周 楠 張慶慶

國網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院

電力負(fù)荷預(yù)測模型的應(yīng)用研究

周 楠 張慶慶

國網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院

周楠（1983-）男，河南駐馬店人，工程師，碩士，主要從事計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)研究。張慶慶（1983-）女，河南開封人，工程師，本科，主要從事電力系統(tǒng)及其自動化研究。

電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。在電力系統(tǒng)中，電力負(fù)荷預(yù)測一直深受關(guān)注，近幾年隨著我國城市電網(wǎng)建設(shè)步伐的加快及電力工業(yè)市場化營運(yùn)機(jī)制的推行，負(fù)荷預(yù)測成為電網(wǎng)企業(yè)及科研人員深入探索研究的領(lǐng)域。電力負(fù)荷預(yù)測的結(jié)果為電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)提供信息參考和決策輔助，是電力系統(tǒng)建設(shè)和發(fā)展的重要依據(jù)。因此，電力負(fù)荷預(yù)測工作的水平已經(jīng)成為衡量一個國家的能源主管部門、衡量一個電網(wǎng)企業(yè)的管理是否走向現(xiàn)代化的標(biāo)志之一。

預(yù)測算法對比分析

電力負(fù)荷預(yù)測經(jīng)典算法

電力負(fù)荷預(yù)測的經(jīng)典算法是依靠專家的經(jīng)驗(yàn)或部分變量間的相關(guān)關(guān)系對未來電力負(fù)荷值做一個大概性的結(jié)論，預(yù)測精度較差。主要包括以下幾種：單耗法、彈性系數(shù)法、負(fù)荷密度法等。

單耗法需要作大量細(xì)致的統(tǒng)計(jì)調(diào)查工作，對短期電力負(fù)荷預(yù)測效果較好，但實(shí)際工作統(tǒng)計(jì)量太大，有時需要考慮用國民生產(chǎn)總值或工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值，結(jié)合其電量單耗來計(jì)算出用電量，即為產(chǎn)值單耗法。

彈性系數(shù)是某地區(qū)的總用電量平均年增產(chǎn)率與農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的平均增長率之比，反映了國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和電力發(fā)展關(guān)系。電力彈性系數(shù)法一般應(yīng)用于校核中長期的宏觀方面的電力負(fù)荷預(yù)測。

負(fù)荷密度指標(biāo)法是將政府對土地的城市規(guī)劃方案作為確定用地類型的主要依據(jù)。由于負(fù)荷的歷史或發(fā)展階段不同，即使同類負(fù)荷其負(fù)荷密度也相差甚遠(yuǎn)，因此基于統(tǒng)一的分類負(fù)荷平均密度來預(yù)測各小區(qū)的負(fù)荷必然會產(chǎn)生的誤差。

電力負(fù)荷預(yù)測傳統(tǒng)算法

電力負(fù)荷預(yù)測傳統(tǒng)方法包括趨勢外推法、時間序列法、回歸分析法等。

趨勢外推法是按照電力負(fù)荷的變化趨勢，對未來電力負(fù)荷情況做出判定。僅適用于進(jìn)行簡單的預(yù)測。優(yōu)點(diǎn)是：只需歷史數(shù)據(jù)，且所需的數(shù)據(jù)量較少。缺點(diǎn)是：如果電力負(fù)荷變化較大，則會引起較大誤差。

時間序列法是根據(jù)電力負(fù)荷的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，并利用模型預(yù)測出未來的電力負(fù)荷。優(yōu)點(diǎn)是：所需歷史數(shù)據(jù)少、工作量小。缺點(diǎn)是：未考慮電力負(fù)荷變化的因素的影響，對負(fù)荷規(guī)律性的處理不足，適用于負(fù)荷變化較均勻的短期預(yù)測。

回歸分析法是利用歷史基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建立起電力負(fù)荷和影響因素的關(guān)系，進(jìn)而由這些影響因素未來的數(shù)據(jù)預(yù)測出未來的電力負(fù)荷值。優(yōu)點(diǎn)是：模型參數(shù)估計(jì)技術(shù)較成熟，預(yù)測過程簡單。缺點(diǎn)是：預(yù)測精度較低，適用于中期電力負(fù)荷預(yù)測。

預(yù)測模型研究

本文基于對電力負(fù)荷預(yù)測主要影響因素關(guān)聯(lián)度分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合多元線性回歸預(yù)測模型，實(shí)現(xiàn)電力負(fù)荷精準(zhǔn)預(yù)測。

定義x對j的關(guān)聯(lián)度為：

i若xi的所有相關(guān)點(diǎn)為定義xkj的權(quán)值為

表1　基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

達(dá)到最小。

為了體現(xiàn)相關(guān)度越大，影響程度就越大，本文基于由關(guān)聯(lián)度所定義的權(quán)值（3），采用加權(quán)最小二乘法針對模型（5）進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，得

令

將式（7）兩邊分別依次對參數(shù)求偏導(dǎo)，得

數(shù)值模擬

選取2000～2008年的河南省某地區(qū)電力負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)、用電量歷史數(shù)據(jù)等作為樣本數(shù)據(jù)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)如表1所示。

經(jīng)計(jì)算，可得電力負(fù)荷x0與各因子間的關(guān)聯(lián)度iR如表2。

表2　關(guān)聯(lián)度

由此可見，2000年～2008年期間，國民經(jīng)濟(jì)對電力負(fù)荷影響最大，第三產(chǎn)業(yè)用電量次之，天然氣消耗量的影響最小。

基于電力負(fù)荷主要影響因子的關(guān)聯(lián)度，解得各主要影響因子對電力負(fù)荷影響權(quán)重系數(shù)，見表3。

表3　影響因子權(quán)重系數(shù)

基于各電力負(fù)荷主要影響因子的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)合上文得到的預(yù)測模型，即可對2009、2010、2011三年的電力負(fù)荷進(jìn)行預(yù)值，預(yù)測結(jié)果見表4。

表4　電力負(fù)荷年度預(yù)測值、實(shí)際值及誤差

由表4可知，采用本文所提出的組合預(yù)測方法進(jìn)行電力負(fù)荷年度預(yù)測所得到的預(yù)測結(jié)果較為可觀。

結(jié)語

電力負(fù)荷預(yù)測算法種類繁多，且都具有一定的局限性。本文基于各種負(fù)荷預(yù)測算法對比分析研究，提出一種以關(guān)聯(lián)度為基礎(chǔ)的加權(quán)多元線性回歸預(yù)測模型；基于本算法模型對河南某地區(qū)電力負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測，效果甚好，驗(yàn)證了該方法的有效性。同時，為科學(xué)合理地進(jìn)行電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.06.016