【正文】 影響電力系統(tǒng)的規(guī)劃、生產(chǎn)和運(yùn)行，是電力科學(xué)研究的重要課題之一。 本文在 對比幾種預(yù)測模型優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，選擇灰色預(yù)測模型。為了增加可比性和精度， 在 GM(1,1)模型的基礎(chǔ)上，采用殘差改進(jìn)模型，再次對上海市未來五年 的負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測。 Medium and long term load forecasting。中長期負(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(yùn)行所必需的手段之一。經(jīng)典的數(shù) 學(xué)統(tǒng)計(jì)方法包括 回歸分析法、時(shí)間序列法 等。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。所以，系統(tǒng)內(nèi)的發(fā)電容量，在正常運(yùn)行條件下，應(yīng)當(dāng)滿足負(fù)荷的要求。所以，對負(fù)荷的變化，有一個(gè)事先的估計(jì)，是電力系統(tǒng)發(fā)展與運(yùn)行研究的重要內(nèi)容。 中長期 負(fù)荷預(yù)測是指一年 以上 的負(fù)荷預(yù)測。為了滿足日益增大的電力需求，必須不斷擴(kuò)大電力系統(tǒng)的規(guī)模。較為早期的負(fù)荷預(yù)測依賴于調(diào)度員的經(jīng)驗(yàn)，沒有科學(xué)理論的指導(dǎo)，不同調(diào)度員其預(yù)測結(jié)果存在著較大的差異，容易造成不良的后果。所以，將各種模型進(jìn)行綜合的方法也得到了關(guān)注。 工業(yè)負(fù)荷是指用于工業(yè)生產(chǎn)的用電，一般工業(yè)負(fù)荷的比重在用電構(gòu)成中居于首位，它不僅取決于工業(yè)用戶的工作方式 (包括設(shè)備利用情況、企業(yè)的工作班制等 )，而且與各行業(yè)的行業(yè)特點(diǎn)、季節(jié)因素都有緊密的聯(lián)系，一般負(fù)荷是比較恒定的。 城市民用負(fù)荷主要是城市居民的家用電器，它具有年年增長的趨勢，以及明顯的季節(jié)性波動特點(diǎn)，而且民用負(fù)荷的特點(diǎn)還與居民的日常生活和工作的規(guī)律緊密相關(guān)。 從以上分析可知電力負(fù)荷的特點(diǎn)是經(jīng)常變化的，不但按小時(shí)變、按日變，而且按周變，按年變，同時(shí)負(fù)荷又是以天為單位不斷起伏的，具有較大的周期性，負(fù)荷變化是連續(xù)的過程，一般不會出現(xiàn)大的躍變，但電力負(fù)荷對季節(jié)、溫度、天氣等是敏感的，不同的季節(jié)，不同地區(qū)的氣候，以及溫度的變化都會對負(fù)荷造成明顯的影響。 電力負(fù)荷預(yù)測是以電力負(fù)荷為對象進(jìn)行的一系列預(yù) 測工作。有些因素因自然而變化，比如氣象。 電力負(fù)荷預(yù)測的意義 電力用戶是電力工業(yè)的服務(wù)對象，電力負(fù)荷的不斷增長是電力工業(yè)發(fā)展的根據(jù)。 電力負(fù)荷預(yù)測的意義具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，能夠準(zhǔn)確的進(jìn)行電力負(fù)荷預(yù)測，對于正在運(yùn)行中的發(fā)電廠提出相應(yīng)的通告；第二，隨著電力市場的建立以及發(fā)展，對于 中長期 電力負(fù)荷的預(yù)測不僅是作為 EMS 的一部分，而且也是進(jìn)行電力市場指導(dǎo)與交易的一個(gè)很重要的依據(jù)。 電力負(fù)荷預(yù)測 步驟 電力負(fù)荷預(yù)測是一個(gè)過程，其一般程序可劃分為 準(zhǔn)備、實(shí)施、評價(jià)與提交預(yù) 測報(bào)告四個(gè)階段。如果是采用定性預(yù)測方法來進(jìn)行預(yù)測，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)測期的預(yù)測值。務(wù)必 使預(yù)測誤差河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 6 處于可接受的范圍內(nèi)。摘要與題目配合，可以引起有關(guān)方面的重視。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 7 3 電力負(fù)荷預(yù)測基本算法選擇 電力負(fù)荷 預(yù)測 是電力系統(tǒng)規(guī)劃決策、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的前提和基礎(chǔ)，因此電力負(fù)荷的準(zhǔn)確預(yù)測對電力生產(chǎn)和電力安全運(yùn)行以及國民經(jīng)濟(jì)都有重要意義。 電力負(fù)荷預(yù)測分為傳統(tǒng) 預(yù)測方法和現(xiàn)代預(yù)測方法。 回歸分析法適用于大樣本，且過去、現(xiàn)在和未來發(fā)展模式均一致的預(yù)測 ，采用原始數(shù)據(jù)建模。 但 是對于一些歷史數(shù)據(jù)要求過高，且精度比較低，不能對于符合影響因素進(jìn)行詳細(xì)的描述，對于模型的初始化 還存在一定難度。 回歸模型雖然考慮了氣象信息等因素，但需要事先知道負(fù)荷與氣象變量之間的函 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 8 數(shù)關(guān)系，這是比較困難的。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，來建立一種數(shù)學(xué)模型，確立負(fù)荷預(yù)測的相關(guān)表達(dá)式，然后對未來的負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測。缺點(diǎn)在于 它只能對比較均勻的負(fù)荷進(jìn)行 中長期預(yù)測，對于一些不確定的因素還考慮不健全， 不能充分利用對負(fù)荷 有很大影響的氣候信息和其他因素，導(dǎo)致了預(yù)報(bào)的不準(zhǔn)確和數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定。它把模糊控制的觀點(diǎn)和方法延伸到復(fù)雜的大系統(tǒng)中，將自動控制與運(yùn)籌學(xué)的數(shù)學(xué)方法相結(jié)合，研究廣泛存在于客觀世界中的具有灰色性的問題。鄧教授提出的灰色系統(tǒng)理論的要點(diǎn)在于不把系統(tǒng)中出現(xiàn)的隨機(jī)性看作一個(gè)隨機(jī)信號，而是把其看作一個(gè)灰數(shù)。 灰色數(shù)學(xué)理論是把負(fù)荷序列看作一真實(shí)的系統(tǒng)輸出，它是眾多影響因子的綜合作用結(jié)果。早年鄧教授從事控制理論和模糊系統(tǒng)的研究，取得了許多成果。后來，他將歷史數(shù)據(jù)作了各種處理，找到了累加生成，發(fā)現(xiàn)累加生成曲線是近似的指數(shù)增長曲線，而指數(shù)增長正符合微分方程解的形式。模糊數(shù)學(xué)提供了一種處理不肯定性和不精確性問題的新方法，是描述人腦思維處理模糊信息的有力工具。 模糊是指客觀事物差異的中間過渡中的“不分明性”或“亦此亦彼性”。它作為 一門嶄新的學(xué)科，它是繼經(jīng)典數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)之后發(fā)展起來的一個(gè)新的數(shù)學(xué)學(xué)科。 實(shí)際中，我們處理現(xiàn)實(shí)的數(shù)學(xué)模型可以分成三大類：第一類是確定性數(shù)學(xué)模型，即模型的背景具有確定性，對象 之間具有必然的關(guān)系。模糊系統(tǒng)對于任意一個(gè)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(gè)解模糊方法，使得設(shè)計(jì)出的模糊系統(tǒng)能夠任意逼近這個(gè)非線性函數(shù)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種運(yùn)算模型，由大量的節(jié)點(diǎn)（或稱神經(jīng)元）和之間相互聯(lián)接構(gòu)成。而網(wǎng)絡(luò)自身通常都是對 自然界 某種算法或者函數(shù)的逼近，也可能是對一種邏輯策略的表達(dá)。由于該方法具有很強(qiáng)的記憶 能力、非線性映射能力以及強(qiáng)大的自學(xué)習(xí)能力，因此有很大的應(yīng)用市場。 實(shí)質(zhì)是用一個(gè)合適的母小波通過時(shí)間軸上的位移與放縮和幅度的變化產(chǎn)生一系列的派生小波，用系列小波對要分析的信號進(jìn)行時(shí)間軸上的評議比較，獲得用以表征信號與小波相似程度的小波系數(shù)。其優(yōu)于傳統(tǒng)的 傅里葉 分析的主要之處在于：能對不同的頻率成分采用逐漸精細(xì)的采樣步長，從而可以 聚焦到信號的任意細(xì)節(jié)，尤其是對奇異信號很敏感，能很好的處理微弱或突變的信號，其目標(biāo)是將一個(gè)信號的信息轉(zhuǎn)化成小波系數(shù)，從而能夠方便地加以處理、存儲、傳遞、分析或被用于重建原始信號。 專家系統(tǒng)是一個(gè)用基于知識的程序設(shè)計(jì)方法建立起來的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它擁有某個(gè)特殊領(lǐng)域內(nèi)專家的知識和經(jīng)驗(yàn)，并能像專家那樣運(yùn)用這些知識，通過推理，在那個(gè)領(lǐng) 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 12 域內(nèi)作出智能決策。此外， 把專家知識和經(jīng)驗(yàn)等準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)化為一系列規(guī)則是非常不容易的。因此本文采用灰色理論建立模型，從而對負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測。 灰色理論應(yīng)用范圍 在工程技術(shù)、社會、經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)、生態(tài)、環(huán)境等各種系統(tǒng)中經(jīng)常會遇到信息不完全的情況。 商店可看作是一個(gè)系統(tǒng)，在人員、資金、損耗、銷售信息完全明確的情況下，可算出該店的盈利大小、庫存多少，可以判斷商店的銷售態(tài)勢、資金的周轉(zhuǎn)速度等，這樣的系統(tǒng)是白色系統(tǒng)。對灰數(shù)的處理主要是利用 數(shù)據(jù) 處理方法尋求數(shù)據(jù)間的內(nèi)在規(guī)律，通過對已知數(shù)據(jù)列中的數(shù)據(jù) 進(jìn)行 處理而產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)列，以此來研究尋找數(shù)據(jù)的規(guī)律性，這種方法稱為數(shù)據(jù)的生成。 設(shè)原始數(shù)列為 ( 0 ) ( 0 ) ( 0 ) ( 0 )( (1 ) , ( 2) , , ( ) )x x x x n? ，令 ( 1 ) ( 0 )1( ) ( ) , 1 , 2 , ,kix k x i k n???? （ 41） 稱所得到的新數(shù)列 ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ( 1 )( (1 ) , ( 2) , , ( ) )x x x x n? 為數(shù)列 (0)x 的 1 次累加生成數(shù)列 。 一般地，對于 r 次累加生成數(shù)列 ( ) ( ) ( ) ( )( ( 1 ) , ( 2) , , ( ) ) ( 1 )r r r rx x x x n r??，則稱 ( 1 ) ( ) ( )( ) ( ) ( 1 ) , 2 , 3 , ,r r rx k x k x k k n? ? ? ? ? （ 44） 為數(shù)列 ()rx 的 r次累加生成。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 16 5 灰色預(yù)測的方法及步驟 灰色預(yù)測的方法 設(shè)已知參考數(shù)據(jù)列為 ( 0 ) ( 0 ) ( 0 ) ( 0 )( (1 ) , ( 2) , , ( ) )x x x x n? ，做 1 次累加 AGO 生成數(shù)列 ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ( 1 )1 1 1 0( ( 1 ) , ( 2 ) , , ( ) )1 , 1 2 , , 1x x x x nx x x x n x n? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? （ 51） 其中 101 1 , 2 , ,kix k x i k n? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ??。設(shè)參考數(shù)據(jù)為 ( 0 ) ( 0 ) ( 0 ) ( 0 )( (1 ) , ( 2) , , ( ) )x x x x n? ，計(jì)算數(shù)列的級比 00 1 2 , 3 , ,xkk k nxk?????? ? ?? ? ? ? ? ??? （ 56） 如果所有的級比 k???都落在可容覆蓋 2211,nnX e e? ???? ?內(nèi)，則數(shù)列 0x?? 可以作為模型GM(1,1)和進(jìn)行數(shù)據(jù)灰色預(yù)測。 計(jì)算出原始數(shù)列的平均值 (0) (0)11 ()nix x in ?? ? (513) 計(jì)算原始數(shù)列的 0x?? 均方差 1 22( 0 ) ( 0 )11()1nix i xS n??????????? ?????? (514) 計(jì)算殘差的均值 (0 ) (0 )11 ()ni in ?? ? ?? (515) 計(jì)算殘差的均方差 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 18 1 220( 0 )12()1niiS n???????? ? ???????? ?????? (516) 計(jì)算均方差比 C 21SC S? (517) 計(jì)算小殘差概率 ? ?0( 0 ) 1( ) 0 . 6 7 4 5P p i S??? ? ? ? ? (518) 令 ? ， 0(0) ()i? ??? ? ??，即 ? ?0P p S???。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 19 主程序框圖 開始 輸入原始數(shù)據(jù) 一次累加數(shù)據(jù)處理 建立微分方程 建立原始預(yù)測模型 進(jìn)行預(yù)測 計(jì)算殘差 殘差是否滿足精度 修正原始預(yù)測模型 繼續(xù)進(jìn)行預(yù)測 輸出預(yù)測結(jié)果 結(jié)束 Yes No 圖 51 主程序框圖 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 20 預(yù)測預(yù)報(bào) 由模型 GM(1,1)所得到的指定時(shí)區(qū)內(nèi)的預(yù)測值，實(shí)際問題的需要，給出相應(yīng)的預(yù)測預(yù)報(bào)。 GM(1,1)模型是灰色理論中用于預(yù)測的最廣泛的模型 ,建立 GM(1,1)模型只需要一個(gè)數(shù)列 1, 2, ,ix i n???? ? ?。 設(shè) ( 0 ) ( 0 ) ( 0 ) ( 0 )( (1 ) , ( 2) , , ( ) )x x x x n? 為原始數(shù)列，其 1次累加生成數(shù)列為 ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ( 1 )( (1 ) , ( 2) , , ( ) )x x x x n? ，其中 ( 1 ) ( 0 )1( ) ( ) , 1 , 2 , ,kix k x i k n???? (61) 則定義 (1)x 的灰導(dǎo)數(shù)為 ( 0 ) ( 1 ) ( 1 )( ) ( ) ( ) ( 1 )d k x k x k x k? ? ? ? (62) 令 (1)z 為數(shù)列 (1)x 的均值數(shù)列，即 ( 1 ) ( 1 ) ( 1 )( ) 0. 5 ( ) 0. 5 ( 1 ) 2 , 3 , ,z k x k x k k n? ? ? ? ? ? (63) 則 ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ( 1 )( ( 2) , ( 3 ) , , ( ) )z z z z n? 。 可得預(yù)測值： 1 01 1 1 , 2 , , 1akbbx k x e k naa?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (69) 結(jié)合以上理論，選取上海市作為應(yīng)用舉例，首先查找上海市 1999~20xx 年電力消費(fèi)量，利用 GM(1,1)模型對上海市歷年及未來兩年電力負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測，以檢驗(yàn)該模型的精度，使對負(fù)荷的預(yù)測更有