【正文】 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 7 頁 共 41 頁 2 電力負荷預測的基本概念 電力負荷預測的內(nèi)容 電力負荷預測的內(nèi)容是指需要測算些什么量（或參數(shù)），歸納起來有以下一些參數(shù)需要測算。 （ 1） 最大有功負荷及其分布。最大有功負荷的大小是確定電力系統(tǒng)裝機規(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)的裝機容量。有功負荷的分布是輸電線路設(shè)計的基礎(chǔ)，也是變電所配置的基礎(chǔ)，即有功負荷的地區(qū)分布特點是輸變電規(guī)劃和配電規(guī)劃的主要依據(jù)。 （ 2） 無功負荷及其分布。無功負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)濟運行的重要因素。 （ 3） 需電量。它是進行能源供需平衡的主要依據(jù)。 （ 4） 電力負荷曲線及其特征值。電力負荷大小及其在時間上的分布特征，對電力規(guī)劃及電力系統(tǒng)運行是至關(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、運行方式 及能源平衡的主要依據(jù)。 負荷預測根據(jù)目的的不同可以分為 短期 、中期和長期： ① 超 短期 負荷預測是指未來 1h 以內(nèi)的負荷預測，在安全監(jiān)視狀態(tài) 下，需要 5～ 10s 或 1～ 5min 的預測值，預防性控制和緊急狀態(tài)處理需要 10min 至 1h 的預測值。 ② 短期負荷預測是指日負荷預測和周負荷預測，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、負荷經(jīng)濟分配、水庫調(diào)度和設(shè)備檢修等，對短期預測，需充分研究電網(wǎng)負荷變化規(guī)律，分析負荷變化相關(guān)因子，特別是天氣因素、日類型等和短期負荷變化的關(guān)系。 ③ 中 期負荷預測是指 月至年的負荷預測，主要是確定機組運行方式和設(shè) 備大修計劃等。 ④ 長期負荷預測是指未來 3～ 5 年甚至更長時間段內(nèi)的負荷預測，主要是電網(wǎng)規(guī)劃部門根據(jù)國民經(jīng)濟的發(fā)展和對電力負荷的需求，所作的電網(wǎng)改造和擴建工作的遠景規(guī)劃。對中、長期負荷預測，要特別研究國民經(jīng)濟發(fā)展、國家政策等的影響 [11]。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 8 頁 共 41 頁 電力負荷預測的程序 電力負荷預測是一個過程，其一般程序可劃分為準備、實施、評價與提交預測報告四個階段。 準備 階段 準備階段的工作是由確定預測目標、落實組織工作、搜集資料、分析資料和選擇方法等工作組成。 （ 1） 確定預測目標。確定目標就是要在明確預測目的前提下，規(guī)定預測對象的范圍、內(nèi)容和預測期限。一般而言，預測范圍視研究問題所涉及的范圍而定，編制全國電力規(guī)劃，就要預測全國范圍內(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，就要預測大區(qū)電網(wǎng)或地方電力局范圍內(nèi)的電力、電量需求量。預測內(nèi)容是指包括電力、電量、電力負荷的地區(qū)分布，電力負荷隨時間的變化規(guī)律，以及電力負荷曲線特征及負荷曲線等。 （ 2） 搜集與整理資料。資料是預測的基本依據(jù)，占有的資料的充裕程度及資料的可信度，對預測結(jié)果的可信 度是至關(guān)重要的。一般在做電力負荷預測時需要搜集與整理的資料主要有：電力系統(tǒng)歷年用電負荷、用電量、用電構(gòu)成；經(jīng)濟發(fā)展目標（如國民生產(chǎn)總值、國民收入等）；國民經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的歷史、現(xiàn)狀及可能的變化發(fā)展趨勢；人口預測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；以及國外參考國家的上述類似歷史資料。這些資料的主要來源有兩種途徑：一是各國政府、研究機構(gòu)等定期或不定期發(fā)表的報刊、資料、文獻、和其他出版物；二是預測人員通過調(diào)查所獲得的資料。資料的來源統(tǒng)計計算口徑及調(diào)查方法不同，都有對資料的可信 度產(chǎn)生不同的影響。因此，在調(diào)查搜集資料的過程中對搜集得到的資料應進行鑒別，去粗取精，去偽存真，以保證預測中使用的資料翔實可靠。 （ 3） 分析資料，選擇預測方法。對經(jīng)過鑒別整理后的資料要進行分析，以尋求其規(guī)律。在預測中常用的分析方法有多種，如時間序列分析、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，選擇相應的預測方法，尋求預測量的演變規(guī)律或趨勢，建立預測模型。沒有一種方法在任何預測場合下均可以保證獲得滿意的結(jié)果。因此，必須根據(jù)對資料的占有情況，以及預測目標、預測期限，預測環(huán)境、預測結(jié)果 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 9 頁 共 41 頁 的精確度，同時 考慮預測本身的效益成本分析等進行權(quán)衡，以便作出合理的選擇。 實施預測階段 在進行預測時，要依據(jù)選擇的預測方法來進行預測。如果是采用定量預測方法來進行預測，就要根據(jù)建立的定量預測模型，帶入預測期的自變量目標值，就可以獲得預測期所要的預測變量值。如果是采用定性預測方法來進行預測，就應根據(jù)掌握的客觀資料進行科學的邏輯推理，推斷出預測期的預測值。 由于影響預測對象的諸因素可能會發(fā)生變化，從而可能使未來的實際結(jié)果與預測依據(jù)的歷史資料呈現(xiàn)的規(guī)律不相吻合，預測人員必須適時的對預測模型及預測結(jié)果加以修正。這種 情況下，預測人員的經(jīng)驗、理論素養(yǎng)及分析判斷能力起重要的作用。 評價預測階段 預測的主要成果是得到預測結(jié)果。預測結(jié)果應該是明確的，可以被檢驗的。因此，在得到預測結(jié)果后必須對預測結(jié)果的準確度和可靠性進行評價。務使預測誤差處于可接受的范圍內(nèi)。若誤差太大，就失去了預測的意義，并從而導致電力規(guī)劃的失誤。 題出預測報告階段 預測報告是預測結(jié)果的文字表述。預測報告一般包括題目、摘要、正文、結(jié)論、建議、和附錄等部分。 預測題目主要反映預測目標、預測對象、預測范圍和預測時限。摘要通常說明預測中的主 要發(fā)現(xiàn)、預測的結(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。正文包括分析及預測過程、預測模型及說明、有關(guān)計算方法、必要的圖表、預測的主要結(jié)論及對主要結(jié)論的評價。結(jié)論與建議是扼要地列出預測的主要結(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，預測中采用的計算方法的推導和說明，以及正文中未列出的有價值的其他資料 [12]。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 10 頁 共 41 頁 3 電力負荷預測方法的研究 基于最小二乘法的預測研究及算例分析 在實踐中，我們往往需要從一組實測數(shù)據(jù) （ ii yx, ）（ i=1， 2， …… ， n） 中尋找變量 x 與 y 間函數(shù)關(guān)系的某種近似表達式。例如，我國某地區(qū)發(fā)電量的歷年歷史數(shù)據(jù)如表 所示。 表 我國某地區(qū)發(fā)電量的增長情況 序 號 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)電量取的是標么值，以 1983 年的發(fā)電量為基準。在預測時為方便起見，我們用標中的序號作為自變量。 為了用外推法預測今后的發(fā)電量，我們需要尋求 y=f(x)的一個近似表達式。從幾何上講，就是希望根據(jù)表中所列的一組離散點 （ 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越小越好?，F(xiàn)在用 i? 表示近似函數(shù)在 ix 點的誤差 )()( 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)計說明書（論文） 第 11 頁 共 41 頁 利 用最小二乘法進行曲線擬合時，首先要選定一個函數(shù)的類型。從負荷預測問題來看，通常選擇的函數(shù)或者趨勢曲線有以下幾種： 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 增長曲線 axmeby ??? 1 7 Compertz 曲線 )(ln 1 dxceay ?? ? 。 前三種曲線都屬于多項式類型，比較簡單。當某一量的增長率接近常數(shù)時，其增長趨勢常用指數(shù)曲線來擬合。 選擇合適的曲線類型主要是根據(jù)經(jīng)驗，或把離散點畫在坐標紙上，進行觀察分析，找到一個比較接近的曲線類型。例如將表 的離散點畫標在坐標紙上可看出這些離散點用拋物線開擬合 ,即可選擇 2210)( xaxaaxy ???? ? （ 32） 當選定了函數(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)上進行討論。 設(shè)有一個具有 n 對值 ),(,),(),( 2211 nn yxyxyx ?的函數(shù) )(xfy? 及一個 m次多項式 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 個自變量 maaa , 10 ? 的函數(shù)。我們按通常的方法來求 S 對maaa , 10 ? 的偏導數(shù)，并使這些導數(shù)等于零。由此可得到 m+1 個方程式 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 12 頁 共 41 頁 ? ? 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)欲用拋物線對其進行擬合（將離散點畫到圖上得拋物線） 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） ，對表 的原始數(shù)據(jù)可按下表進行處理 表 最小二乘法的計算表格 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)計說明書（論文） 第 13 頁 共 41 頁 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