【正文】 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 7 頁(yè) 共 41 頁(yè) 2 電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的基本概念 電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的內(nèi)容 電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的內(nèi)容是指需要測(cè)算些什么量（或參數(shù)），歸納起來有以下一些參數(shù)需要測(cè)算。 （ 1） 最大有功負(fù)荷及其分布。最大有功負(fù)荷的大小是確定電力系統(tǒng)裝機(jī)規(guī)模的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，換句話說是電源規(guī)劃的依據(jù)。有功負(fù)荷，加上電網(wǎng)中損失的有功和發(fā)電廠自用有功量，再加上適量的備用容量，就等于電力系統(tǒng)的裝機(jī)容量。有功負(fù)荷的分布是輸電線路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是變電所配置的基礎(chǔ)，即有功負(fù)荷的地區(qū)分布特點(diǎn)是輸變電規(guī)劃和配電規(guī)劃的主要依據(jù)。 （ 2） 無功負(fù)荷及其分布。無功負(fù)荷的大小及分布是確定電力系統(tǒng)無功電源規(guī)劃的基礎(chǔ)，也是影響電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要因素。 （ 3） 需電量。它是進(jìn)行能源供需平衡的主要依據(jù)。 （ 4） 電力負(fù)荷曲線及其特征值。電力負(fù)荷大小及其在時(shí)間上的分布特征，對(duì)電力規(guī)劃及電力系統(tǒng)運(yùn)行是至關(guān)重要的。它是確定電力系統(tǒng)中電源結(jié)構(gòu)、調(diào)峰容量需求、運(yùn)行方式 及能源平衡的主要依據(jù)。 負(fù)荷預(yù)測(cè)根據(jù)目的的不同可以分為 短期 、中期和長(zhǎng)期： ① 超 短期 負(fù)荷預(yù)測(cè)是指未來 1h 以內(nèi)的負(fù)荷預(yù)測(cè)，在安全監(jiān)視狀態(tài) 下，需要 5～ 10s 或 1～ 5min 的預(yù)測(cè)值，預(yù)防性控制和緊急狀態(tài)處理需要 10min 至 1h 的預(yù)測(cè)值。 ② 短期負(fù)荷預(yù)測(cè)是指日負(fù)荷預(yù)測(cè)和周負(fù)荷預(yù)測(cè)，分別用于安排日調(diào)度計(jì)劃和周調(diào)度計(jì)劃，包括確定機(jī)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(kù)調(diào)度和設(shè)備檢修等，對(duì)短期預(yù)測(cè)，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(cè)是指 月至年的負(fù)荷預(yù)測(cè)，主要是確定機(jī)組運(yùn)行方式和設(shè) 備大修計(jì)劃等。 ④ 長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)是指未來 3～ 5 年甚至更長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)的負(fù)荷預(yù)測(cè)，主要是電網(wǎng)規(guī)劃部門根據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和對(duì)電力負(fù)荷的需求，所作的電網(wǎng)改造和擴(kuò)建工作的遠(yuǎn)景規(guī)劃。對(duì)中、長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)，要特別研究國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國(guó)家政策等的影響 [11]。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 8 頁(yè) 共 41 頁(yè) 電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的程序 電力負(fù)荷預(yù)測(cè)是一個(gè)過程，其一般程序可劃分為準(zhǔn)備、實(shí)施、評(píng)價(jià)與提交預(yù)測(cè)報(bào)告四個(gè)階段。 準(zhǔn)備 階段 準(zhǔn)備階段的工作是由確定預(yù)測(cè)目標(biāo)、落實(shí)組織工作、搜集資料、分析資料和選擇方法等工作組成。 （ 1） 確定預(yù)測(cè)目標(biāo)。確定目標(biāo)就是要在明確預(yù)測(cè)目的前提下，規(guī)定預(yù)測(cè)對(duì)象的范圍、內(nèi)容和預(yù)測(cè)期限。一般而言，預(yù)測(cè)范圍視研究問題所涉及的范圍而定，編制全國(guó)電力規(guī)劃，就要預(yù)測(cè)全國(guó)范圍內(nèi)的電力、電量需求量；編制大區(qū)網(wǎng)局或地方（省、地、縣）電力局的發(fā)展規(guī)劃，就要預(yù)測(cè)大區(qū)電網(wǎng)或地方電力局范圍內(nèi)的電力、電量需求量。預(yù)測(cè)內(nèi)容是指包括電力、電量、電力負(fù)荷的地區(qū)分布，電力負(fù)荷隨時(shí)間的變化規(guī)律，以及電力負(fù)荷曲線特征及負(fù)荷曲線等。 （ 2） 搜集與整理資料。資料是預(yù)測(cè)的基本依據(jù)，占有的資料的充裕程度及資料的可信度，對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的可信 度是至關(guān)重要的。一般在做電力負(fù)荷預(yù)測(cè)時(shí)需要搜集與整理的資料主要有：電力系統(tǒng)歷年用電負(fù)荷、用電量、用電構(gòu)成；經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)（如國(guó)民生產(chǎn)總值、國(guó)民收入等）；國(guó)民經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的歷史、現(xiàn)狀及可能的變化發(fā)展趨勢(shì)；人口預(yù)測(cè)資料及人均收入水平；能源利用效率及用電比重的變化；工業(yè)布局及用戶的用電水平指標(biāo)；以及國(guó)外參考國(guó)家的上述類似歷史資料。這些資料的主要來源有兩種途徑：一是各國(guó)政府、研究機(jī)構(gòu)等定期或不定期發(fā)表的報(bào)刊、資料、文獻(xiàn)、和其他出版物；二是預(yù)測(cè)人員通過調(diào)查所獲得的資料。資料的來源統(tǒng)計(jì)計(jì)算口徑及調(diào)查方法不同，都有對(duì)資料的可信 度產(chǎn)生不同的影響。因此，在調(diào)查搜集資料的過程中對(duì)搜集得到的資料應(yīng)進(jìn)行鑒別，去粗取精，去偽存真，以保證預(yù)測(cè)中使用的資料翔實(shí)可靠。 （ 3） 分析資料，選擇預(yù)測(cè)方法。對(duì)經(jīng)過鑒別整理后的資料要進(jìn)行分析，以尋求其規(guī)律。在預(yù)測(cè)中常用的分析方法有多種，如時(shí)間序列分析、因果關(guān)系分析等方法。要根據(jù)資料的掌握情況及資料樣式，選擇相應(yīng)的預(yù)測(cè)方法，尋求預(yù)測(cè)量的演變規(guī)律或趨勢(shì)，建立預(yù)測(cè)模型。沒有一種方法在任何預(yù)測(cè)場(chǎng)合下均可以保證獲得滿意的結(jié)果。因此，必須根據(jù)對(duì)資料的占有情況，以及預(yù)測(cè)目標(biāo)、預(yù)測(cè)期限，預(yù)測(cè)環(huán)境、預(yù)測(cè)結(jié)果 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 9 頁(yè) 共 41 頁(yè) 的精確度，同時(shí) 考慮預(yù)測(cè)本身的效益成本分析等進(jìn)行權(quán)衡，以便作出合理的選擇。 實(shí)施預(yù)測(cè)階段 在進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，要依據(jù)選擇的預(yù)測(cè)方法來進(jìn)行預(yù)測(cè)。如果是采用定量預(yù)測(cè)方法來進(jìn)行預(yù)測(cè)，就要根據(jù)建立的定量預(yù)測(cè)模型，帶入預(yù)測(cè)期的自變量目標(biāo)值，就可以獲得預(yù)測(cè)期所要的預(yù)測(cè)變量值。如果是采用定性預(yù)測(cè)方法來進(jìn)行預(yù)測(cè)，就應(yīng)根據(jù)掌握的客觀資料進(jìn)行科學(xué)的邏輯推理，推斷出預(yù)測(cè)期的預(yù)測(cè)值。 由于影響預(yù)測(cè)對(duì)象的諸因素可能會(huì)發(fā)生變化，從而可能使未來的實(shí)際結(jié)果與預(yù)測(cè)依據(jù)的歷史資料呈現(xiàn)的規(guī)律不相吻合，預(yù)測(cè)人員必須適時(shí)的對(duì)預(yù)測(cè)模型及預(yù)測(cè)結(jié)果加以修正。這種 情況下，預(yù)測(cè)人員的經(jīng)驗(yàn)、理論素養(yǎng)及分析判斷能力起重要的作用。 評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)階段 預(yù)測(cè)的主要成果是得到預(yù)測(cè)結(jié)果。預(yù)測(cè)結(jié)果應(yīng)該是明確的，可以被檢驗(yàn)的。因此，在得到預(yù)測(cè)結(jié)果后必須對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度和可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)。務(wù)使預(yù)測(cè)誤差處于可接受的范圍內(nèi)。若誤差太大，就失去了預(yù)測(cè)的意義，并從而導(dǎo)致電力規(guī)劃的失誤。 題出預(yù)測(cè)報(bào)告階段 預(yù)測(cè)報(bào)告是預(yù)測(cè)結(jié)果的文字表述。預(yù)測(cè)報(bào)告一般包括題目、摘要、正文、結(jié)論、建議、和附錄等部分。 預(yù)測(cè)題目主要反映預(yù)測(cè)目標(biāo)、預(yù)測(cè)對(duì)象、預(yù)測(cè)范圍和預(yù)測(cè)時(shí)限。摘要通常說明預(yù)測(cè)中的主 要發(fā)現(xiàn)、預(yù)測(cè)的結(jié)果及提出的主要建議和意見。摘要與題目配合，可以引起有關(guān)方面的重視。正文包括分析及預(yù)測(cè)過程、預(yù)測(cè)模型及說明、有關(guān)計(jì)算方法、必要的圖表、預(yù)測(cè)的主要結(jié)論及對(duì)主要結(jié)論的評(píng)價(jià)。結(jié)論與建議是扼要地列出預(yù)測(cè)的主要結(jié)果，提出有關(guān)建議和意見。附錄主要包括說明正文的附表、資料，預(yù)測(cè)中采用的計(jì)算方法的推導(dǎo)和說明，以及正文中未列出的有價(jià)值的其他資料 [12]。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 10 頁(yè) 共 41 頁(yè) 3 電力負(fù)荷預(yù)測(cè)方法的研究 基于最小二乘法的預(yù)測(cè)研究及算例分析 在實(shí)踐中，我們往往需要從一組實(shí)測(cè)數(shù)據(jù) （ ii yx, ）（ i=1， 2， …… ， n） 中尋找變量 x 與 y 間函數(shù)關(guān)系的某種近似表達(dá)式。例如，我國(guó)某地區(qū)發(fā)電量的歷年歷史數(shù)據(jù)如表 所示。 表 我國(guó)某地區(qū)發(fā)電量的增長(zhǎng)情況 序 號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 年 份 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1983 發(fā)電量 1 1 在表中，發(fā)電量取的是標(biāo)么值，以 1983 年的發(fā)電量為基準(zhǔn)。在預(yù)測(cè)時(shí)為方便起見，我們用標(biāo)中的序號(hào)作為自變量。 為了用外推法預(yù)測(cè)今后的發(fā)電量，我們需要尋求 y=f(x)的一個(gè)近似表達(dá)式。從幾何上講，就是希望根據(jù)表中所列的一組離散點(diǎn) （ 1， ），（ 2， ）， …… ，（ 10， ）求函數(shù) y=f(x)圖像的一條擬合曲線。 假定我們選定函數(shù) )(x? 來逼近 f(x)，則兩者之間的誤差應(yīng)越小越好?，F(xiàn)在用 i? 表示近似函數(shù)在 ix 點(diǎn)的誤差 )()( iii xfx ?? ?? （ i=1， 2， …… ， n） 在一般情況下使用 i? （ i=1， 2， …… ， n） 全都為零是不可能的。因此通常歸結(jié)為要求在各點(diǎn)的誤差和為最小。即 m in)]()([ 211 2 ???? ?? ?? ni iini i xfxS ?? （ 31） 這種根據(jù)誤差平方和最小的原則選擇 f(x)的近似函數(shù) )(x? 的方法就叫曲線擬合的最小二乘法。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 11 頁(yè) 共 41 頁(yè) 利 用最小二乘法進(jìn)行曲線擬合時(shí)，首先要選定一個(gè)函數(shù)的類型。從負(fù)荷預(yù)測(cè)問題來看，通常選擇的函數(shù)或者趨勢(shì)曲線有以下幾種： 1 直線 xaay 10 ?? ； 2 拋物線 2210 xaxaay ??? ； 3 三階曲線 332210 xaxaxaay ???? ； 4 指數(shù)曲線 xaby? ； 5 幾何曲線 baxy? 6 增長(zhǎng)曲線 axmeby ??? 1 7 Compertz 曲線 )(ln 1 dxceay ?? ? 。 前三種曲線都屬于多項(xiàng)式類型，比較簡(jiǎn)單。當(dāng)某一量的增長(zhǎng)率接近常數(shù)時(shí)，其增長(zhǎng)趨勢(shì)常用指數(shù)曲線來擬合。 選擇合適的曲線類型主要是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，或把離散點(diǎn)畫在坐標(biāo)紙上，進(jìn)行觀察分析，找到一個(gè)比較接近的曲線類型。例如將表 的離散點(diǎn)畫標(biāo)在坐標(biāo)紙上可看出這些離散點(diǎn)用拋物線開擬合 ,即可選擇 2210)( xaxaaxy ???? ? （ 32） 當(dāng)選定了函數(shù)類型之后，就要確定其中的常數(shù) 210 , aaa 。這就是最小二乘法的核心。以下我們從一般的基礎(chǔ)上進(jìn)行討論。 設(shè)有一個(gè)具有 n 對(duì)值 ),(,),(),( 2211 nn yxyxyx ?的函數(shù) )(xfy? 及一個(gè) m次多項(xiàng)式 mm xaxaax ???? ?10)(? （ 33） 其中 mn。我們要按照 （ 31） 的原則確定式中的系數(shù)，即要求下列函數(shù)的最小值 21 10 ])([?? ?????nimjmjj xaxaaxfS ? （ 34） 式中 S 為 m+1 個(gè)自變量 maaa , 10 ? 的函數(shù)。我們按通常的方法來求 S 對(duì)maaa , 10 ? 的偏導(dǎo)數(shù)，并使這些導(dǎo)數(shù)等于零。由此可得到 m+1 個(gè)方程式 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 12 頁(yè) 共 41 頁(yè) ? ? 0)(2 1 10 ?????? ?? kjmj mjmjj xxaxaaxf ? （ K=0， 1， 2， … ， m） （ 35） 整理上式可得 ??? ??? ?? ???? mj kjjmkjmmj kjmj kj xyxaxaxa 11 1110 ? （ K=0， 1， 2， … ， m） （ 36） 式中 )( jj xfy ? ，為簡(jiǎn)單起見，令 ??? mj kjk xS 1 （ 37） ??? mj kjjk xy1? （ 38） 這樣，式中 （ 36） 可展開為 ???????????????????????????????????????21032102112110???????????aaaaSSSSSSSSSmmmmm （ 39） 式 （ 39） 的系數(shù)矩陣顯然為對(duì)稱矩陣?？梢宰C明，該矩陣為非奇異矩陣，故式（ 39）有唯一解 [13]。 已知原始數(shù)據(jù)如表 所示，現(xiàn)欲用拋物線對(duì)其進(jìn)行擬合（將離散點(diǎn)畫到圖上得拋物線） 2210 xaxaay ??? 試用最小二乘法確定其系數(shù) 10,aa 和 2a 。根據(jù) 式 （ 37）（ 38） ，對(duì)表 的原始數(shù)據(jù)可按下表進(jìn)行處理 表 最小二乘法的計(jì)算表格 0x 1x 2x 3x 4x y xy yx2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 4 8 16 1 3 9 27 81 1 4 16 64 256 1 5 25 125 625 1 6 36 216 1296 1 7 49 343 2401 1 8 64 512 4096 1 9 81 729 6561 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 13 頁(yè) 共 41 頁(yè) 1 10 100 1000 10000 194 0S 1S 2S 3S 4S 0? 1? 2? 10 55 385 3025 25333 根據(jù)式 39 可得到線性方程 ??????????????????????????????? 2 22 5 3 33 0 2 53 8 53 0 2 53 8 555