假日由于商业行业增加营业时间，而工业负荷相对减少，商业负荷成为节假日期间影响电力负荷的重要因素。农村负荷，主要是指城镇以外的农村居民用电和农业生产用电。农村负荷受季节影响较大。对降水量、天气等自然因素的变化十分敏感，这是由农业生产的特点所决定的。一般情况下，农忙期间农村负荷相对较大，农闲期间负荷相对较小：如果发生早涝灾害，农业负荷也会明显增加。在我国农村水利资源比较丰富的地方一般都建有小水电厂。在丰水期这些小水电厂可以在一定程度上解决附近农村的生产生活用电，而枯水期这些小水电厂一般不能发电。因此，对于拥有许多水电厂的大电网来说，农村负荷还会随着丰水期和
34、枯水期的到来而变化。实践表明。电力系统峰值负荷往往是由于季节性的极端气候(即热浪和寒潮)造成的。热浪，是一个高温延续期。在热浪期间，各种空调装置、电风扇、制冷设备、电冰箱等降温防暑电器几乎都满负荷运行，造成了夏季峰值负荷；寒潮，则是一个低温延续期。寒潮期间，一般不会造成热浪期间那样严重的峰值负荷，但是寒潮季节一般照明负荷增长，而且还有大量的保温负荷，因此也应特别注意。通过分析过去长时间的负荷历史数据，我们可以认识到电力系统负荷变化是有其内部固有的规律性的。(1)虽然我们在一定程度上可以控制负荷，如频率降低到一定程度就自动甩浙江大学硕士学位论文电力系统短期负荷预捌技术的研究与应用负荷，某些情况下
35、在局部地区采用用电量计划分配，或者采用某种特殊的电价政策对负荷施加影响，但是从本质上说，负荷是不可控的。(2)负荷的另一个特点是负荷具有按天、按周、按年的周期性变化特点。对较长时期的负荷历史记录进行分析，一般可以看出两种变化的趋势。一种是固定的变化趋势，如逐步增长或逐步减少，另一种则是按月的、按周的、按日的周期性变化趋势。(3)另外，负荷变化还有一定的随机性。这主要是因为：夺用户要求总有一些偶然性的变化；冷气象条件(温度、湿度、日照、风速、雾等)的变化，这种因素引起的负荷变化一般比较复杂，并且无确定的规律。2 2 2 短期负荷特性分析负荷预测是根据负荷过去的历史资料，建立恰当的数学模型对未来的
36、负荷进行预测。所以了解负荷的特性对掌握负荷预测本质、提高负荷预测的精度有重要的意义。尤其是对精度要求较高的短期负荷预测，电力系统负荷的变化一方面有其不确定性，如气候的变化、意外事故的发生等造成对电力负荷的随机性干扰；另方面，在一定条件下，电力负荷按一定趋势有规律地发展变化。因此，在进行电力系统的短期负荷预测时，对负荷变化的这些特点，既要充分分析、掌握并利用其规律性，又要兼顾各种因素的影响。长期以来，通过对大量历史数据的分析，可以发现影响负荷变化的因素有：负荷构成、负荷随时间的变化规律、气象变化的影响及负荷的随机波动，所以，在本论文将任一时刻的负荷假设为以下4 种成分的组合，针对每种成分的特性分
37、别进行分析，然后在预测模型中分别考虑各种成分如何处理。l、典型负荷分量典型负荷分量也称为正常负荷，它与气象无关，具有线性变化和周期变化的特点a 线性变化描述日平均负荷变化规律，而周期变化描述以2 4 小时为周期的变化规律。典型负荷的不同主要是由于各地负荷组成方式的不同所引起，负荷组成的差异性主要体现在两个方面：一是负荷种类；二是各种负荷成分所占比重。不同组成的负荷在这两方面的差异决定了它们的负荷特性及对影响因素的响应特性互不相同。究其原因，不同的组成成份对各种影响因素的灵敏度不同，表现浙江大学顽士学位论文电力系统短期负荷预测技术的研究与应用出不同的响应特性。可见，负荷的具体组成对负荷特性具有根
38、本性和决定性的影响。2、天气敏感负荷分量天气敏感负荷分量与一系列天气因素有关：如温度、湿度、风力、阴晴等。不同天气因素影响负荷的方式不同，一年中不同时期天气因素影响负荷的方式也不同，这就形成负荷季节性周期变化的规律。3、异常或特殊事件负荷分量异常或特殊事件负荷分量使负荷明显偏离典型负荷特性：如政治事件、系统故障、限电、特别电视节目等。由于这类事件的随机性，需要由调度人员参与判断。在各种负荷预测模型中这部分分量往往通过人工修正得以改进。4、随机负荷分量随机负荷分量是负荷中的不可解释成分，可通过负荷预测的模型和算法来考虑这些随机负荷分量。例如，在时间序列法中，将剩余的残差，即各时刻的随机负荷变量，
39、看成是随机时间序列；而在神经网络预测中利用模型良好的非线性能力，可以很好的考虑到随机负荷因素。2 3 负荷预测国内外发展现状2 3 1 负荷预测的起源和发展负荷预测的起源可追溯到2 0 世纪2 0 年代初。当时的电力系统规模小，所以负荷预测的思想没有引起人们的重视。但在6 0 年代中期的几次系统瓦解事故，将电力系统的安全分析提上了日程。同时，世界各国的经济迅猛发展，对电力的需求量越来越大，对电能质量的要求越来越高，从而带动电力系统迅速发展扩大，从这一时期开始，负荷预测获得了初步的发展。从二十世纪六、七十年代到现在，负荷预测可以大致划分为两个阶段：第一阶段(二十世纪六、七十年代到八十年代末)是使
40、用传统负荷预测技术的阶段，这一阶段基本上沿袭了经济领域的预测技术。采用的方法大致可划分为两种类型，一是时间序列法，另一种是回归分析法。时间序列法是通过对预测对象的历史观测数据时间序列的分析处理，来研究其发展过程的基本特征荷变化规律，并据此预测未来行为的方法。电力系统的负荷变动同样具有惯性特征，1 0浙江大学颈士学位论文电力系统短期负荷预测技术的研究与应用在时间上有延续性，因而时间序列法成为早期传统负荷预测技术中的主要方法，并且是现在各种先进预测技术的基础。时间序列法分为确定型时序法和随机型时序法，前者包括时间序列平滑法、趋势外推法和季节变动法等。“；后者包括马尔可夫法和B o x J e n
41、k i n g s 法等。回归分析法属于相关法预测，它通过建立某些解释变量与负荷之间的因果关系(用函数表达)而获得负荷预测。由于电力负荷的变化受到很多相关因素的影响，所以采用回归分析法进行负荷预测是自然的想法和可行的途径，它的基本思想也为现在各种先进的预测技术所借鉴。由于影响因素的多样性、突发性和随机性，造成传统的负荷预测误差大，在扰动情况下不具备鲁棒性，对节假曰等特殊负荷模型的预测效果差，无法满足实用化的精度要求。第二阶段(二十世纪九十年代至现在)，随着计算技术的曰新月异，人工智能(A r t i f i c i a lI n t e l l i g e n c e，简称A I)技术的兴起，
42、负荷预测迅速进入了使用智能化负荷预测技术的阶段。专家系统(E x p e r tS y s t e m，简称E S)、人工神经网络(A r t i f i c i a lN e u r a lN e t w o r k，简称A N N)和模糊逻辑系统(F u z z yL o g i cS y s t e m，简称F L s)代表着当今人工智能技术的三大分支，它们都在负荷预测领域逐步得到应用。同时，灰色系统理论(G r e yS y s t e mT h e o r y)、非线性系统理论 o n l i n e a rS y s t e mT h e o r y)、小波分析理论(w a v e
43、 l e tA n a l y s i sT h e o r y)等技术方法被提出“1 ”1。2 3 2 我国在电力系统负荷预测领域的实践从国内外研究情况看，国外大概是由于其负荷发展变化规律趋于稳定的缘故，关于中长期预测。“”3 的研究远远少于短期预测，国内则基本上两者并重。在我国随着社会主义市场经济改革的深入发展，电力工业以增强活力、提高效益、改善服务为目的的市场化改革已经成为必然趋势。我国于1 9 9 8 年开始了电力工业市场化改革，近几年，随着我国电力市场改革的深入开展，负荷预测的研究得到长足发展，几乎每个实行电力市场的区网(省网)的电力市场技术支持系统都有负荷预测模块。山东省采用线性外
44、推和神经网络相结合的方法，福建省开发了电力需求预测程序“”，广西电网调度中心与长沙电力学院合作开发适合广西电网需要的短期预测应用软件，采用A R I 姒模型、G M(1，1)模型、改进模型的G M(1，1)模型”“。另外，由华北电力大学牛东晓教授、谢宏副教授和赵海浙扛大学硕士学位论文电力系统短期负荷预测技术的研究与应用青研究生主研开发的用电负荷预测系统于1 9 9 5 年l O 月2 2 日通过电力工业部部级鉴定，为当时国际先进水平“。2 4 国内外短期负荷预测技术研究情况综述电力系统短期负荷预测是一项十分复杂的工作，在衡量电力系统负荷预测的许多指标中预测的精度是最重要的一条，它是一切模型与算
45、法追求的目标。目前实际运用中使用的负荷预测方法主要有回归分析法、时间序列法、卡尔曼滤波法、指数平滑法、灰色模型法、专家系统法、人工神经网络法、模糊推理与模糊控制理论方法等”“”，它们都有各自的研究特点和使用条件，不弄清楚模型结构和适用范围而盲目地生搬硬套，可能不会取得理想的预测效果，反而事倍功半。1、趋势外推法负荷的变化一方面有其不确定性，但在一定条件下，又存在着明显的变化趋势，一旦找到了负荷的变化趋势，按照该变化趋势就能对未来负荷情况做出判断，这就是趋势外推技术。主要的负荷变化趋势有水平趋势、线性趋势及季节型趋势等，他们的共同特点就是只针对趋势进行外推，不对其中的随机成分做统计处理。累加预测
46、法可以拟合多项式趋势，使用累加法常数表，可很快确定有关系数，计算简单，方法实用性较强，比较适合于短期预测。2、回归分析法回归分析法是研究变量与变量之间的一种数学方法。在回归分析中，自变量是随机变量，因变量是非随机变量。由给定的多组自变量和因变量资料，研究各自变量和因变量之间的关系，形成回归方程。求解回归方程后，给定各自变量数值，即可求出因变量值。回归分析法根据历史数据和一些影响负荷变化的因素变量来推断将来时刻的负荷值，主要利用多元线性回归模型建立负荷与其影响因素之间的关系，表达式如下：y(f)=仃。+6，x，(f)(2 1)，=l式中x(t)为t 时刻影响负荷变化的因素变量的取值口0，6 1，
47、屯为回归系数。回归分析法的特点是：(1)原理、结构简单；(2)预测速度快：(3)外推特性好。对于历史上未出现过的情况有较好的预测值。浙江大学硕士学位论文电力系统短期负荷预测技术的研究与应用存在的不足：(1)历史数据要求高；(2)用线性方法描述比较复杂的情况过于简单；(3)无法详细地考虑各种影响负荷的因素，模型初始化难度较大，需要丰富的经验和较高的技巧。3、时间序列法电力负荷的历史数据是按一定时间间隔进行采样记录下来的有序集合，因此它是一个时间序列，电力负荷时间序列预测技术就是根据负荷的历史资料设法建立一个时间序列的数学模型，用这个模型一方面来描述电力负荷这个时间序列变化过程的规律性，另一方面在
48、该模型的基础上建立负荷预测的数学表达式，对未来的负荷进行预测。时序法的通用模型为：)，t 一伊l y，一1 一妒，y，一P=口r a 1。f l 一口g 口r g(2 2)即，妒(口)，=口(占)口，(2 3)称为A R M A 模型。式(2 2)中魏，仍，称为自回归系数，p 为自回归阶数。岛，B，岛称为动平均系数，q 为动平均阶数。”，咒_ 1，一。是连续一段时间的负荷数据值，q，q-l，口f 一。是一零均值白噪声序列，此类模型的建模必须用平稳随机过程辨识的有关理论。实际负荷一般均不满足平稳随机性的要求，必须将序列转化成平稳随机序列后模型辨识才能进行。模型辨识的基本途径是对平稳时间序列的相关
49、分析，也就是计算序列的均值、自相关和偏相关函数，从而确定模型的类型。模型辨识后，就要利用序列有关的样本数据，对模型参数进行估计。时间序列方法的特点：(1)计算速度快；(2)反映负荷近期变化的连续性。存在的不足：(1)对原始时间序列的平稳性要求高；(2)对天气等影响因素考虑不足。(3)当原始时间序列不满足平稳性，平稳化后建模辨识比较繁琐。4、灰色理论预测法灰色理论是我国邓聚龙教授于8 0 年代初提出来的，经过专家多年的研究，灰色理论有了重大发展。灰色系统是针对黑色系统和白色系统而言的，在信息分析系统中，称基本不明确的系统为黑色系统；信息基本明确的系统为白色系统；而信息部分明确，部分不明确的系统为
50、灰色系统。灰色系统预测法是利用已知的部分明确的，通过形成的有限数列，寻求各参数间的规律，从而推导出不明确信息浙江大学硕士学位论文电力系统短期负荷预测技术的研究与应用发展趋势的分析方法。灰色理论认为系统的行为现象尽管是朦胧的，数据是杂乱的，但它毕竟是有序的，是有整体功能的。因此，杂乱无章的数据后面，潜藏着某种规律。灰色预测的实质在于对已有的一组时间序列数据进行生成处理，并以某一种数学模型模拟这一组时序数据，从而对这一时间序列的将来值进行预测，正由于这一基本思想可把其用于电力负荷短期预测。灰色系统理论将一切随机变化量看作是在一定范围内变化的灰色量，常用累加生成A G o 和累减生成I A G O