劉 剛

（國網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006）

基于氣象修正技術的遼寧電網(wǎng)負荷預測應用研究

劉 剛

（國網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006）

分析了短期電力負荷預測模型，在線性外推法負荷預測的基礎上，實現(xiàn)了基于氣象因子修正技術的短期遼寧電網(wǎng)網(wǎng)供負荷預測，并成功應用于遼寧電網(wǎng)負荷預測工作中，電網(wǎng)負荷預測準確率得到明顯提高，預測結果可用于指導電網(wǎng)調(diào)度運行。

氣象修正；線性外推法；負荷預測

負荷預測是根據(jù)電網(wǎng)的系統(tǒng)運行特性、增容決策、自然條件和社會影響等諸多參數(shù)，運用可靠的方法與手段，在滿足一定精度要求的條件下確定未來某特定時刻的負荷數(shù)據(jù)［1］。電力系統(tǒng)的調(diào)度、規(guī)劃和運行都離不開電力負荷預測，科學準確的電力系統(tǒng)負荷預測是電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟運行的基礎，對調(diào)度運行人員指揮電網(wǎng)運行也有著重要的指導作用。本文在分析短期電力負荷預測模型的基礎上，提出了一種基于氣象因子修正技術的電力負荷預測模型實現(xiàn)方案，現(xiàn)已成功應用于遼寧電網(wǎng)負荷預測工作中，并取得了良好的預測效果。

1 負荷預測基本模型

電力系統(tǒng)中，日負荷預測是指對未來24～72 h的系統(tǒng)短期負荷預測，其基本負荷模型：式中：Pi（t）為t時刻的總負荷 ；B（t）為t時刻的基本負荷分量；W（t）為t時刻的天氣敏感負荷分量；S（t）為t時刻特別事件負荷分量；V（t）為t時刻的隨機負荷。

基本負荷分量是指負荷變化有規(guī)律并排除天氣影響的分量，一般其包含趨勢項和周期項。國內(nèi)外學者提出了許多基本負荷分量的預測方法，如線形外推法［2］、 回歸分析法［3］、 時間序列法［4］、 變權重法［5］、 動態(tài)聚類法［6］、 譜分析法、 人工神經(jīng)網(wǎng)絡法［7］等。

天氣敏感負荷分量是指天氣變化對系統(tǒng)負荷造成的影響，影響負荷的天氣敏感因素有溫度、濕度、風力、陰晴等，實際應用中多數(shù)只考慮溫度因素。建立天氣敏感負荷基本模型，取若干天負荷記錄、溫度記錄，把負荷看成是溫度的函數(shù)，如圖1所示。

圖1 溫度與負荷函數(shù)

在低溫狀態(tài)下，當溫度低于某值TW時，保溫負荷增大，因此隨著溫度下降，負荷增加；在高溫狀態(tài)下，當溫度高于某值TS時，隨著溫度升高負荷相應增加；而在氣溫處于TW和TS之間時，負荷和氣溫變化幾乎無關。因此天氣敏感負荷分量可表示為

式中：TW、TS為臨界溫度；KS、KW為對應斜率。

特別事件負荷分量和隨機負荷分量是指重大歷史事件、政治活動、隨機負荷等對電力負荷產(chǎn)生影響的分量。鑒于其自身的無規(guī)律性、隨機性，在此予以忽略。

2 短期負荷預測方法

本文采用基于溫度準則的線性外推法，其步驟如下。

a.取和預測日同類型的過去n天負荷并分別歸一化，歸一化方法如下：

式中：Ln（k，i）為第k日第i時負荷數(shù)據(jù)的歸一化值；L（k，i） 為第 k第 i小時負荷數(shù)據(jù)；L（k，min）為第k日最小負荷數(shù)據(jù)；L（k，max）為第k日最大負荷數(shù)據(jù)。

b.把上述取得的幾天負荷歸一化系數(shù)平均，得到該類型預測日的日負荷變化系數(shù)：式

中：Ln（i）為該類型日第i小時負荷系數(shù)。

c.讀取預測地區(qū)該預測日的最高溫度Tmax和最低溫度Tmin。

d.計算預測日的最大負荷和最小負荷：

式中：a1，a2，b1，b2根據(jù)歷史負荷數(shù)據(jù)和歷史溫度記錄用最小二乘法決定的系數(shù)，方法是假定每天最大負荷是每天最高溫度的函數(shù)：

每天的最小負荷是每天最低溫度的函數(shù)：

然后根據(jù)過去n天的最大負荷和最小負荷記錄及對應的最高溫度和最低溫度記錄，用最小二乘法決定系數(shù)a1， a2， b1， b2。

e. 計算預測的每小時負荷：

式中：L（i）（i＝1，2， …，24）為第 i小時預測負荷。

3 氣象修正方法

天氣的急劇變化會對負荷產(chǎn)生一定的影響，尤其是在冬夏兩季，空調(diào)、采暖等對溫度變化較為敏感的負荷在整個電網(wǎng)負荷中占用較大的比重時，天氣敏感負荷波動對遼寧電網(wǎng)的用電負荷預測造成了較大難度。

遼寧省調(diào)通過與遼寧省專業(yè)氣象臺合作，目前可實現(xiàn)通過Internet每天定時傳送省內(nèi)14個地區(qū)的24 h實況及預報溫度、降水等信息，為負荷預測提供了較為詳細的參考信息，為負荷預測多地區(qū)逐個時段進行氣象因子的修正創(chuàng)造了客觀條件，有利于提高負荷預測的精度?？紤]到溫度的變化對遼寧電網(wǎng)負荷影響較大，目前主要考慮溫度的負荷修正因子，待積累一段運行經(jīng)驗后再逐步增加濕度和降水的修正因子。

為了得到溫度和負荷的相關性關系，需要根據(jù)歷史的氣象信息和負荷數(shù)據(jù)進行相關性分析，采用相關因子法，通過溫度變化和負荷變化的關系得到每個地區(qū)每個時段的溫度相關因子，具體公式如下：

式中：i為地區(qū)編號 ；j為時段編號；coffi，j為第 i個地區(qū)第j時段的溫度與負荷相關因子；K為第k天，n表示總的天數(shù)，一般可取10～30天；loadi，j，k為第i個地區(qū)第j時段第k天的實際負荷值；temi，j，k為第i個地區(qū)第j時段第k天的實際溫度值。

經(jīng)過如上的公式計算，可以得到各地區(qū)各時段的負荷和溫度的靈敏度數(shù)據(jù)，即氣象修正因子。得到氣象修正因子后，即可根據(jù)預測日的天氣預測數(shù)據(jù)進行氣象修正，具體公式如下：

式中：i為地區(qū)編號 ；j為時段編號；forweaj為預測日第j時段氣象修正后的全網(wǎng)負荷預測值；forj為預測日第j時段氣象修正前的全網(wǎng)負荷預測值；Δti，j預測日與歷史日的第i個地區(qū)的第j時段的溫度變化值；coffi，j為第i個地區(qū)第j時段的溫度與負荷相關因子。

經(jīng)過負荷模型的分解，即將全省的負荷拆分到14個地區(qū)，并進行24個時段的逐時段氣象因子修正，再將負荷模型合并為統(tǒng)一的全省負荷，負荷預測的精度與氣象修正前有了較大的提高。

4 試驗結果

目前，本方法已經(jīng)正式應用于遼寧電網(wǎng)負荷預測工作中，電網(wǎng)負荷預測準確率得到明顯提高，預測結果可用于指導電網(wǎng)調(diào)度運行。以2015年3月8日遼寧電網(wǎng)200 kV統(tǒng)調(diào)用電口徑負荷為例，未經(jīng)氣象修正的負荷預測準確率為97.89%。如圖2所示。

2015年2月25日～3月7日期間，運用遼寧電網(wǎng)短期負荷預測系統(tǒng)，開展氣象靈敏度分析計算，如圖3和圖4所示。

通過開展氣象靈敏度分析計算，最終得到了近期氣象因子與電網(wǎng)負荷變化量的關系曲線，如圖5所示。

在氣象靈敏度分析的基礎上，進行負荷預測修正計算，修正后負荷預測準確率升至98.87%，如圖6所示，顯著提高了負荷預測精度，為指導電網(wǎng)運行提供有力的技術支撐。

圖2 未考慮氣象修正的負荷預測曲線

圖3 氣象靈敏度分析功能展示

圖4 氣象靈敏度與擬合值

圖5 氣象因子與電網(wǎng)負荷變化量關系

圖6 考慮氣象修正后的負荷預測曲線

5 結束語

采用基于氣象修正的電網(wǎng)負荷預測技術充分考慮溫度變化對電網(wǎng)負荷的影響，顯著提高了遼寧電網(wǎng)負荷預測精度，更有利于電網(wǎng)調(diào)度人員合理安排電網(wǎng)運行方式，可用于指導電網(wǎng)調(diào)度運行工作。

［1］ 徐玉華.中長期負荷預測方法分析 ［J］.寧夏電力，2007（6）： 6-7.

［2］ 陳 鋼，全成浩.遼寧電網(wǎng)短期負荷預測方法研究 ［J］.東北電力技術，2001，22（4）：3-6.

［3］ 張伏生，汪 鴻.基于偏最小二乘回歸分析的短期負荷預測［J］.電網(wǎng)技術，2004，27（3）：36-40.

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［5］ 趙國析，王明濤.一種變權重組合預測方法研究 ［J］.西北紡織工程學院學報，2004，14（3）：226-232.

［6］ 康麗峰，王敬成.一種新型RBF短期負荷預測模型 ［J］.東北電力技術，2008，29（5）：23-25.

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Research and Application of Liaoning Power Grid Load Forecasting Based on Weather?correcting Technology

LIU Gang
（State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

This paper analyses forecast model of short term power load.On the basis of linear extrapolation method of load forecasting，power supply of Liaoning power grid based on the meteorological factor and correction technique for short?term load forecasting are real?ized.It has been successfully applied in load forecasting of Lianoning power grid，accuracy rate of power grid load forecasting is in?creased obviously，the predicted results are used in guiding grid dispatching operation.

Meteorological correction；Linear extrapolation method；Load forecasting

TM715

A

1004-7913（2015）11-0034-03

劉 剛 （1979—），男，碩士，工程師，從事電力系統(tǒng)調(diào)度運行工作。

2015-08-10）