【正文】 模式與公式，皆隨各電力事業(yè)不同背景與環(huán)境的條件而有相當(dāng)大的差異。而電力市場的建立和發(fā)展，對短期負(fù)荷預(yù)測提出了更高的要求，一般而言短期（數(shù)小時至數(shù)周）負(fù)載預(yù)測是應(yīng)用于負(fù)載管理、經(jīng)濟(jì)調(diào)度、發(fā)電預(yù)定、機組發(fā)電以及污染控制等之重要參考依據(jù)，短期負(fù)荷預(yù)測不再僅僅是EMS的關(guān)鍵部分，同時也是制定電力市場交易計劃的基礎(chǔ)。因此精確的短期負(fù)載預(yù)測，可以提供電力規(guī)劃人員評估發(fā)電成本及供電可靠度的參考指標(biāo)，即能避免限電危機以及電力能源的浪費。電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測包括最大負(fù)荷功率、負(fù)荷電量及負(fù)荷曲線的預(yù)測。最大負(fù)荷功率預(yù)測對于確定電力系統(tǒng)發(fā)電設(shè)備及輸變電設(shè)備的容量是非常重要的。為了選擇適當(dāng)?shù)臋C組類型和合理的電源結(jié)構(gòu)以及確定燃料計劃等, 還必須預(yù)測負(fù)荷及電量。負(fù)荷曲線的預(yù)測可為研究電力系統(tǒng)的負(fù)荷峰值、抽水蓄能電站的容量以及發(fā)輸電設(shè)備的協(xié)調(diào)運行提供數(shù)據(jù)支持。負(fù)荷預(yù)測工作的關(guān)鍵在于收集大量的歷史數(shù)據(jù), 建立科學(xué)有效的預(yù)測模型, 采用有效的算法, 以歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ), 進(jìn)行大量試驗性研究, 總結(jié)經(jīng)驗,不斷修正模型和算法, 以真實反映負(fù)荷變化的規(guī)律。其基本過程如下。多方面調(diào)查收集資料, 包括電力企業(yè)內(nèi)部資料和外部資料,從眾多的資料中挑選出有用的一小部分, 即把資料濃縮到最小量。挑選資料時的標(biāo)準(zhǔn)要直接、可靠并且是最新的資料。如果資料的收集和選擇得不好, 會直接影響負(fù)荷預(yù)測的質(zhì)量。一般來說, 由于預(yù)測的質(zhì)量不會超過所用資料的質(zhì)量, 所以要對所收集的與負(fù)荷有關(guān)的統(tǒng)計資料進(jìn)行審核和必要的加工整理, 以保證資料的質(zhì)量,從而為保證預(yù)測質(zhì)量打下基礎(chǔ)。即要注意資料的完整無缺, 數(shù)字準(zhǔn)確無誤, 反映的都是正常狀態(tài)下的水平, 資料中沒有異常的“分離項”, 還要注意資料的補缺, 并對不可靠的資料加以核實調(diào)整。在經(jīng)過初步整理之后, 還要對所用資料進(jìn)行數(shù)據(jù)分析預(yù)處理, 即對歷史資料中的異常值平穩(wěn)化以及缺失數(shù)據(jù)的補遺, 針對異常數(shù)據(jù), 主要采用水平處理、垂直處理方法。數(shù)據(jù)的水平處理即在進(jìn)行分析數(shù)據(jù)時, 將前后兩個時間的負(fù)荷數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn),設(shè)定待處理數(shù)據(jù)的最大變動范圍, 當(dāng)待處理數(shù)據(jù)超過這個范圍, 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)的垂直處理即在負(fù)荷數(shù)據(jù)預(yù)處理時考慮其24 h 的小周期, 即認(rèn)為不同日期的同一時刻的負(fù)荷應(yīng)該具有相似性, 同時刻的負(fù)荷值應(yīng)維持在一定的范圍內(nèi), 對于超出范圍的不良數(shù)據(jù)修正為待處理數(shù)據(jù)的最近幾天該時刻的負(fù)荷平均值。負(fù)荷預(yù)測模型是統(tǒng)計資料軌跡的概括, 預(yù)測模型是多種多樣的, 因此, 對于具體資料要選擇恰當(dāng)?shù)念A(yù)測模型, 這是負(fù)荷預(yù)測過程中至關(guān)重要的一步。當(dāng)由于模型選擇不當(dāng)而造成預(yù)測誤差過大時,就需要改換模型, 必要時, 還可同時采用幾種數(shù)學(xué)模型進(jìn)行運算, 以便對比、選擇。在選擇適當(dāng)?shù)念A(yù)測技術(shù)后, 建立負(fù)荷預(yù)測數(shù)學(xué)模型, 進(jìn)行預(yù)測工作。由于已掌握的發(fā)展變化規(guī)律,并不能代表將來的變化規(guī)律, 所以要對影響預(yù)測對象的新因素進(jìn)行分析, 對預(yù)測模型進(jìn)行恰當(dāng)?shù)男拚蟠_定預(yù)測值。 由于負(fù)荷預(yù)測是根據(jù)電力負(fù)荷的過去推測它的未來數(shù)值，所以負(fù)荷預(yù)測工作所研究的對象是不確定事件。只有不確定事件、隨機事件，才需要人們采用適當(dāng)?shù)念A(yù)測技術(shù)，推知負(fù)荷的發(fā)展趨勢和可能達(dá)到的狀況。這就使負(fù)荷預(yù)測具有以下明顯的特點。 ⑴不準(zhǔn)確性:因為電力負(fù)荷未來的發(fā)展是不確定的，它要受到多種多樣復(fù)雜因素的影響，而且各種影響因素也是發(fā)展變化的。人們對于這些發(fā)展變化有些能夠預(yù)先估計，有些卻很難事先預(yù)見到，加上一些臨時變化的影響，因此就決定了預(yù)測結(jié)果的不準(zhǔn)確性或不完全準(zhǔn)確。 ⑵條件性:各種負(fù)荷預(yù)測都是在一定的條件下作出的，對于條件而言，又可分為必然條件和假設(shè)條件兩種。 ⑶時間性:各種負(fù)荷預(yù)測都有一定的時間范圍，因為負(fù)荷預(yù)測屬于科學(xué)預(yù)測的范疇，因此，要求有比較確切的數(shù)量概念，往往需要指明預(yù)測的時間。 ⑷多方案性:由于預(yù)測的不準(zhǔn)確性和條件性，所以有時要對負(fù)荷在各種可能的發(fā)展情況下進(jìn)行預(yù)測，就會得到各種條件下不同的負(fù)荷預(yù)測方案。負(fù)荷預(yù)測是從已知的用電需求出發(fā)，考慮政治、經(jīng)濟(jì)、氣候等相關(guān)因素，對未來的用電需求做出的預(yù)測。電力系統(tǒng)短期負(fù)荷預(yù)測是指對電網(wǎng)未來某一天至一周的負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測。電網(wǎng)負(fù)荷由基本負(fù)荷、天氣敏感負(fù)荷和隨機負(fù)荷組成。負(fù)荷預(yù)測工作是根據(jù)電力負(fù)荷的發(fā)展變化規(guī)律，預(yù)計或判斷其未來發(fā)展趨勢和狀況的活動，因此必須科學(xué)的總結(jié)出預(yù)測工作的基本原理，用于指導(dǎo)負(fù)荷預(yù)測工作。 ⑴可知性原理:也就是說，預(yù)測對象的發(fā)展規(guī)律，其未來的發(fā)展趨勢和狀況是可以為人們所認(rèn)知的，客觀世界是可以被認(rèn)知的，人們不但可以認(rèn)識它的過去和現(xiàn)在，而且可以通過總結(jié)它的過去和現(xiàn)在推測其將來。這就是預(yù)測活動的基本原理。 ⑵可能性原理:因為事物的發(fā)展變化是在內(nèi)因和外因的共同作用下進(jìn)行的，內(nèi)因的變化及外因作用力大小不同，會使事物發(fā)展變化有多種可能性。所以，對某一具體指標(biāo)的預(yù)測，往往是按照其發(fā)展變化的多種可能性，進(jìn)行多方案預(yù)測的。 ⑶連續(xù)性原理:又稱慣性原理，是指預(yù)測對象的發(fā)展是一個連續(xù)統(tǒng)一的過程，其未來發(fā)展是這個過程的延續(xù)。它強調(diào)了預(yù)測對象總是從過去到現(xiàn)在，再從現(xiàn)在發(fā)展到未來。電力系統(tǒng)的發(fā)展變化同樣存在著慣性，如某些負(fù)荷指標(biāo)會以原來的趨勢和特性保持下來，延續(xù)下去。因此了解事物的過去和現(xiàn)在，并掌握其規(guī)律，就可以對未來的發(fā)展情況利用連續(xù)性原理進(jìn)行預(yù)測。 ⑷相似性原理:盡管客觀世界中各種事物的發(fā)展各不相同，但一些事物發(fā)展之間還是存在著相似之處，人們可以利用這種相似性原理進(jìn)行預(yù)測。在很多情況下，作為預(yù)測對象的一個事物，其現(xiàn)在的發(fā)展過程和發(fā)展?fàn)顩r可能與另一事物過狀況相類似，人們就根據(jù)后一事物的己知發(fā)展過程和狀況，來預(yù)測所預(yù)測對象的未來發(fā)展過程和狀況，這就是相似性原理。 ⑸反饋性原理:反饋就是利用輸出返回到輸入端，再調(diào)節(jié)輸出結(jié)果。預(yù)測的反饋性原理實際上就是為了不斷提高預(yù)測的準(zhǔn)確性而進(jìn)行的反饋調(diào)節(jié)。人們在預(yù)測活動實踐中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)預(yù)測的結(jié)果和經(jīng)過一段實踐所得到的實際值之間存在著差距時，可利用這個差距，對遠(yuǎn)期預(yù)測值進(jìn)行調(diào)節(jié)，以提高預(yù)測的準(zhǔn)確性。 ⑹系統(tǒng)性原理:預(yù)測對象是一個完整的系統(tǒng)，它本身有內(nèi)在的系統(tǒng)，它與外界事物的聯(lián)系又形成了它的外在系統(tǒng)，這些系統(tǒng)綜合成一個完整的總系統(tǒng)，在預(yù)測中都要進(jìn)行考慮。即預(yù)測對象的未來發(fā)展就是系統(tǒng)整體的動態(tài)發(fā)展，而且整個系統(tǒng)的動態(tài)發(fā)展與它的各個組成部分和影響因素之間的相互作用和相互影響有關(guān)。系統(tǒng)性原理還強調(diào)系統(tǒng)整體最佳，只有系統(tǒng)整體最佳的預(yù)測，才有高質(zhì)量的預(yù)測，才能為決策者提供最佳的預(yù)測方案。 電力負(fù)荷預(yù)測方法簡介電力負(fù)荷預(yù)測分為經(jīng)典預(yù)測方法和現(xiàn)代預(yù)測方法。 經(jīng)典預(yù)測方法(1)趨勢外推法趨勢外推法就是根據(jù)負(fù)荷的變化趨勢對未來負(fù)荷情況作出預(yù)測。電力負(fù)荷雖然具有隨機性和不確定性, 但在一定條件下, 仍存在著明顯的變化趨勢, 例如農(nóng)業(yè)用電, 在氣候條件變化較小的冬季, 日用電量相對穩(wěn)定, 表現(xiàn)為較平穩(wěn)的變化趨勢。這種變化趨勢可為線性或非線性、周期性或非周期性等。(2)時間序列法時間序列法是一種最為常見的短期負(fù)荷預(yù)測方法, 它是針對整個觀測序列呈現(xiàn)出的某種隨機過程的特性, 去建立和估計產(chǎn)生實際序列的隨機過程的模型, 然后用這些模型去進(jìn)行預(yù)測。它利用了電力負(fù)荷變動的慣性特征和時間上的延續(xù)性, 通過對歷史數(shù)據(jù)時間序列的分析處理, 確定其基本特征和變化規(guī)律, 預(yù)測未來負(fù)荷。時間序列預(yù)測方法可分為確定型和隨機型兩類, 確定型時間序列作為模型殘差用于估計預(yù)測區(qū)間的大小, 隨機型時間序列預(yù)測模型可以看作一個線性濾波器。根據(jù)線性濾波器的特性, 時間序列可劃為自回歸(ar)、動平均(ma)、自回歸——動平均(arma)、累計式自回歸——動平均(arima)、傳遞函數(shù)(tf)幾類模型, 其負(fù)荷預(yù)測過程一般分為模型識別、模型參數(shù)估計、模型檢驗、負(fù)荷預(yù)測、精度檢驗預(yù)測值修正5個階段。(3)回歸分析法回歸分析法是根據(jù)負(fù)荷過去的歷史資料, 建立可以分析的數(shù)學(xué)模型, 對未來的負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測。利用數(shù)理統(tǒng)計中的回歸分析方法, 通過對變量的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析, 確定變量之間的相互關(guān)系, 從而實現(xiàn)預(yù)測。 現(xiàn)代負(fù)荷預(yù)測方法20世紀(jì)80年代后期,一些基于新興學(xué)科理論的現(xiàn)代預(yù)測方法逐漸得到成功應(yīng)用。其中主要有灰色數(shù)學(xué)理論、專家系統(tǒng)方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論、模糊預(yù)測理論等。(1)灰色數(shù)學(xué)理論灰色數(shù)學(xué)理論是把負(fù)荷序列看作真實的系統(tǒng)輸出,它是眾多影響因子的綜合作用結(jié)果。這些眾多因子的未知性和不確定性,成為系統(tǒng)的灰色特性?；疑到y(tǒng)理論把負(fù)荷序列通過生成變換,使其變化為有規(guī)律的生成數(shù)列再建模,用于負(fù)荷預(yù)測，本文即用了此方法。(2)專家系統(tǒng)方法專家系統(tǒng)方法是對于數(shù)據(jù)庫里存放的過去幾年的負(fù)荷數(shù)據(jù)和天氣數(shù)據(jù)等進(jìn)行細(xì)致的分析,匯集有經(jīng)驗的負(fù)荷預(yù)測人員的知識,提取有關(guān)規(guī)則。借助專家系統(tǒng), 負(fù)荷預(yù)測人員能夠識別預(yù)測日所屬的類型,考慮天氣因素對負(fù)荷預(yù)測的影響, 按照一定的推理進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測。(3)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論是利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)功能,讓計算機學(xué)習(xí)包含在歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)中的映射關(guān)系,再利用這種映射關(guān)系預(yù)測未來負(fù)荷。由于該方法具有很強的魯棒性、記憶能力、非線性映射能力以及強大的自學(xué)習(xí)能力,因此有很大的應(yīng)用市場, 但其缺點是學(xué)習(xí)收斂速度慢,可能收斂到局部最小點。并且知識表達(dá)困難, 難以充分利用調(diào)度人員經(jīng)驗中存在的模糊知識。(4)模糊負(fù)荷預(yù)測模糊負(fù)荷預(yù)測是近幾年比較熱門的研究方向。模糊控制是在所采用的控制方法上應(yīng)用了模糊數(shù)學(xué)理論,使其進(jìn)行確定性的工作,對一些無法構(gòu)造數(shù)學(xué)模型的被控過程進(jìn)行有效控制。模糊系統(tǒng)不管其是如何進(jìn)行計算的,從輸入輸出的角度講它是一個非線性函數(shù)。模糊系統(tǒng)對于任意一個非線性連續(xù)函數(shù),就是找出一類隸屬函數(shù),一種推理規(guī)則,一個解模糊方法,使得設(shè)計出的模糊系統(tǒng)能夠任意逼近這個非線性函數(shù)。 負(fù)荷預(yù)測的分類負(fù)荷預(yù)測根據(jù)目的的不同可以分為超短期、短期、中期和長期:① 超短期負(fù)荷預(yù)測是指未來1 h以內(nèi)的負(fù)荷預(yù)測, 在安全監(jiān)視狀態(tài)下, 需要5 s～10 s或1 min～5 min 的預(yù)測值, 預(yù)防性控制和緊急狀態(tài)處理需要10 min 至1 h 的預(yù)測值。②短期負(fù)荷預(yù)測是指日負(fù)荷預(yù)測和周負(fù)荷預(yù)測,分別用于安排日調(diào)度計劃和周調(diào)度計劃, 包括確定機組起停、水火電協(xié)調(diào)、聯(lián)絡(luò)線交換功率、負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配、水庫調(diào)度和設(shè)備檢修等, 對短期負(fù)荷預(yù)測, 需充分研究電網(wǎng)負(fù)荷變化規(guī)律, 分析負(fù)荷變化相關(guān)因子, 特別是天氣因素、日類型等和短期負(fù)荷變化的關(guān)系。③中期負(fù)荷預(yù)測是指月至年的負(fù)荷預(yù)測, 主要是確定機組運行方式和設(shè)備大修計劃等。④長期負(fù)荷預(yù)測是指未來3 a～5 a 甚至更長時間段內(nèi)的負(fù)荷預(yù)測,主要是電網(wǎng)規(guī)劃部門根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和對電力負(fù)荷的需求所作的電網(wǎng)改造和擴建工作的遠(yuǎn)景規(guī)劃。對中、長期負(fù)荷預(yù)測, 要特別研究國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國家政策等的影響。短期負(fù)荷預(yù)測負(fù)荷預(yù)測的目的就是提供負(fù)荷發(fā)展?fàn)顩r及水平，同時確定各供電區(qū)、各規(guī)劃年供用電量、供用電最大負(fù)荷和規(guī)劃地區(qū)總的負(fù)荷發(fā)展水平，確定各規(guī)劃年用電負(fù)荷構(gòu)成。負(fù)荷預(yù)測包括兩方面的含義：對未來需求量(功率)的預(yù)測和未來用電量(能量)的預(yù)測。電力需求量的預(yù)測決定發(fā)電、輸電、配電系統(tǒng)新增容量的大小；電能預(yù)測決定發(fā)電設(shè)備的類型(如調(diào)峰機組、基荷機組等)。短期負(fù)荷預(yù)測是隨著電力系統(tǒng)EMS的逐步發(fā)展而發(fā)展起來的，現(xiàn)已經(jīng)成為EMS必不可少的一部分和為確保電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運行所必需的手段之一。隨著電力市場的建立和發(fā)展，對短期負(fù)荷預(yù)測提出了更高的要求，一般而言短期（數(shù)小時至數(shù)周）負(fù)載預(yù)測是應(yīng)用于負(fù)載管理、經(jīng)濟(jì)調(diào)度、發(fā)電預(yù)定、機組發(fā)電排程以及污染控制等之重要參考依據(jù)，短期負(fù)荷預(yù)測不再僅僅是EMS的關(guān)鍵部分，同時也是制定電力市場交易計劃的基礎(chǔ)。因此精確的短期負(fù)載預(yù)測，可以提供電力規(guī)劃人員評估發(fā)電成本及供電可靠度的參考指標(biāo)，即能避免限電危機以及電力能源的浪費。所以，負(fù)載預(yù)測的準(zhǔn)確性，直接影響系統(tǒng)發(fā)電成本及運轉(zhuǎn)可靠度與安全性。電力負(fù)荷預(yù)測是否準(zhǔn)確，也會影響到電力系統(tǒng)計劃、規(guī)劃等管理部門的工作。短期負(fù)荷預(yù)測是電力系統(tǒng)發(fā)電計劃的重要組成部分，是調(diào)度合理安排電網(wǎng)運行方式、機組啟停計劃、交換功率計劃等的基礎(chǔ)，因此負(fù)荷預(yù)測精度的好壞會直接關(guān)系到產(chǎn)業(yè)部門的經(jīng)濟(jì)利益。負(fù)荷預(yù)測不足可能會導(dǎo)致用電緊張和系統(tǒng)運行安全性下降，因而由費用高的機組來承擔(dān)負(fù)荷或者從鄰近的電網(wǎng)買入價格較高的電能。另一方面，如果估計過量可能導(dǎo)致過多的旋轉(zhuǎn)備用因而增加運行費用，對于長期的負(fù)荷預(yù)測來說有可能造成設(shè)置過多的設(shè)備，引起資金積壓。另外，負(fù)荷預(yù)測也有利于計劃用電的管理。節(jié)煤、節(jié)油和降低發(fā)電成本。制訂合理的電源建設(shè)規(guī)劃。提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。短期負(fù)荷預(yù)測技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，人們提出了許多的預(yù)測方法?，F(xiàn)有的預(yù)測方法大體可以分為2類：一類較傳統(tǒng)的方法是屬于時間序列范疇的，即經(jīng)典的數(shù)學(xué)統(tǒng)計方法(其中包括線性外推法、多元線性回歸法、時間序列法和狀態(tài)空間法等,還包括基于混沌時間序列的幾種模型，比如，局部線性模型，基于Taylor展開的全局模型，Volterra自適應(yīng)濾波模型等)，另一類是利用人工智能的，包括專家系統(tǒng)、模糊推理方法和各種人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型(其中包括BP網(wǎng)絡(luò)模型，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，RBF網(wǎng)絡(luò)模型，小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型以及各種方法加權(quán)組合而成的方法)。⑴單耗法　　按照國家安排的產(chǎn)品產(chǎn)量、產(chǎn)值計劃和用電單耗確定需電量。單耗法分產(chǎn)品單耗法和產(chǎn)值單耗法兩種。采用單耗法預(yù)測負(fù)荷前的關(guān)鍵是確定適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品單耗或產(chǎn)值單耗。從我國的實際情況來看，一般規(guī)律是產(chǎn)品單耗逐年上升，產(chǎn)值單耗逐年下降。單耗法的優(yōu)點是：方法簡單，對短期負(fù)荷預(yù)測效果較好。缺點是：需做大量細(xì)致的調(diào)研工作，比較籠統(tǒng)，很難反映現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)、政治、氣候等條件的影響。⑵趨勢外推法　　當(dāng)電力負(fù)荷依時間變化呈現(xiàn)某種上升或下降的趨勢，并且無明顯的季節(jié)波動，又能找到一條合適的函數(shù)曲線反映這種變化趨勢時，就可以用時間t為自變量，時序數(shù)值y為因變量，建立趨勢模型y＝f(t)。當(dāng)有理由相信這種趨勢能夠延伸到未來時，賦予變量t所需要的值，可以得到相應(yīng)時刻的時間序列未來值。這就是趨勢外推法?！　?yīng)用趨勢外推法有兩個假設(shè)條件：1）假設(shè)負(fù)荷沒有跳躍式變化；2）假定負(fù)荷的發(fā)展因素