【正文】 ????? ? …….9 電力負荷預(yù)測的含義 ?????????????????? ???? 9 電力負荷預(yù)測的意義 ??????????????????? ???? 10 電力負荷分析 ??????????????????????? ???? .10 電力負荷預(yù)測的內(nèi)容及程序 ????????????????? ????? 11 電力負荷預(yù)測的內(nèi)容 ??????????????????? ???? 11 電力負荷預(yù)測的程序 ?? ???????????????? ???? ? 13 電力負荷預(yù)測模型及基本算法 ???????????????? ????? 13 電力負荷預(yù)測模型 ??????????????????? ????? 13 電力負荷預(yù)測基本算法 ?????????? ?? ????? ????? 18 電力短期負荷預(yù)測研究 ??????????????????? ????? 22 基于溫度準則的外推方法 ??????????????? ????? 22 基于人工神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)日負荷預(yù)測 ????????????? ????? 24 電力系統(tǒng)短期負荷預(yù)測建模及 MATLAB 實現(xiàn) ?????????? ?????? 28 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測原理 ???????????? ? ?? ????? .28 電力系統(tǒng)短期負荷預(yù)測建模及 MATLAB 實現(xiàn) ?????? ? ? ????? .29 結(jié) 論 ???????????????????????? ? ?????? 36 致 謝 ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? 37 參考文獻 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 38 [西南交通大學(xué) ] 西南 交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò) 教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 引 言 電力系統(tǒng)短期負荷預(yù)測對未來 1 日至 1 周的負荷進行預(yù)測。 電力系統(tǒng)短期發(fā)電計劃是在一個調(diào)度周期內(nèi)，根據(jù)負荷預(yù)報， 在滿足負荷需求和機組安全、啟停機限制的約束條件下，優(yōu)化選定各時段參加運行的機組，決定機組開停時間及其出力情況，使整個機組在周期內(nèi)的總消耗為最小。負荷預(yù)測的核心問題是預(yù)測的數(shù)學(xué)模型，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進步，負荷預(yù)測理論技術(shù)得到很大發(fā)展，理論研究逐步深入，為了找到使用方便、準確度高、計算快的負荷預(yù)測方法，許多人在理論和實踐上進行了廣泛的研究和探討。 電力系統(tǒng)短期發(fā)電計劃是在一個調(diào)度周期內(nèi)，根據(jù)負荷預(yù)報，在滿足負荷需求和機組安全、啟停機限制的約束條件下，優(yōu)化選定各時段參加運行的機組，決定機組開停時間及其出力情況，使整個機組在周期內(nèi)的總消耗為最小。目前用于短期負荷預(yù)測的方法很多，可以分為經(jīng)典預(yù)測方法、傳統(tǒng)預(yù)測方法和智能預(yù)測方法等。經(jīng)典方法有回歸分析法和時間序列法；傳統(tǒng)方法有卡爾曼濾波法、指數(shù)平滑法、灰色預(yù)測法、小波分析法；智能預(yù)測法 有專家系統(tǒng)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。 二、選題的目的及意義 電力 系統(tǒng)負荷預(yù)測主要用于電力系統(tǒng)規(guī)劃和制定發(fā)電計劃，還可以用于進行系統(tǒng)充裕性評估、發(fā)電合同制定、合同電量分配、電價預(yù)測、預(yù)調(diào)度和實時調(diào)度等工作，從而提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和可靠性 [1] 。如各種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色理論、分形的方法。 關(guān)鍵字：短期負荷預(yù)測；機組組合；最優(yōu)潮流；回歸分析；時間序列分析；人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò) [西南交通大學(xué) ] 西南 交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò) 教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 Abstract As China39。短期負荷預(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)濟運行所必需的手段之一。 在對大量歷史負荷數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)電力負荷的特點，在考慮天氣溫度 、日類型、實際歷史負荷等因素對預(yù)測負荷影響的基礎(chǔ)上，本文介紹了一種基于 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的短期負荷預(yù)測方法。較[西南交通大學(xué) ] 西南 交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò) 教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 高的預(yù)測精度充分表明了它的科學(xué)合理性。 城市民用負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，而且民用負荷的特點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荷的特點是經(jīng)常變化的，不但按小時變、按日變，而且按周變，按年變，同時負荷又是以天為單位不斷起伏的，具有較大的周期性，負荷變化是連續(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荷造成明顯的影響。 （ 3）需電量。 ④長期負荷預(yù)測是指未來 3～ 5 年甚至更長時間段內(nèi)的負荷預(yù)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。預(yù)測期限是指預(yù)測的時間長短，一般電力規(guī)劃中負荷預(yù)測期限有短期預(yù)測（即 5 年期預(yù)測），中期預(yù)測（即 5— 10 年期預(yù)測），及長期預(yù)測（即 15 年以上的預(yù)測）。對經(jīng)過鑒別整理后的資料要進行分析，以尋求其規(guī)律。 由于影響預(yù)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(yù)測依據(jù)的歷史資料呈現(xiàn)的規(guī)律不相吻合，預(yù)測人員必須適時的對預(yù)測模型及預(yù)測結(jié)果加以修正。預(yù)測報告一般包括題目、摘要、正文、結(jié)論、建議、和附錄等部分。 （ 1） 基本正常負荷分量模型 不同的預(yù)測周期， B(t)分量具有不同的內(nèi)涵。如圖 所示給出了日負荷曲線，其周期變化規(guī)律可以用日負荷變化系數(shù) ()iZt表示： ()() iiiLtZt X? （ 44） 其中， ()iLt為一天中各小時的負荷； iX 為當天的日平均負荷。 （ 3）特別事件負荷分量模型 特別事件負荷分量指特別電視節(jié)目、重大政治活動等對負荷造成的影響。 1）自回歸模型 一個自回歸模型（ AR）描述的過程是它的現(xiàn)在值可以由本身的過去的有限項的加權(quán)和及一個干擾值 a(t)（假設(shè)為白噪聲）來表 示，即 1( ) ( 1 ) ( 2 ) ( ) ( )ipV t V t V t V t p a t? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? （ 49） 在自回歸模型中，模型的階數(shù) p 和系數(shù) i? （ i =1， 2， ? ,p） 由過去值通過模型辨別和參數(shù)估計來決定。如果每個時間點的值都和超前 T的（ tT） 值進行差分運算，那么（ 1 TB ） V(t)就變成平穩(wěn)時間序列了，其中 TB 是周期為 T 的后移算子。 [西南交通大學(xué) ] 西南 交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò) 教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 隨機負荷分量，一般由時間序列模型描述。 2）回歸分析法 回歸分析法就是根據(jù)負荷過去的歷史資料，建立可以分析的數(shù)學(xué)模型，對未來的負荷進行預(yù)測。這其中主要有灰色數(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。鄧教授希望在可利用數(shù)據(jù)不多的情況下，找到了較長時期起作用的規(guī)律，于是進行了用少量數(shù)據(jù)做微分方程建模的研究。 專家系統(tǒng)方法總結(jié)了目前城網(wǎng)中長期負荷預(yù)測中的可行模型，針對目前方法存在的片面性，首次嘗試把專家系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用到負荷預(yù)測上，從而克服單一算法的片面性；同時，全過程的程序化，使得方法還具有快速決斷的優(yōu)點。因此，我們可以將對電力負荷影響最大的幾種因素作為輸入，即當天的天氣溫度、天氣晴朗度（又稱為能見度）、風(fēng)向風(fēng)力、峰谷負荷及相關(guān)負荷等，爭取獲得較好的預(yù)測結(jié)果。 1981 年Stromberg 對 Harr 系進行了改進，證明小波函數(shù)的存在。這樣，小波分析的理論大廈就基本奠定了。 5）模糊負荷預(yù)測 模糊負荷預(yù)測是近幾年比較熱門的研究方向。 ②基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成的高木 關(guān)野模糊預(yù)測算法：它是利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來求得條件的輸入變量的聯(lián)合隸屬函數(shù)。此種方法的模型物理意義明顯，精度高，收斂快，屬于改進型算法。 圖 給出了其原理框圖。 上面計算日負荷變化系數(shù)，是選擇最近幾個同類型日，然后取平均值來求得，實際上可作如下改進 1( , )() n nn kkL k iL i a n?? ? （ 58） 這里， ka 為權(quán)重系數(shù)，滿足1 1nkk a? ??。”人工神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)是最近發(fā)展起來的十分熱門的交叉學(xué)科，它涉及生物、電子、計算機、數(shù)學(xué)和物理學(xué)科，有著非常廣泛的應(yīng)用背景，這門學(xué)科的發(fā)展對日前和末來的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展有重要的影響。前饋型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理是 :神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在組成時，各個神經(jīng)元通過一定權(quán)值相連，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在使用之前必須確定這些權(quán)值，而沒有經(jīng)過訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值是沒有任何意義的，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)過程就是通過已知數(shù)據(jù)確定權(quán)值的過程。按照神經(jīng)元連接的拓撲結(jié)構(gòu)不同，可分為分層網(wǎng)絡(luò)和相互連接型網(wǎng)絡(luò)。 ④神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的工作過程當網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練好了以后，就可以正常進行工作，可以用來分析數(shù)據(jù)和處理問題。39。jijiE xw ?? ??? （ 529） 由于權(quán)值的修正 ljv? , jiw? 正比于誤差函數(shù)沿梯度下降 ,則有 39。()jj l ljlf v??? ? （ 535） 其中隱層節(jié)點誤差 39。( ) ( 1 ) ( )j j j jjj j jy y n e t f n e t f n e tn e t??? ? ?? ? ? ? ?? ? ? （ 545） 則 39。39。 ( ) ( ) (1 ( ) )f x f x f x?? （ 549） 39。 39。 3）閾值的修正 閾值 ? 也是變化值，在修正權(quán)值的同時也需要修正，原理同權(quán)值修正一樣。 39。 ()j j j ilji j jiy y n e t f n e t xw n e t w? ? ???? ? ? （ 526） 則 39。 （ 2） BP 網(wǎng)絡(luò) 本文采用 BP 網(wǎng)絡(luò)， BP 網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)規(guī)則的指導(dǎo)思想 :對網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和閾值的修正要沿著表現(xiàn)函數(shù)下降最快的方向 負梯度方向 . 1k k k kx x a g? ?? （ 511） 其中 kx 是當前的權(quán)值和閾值矩陣 , kg 是當前表現(xiàn)函數(shù)的梯度 , ka 是學(xué)習(xí)速度。相互連接型網(wǎng)絡(luò)是指網(wǎng)絡(luò)中任意兩個單元之間都可以相互連接。從而可以用于以后的預(yù)測。反饋型網(wǎng)絡(luò)模型是一種反饋動力學(xué)系統(tǒng)，它具有極復(fù)雜的動力學(xué)特性。 上述主要 以溫度為天氣因素來考慮對負荷的影響，實際應(yīng)用中，對應(yīng)一小的電網(wǎng)，或某一集中地區(qū)的負荷預(yù)測，有其合理性和可操作性，同時將帶來預(yù)測精度的提高。 2）取和預(yù)測日同類型的過去幾天負荷并分別歸一化，歸一化如下： ( , ) ( , m in )( , ) ( , m a x ) ( , m in )n L k i L kL k i L k L k?? ? （ 51） 其中， ( , )nL ki 為第 k日第 i 小時負荷數(shù)據(jù)的歸一化值； ( , )Lki 為第 k 日第 i 小時負荷數(shù)據(jù)；( ,min)Lk 為第 k日最小負荷數(shù)據(jù)； ( ,max)Lk 為第 k日最大負荷數(shù)據(jù)。因此，從函數(shù)逼近意義上考慮，研究模糊邏輯系統(tǒng)的非線性映射能力顯得非 常重要。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)均采用前向型的 BP網(wǎng)絡(luò)。模糊系統(tǒng)不管其是如何進行計算的，從輸入輸出的角度講它是一個非線性函數(shù)。此后，中國學(xué)者崔錦泰和王建忠構(gòu)成了基于樣條函數(shù)的單正交小波函數(shù)，并討論了具有最好局部化性質(zhì)的尺度函數(shù)與小波函數(shù)。隨后，理論物理學(xué)家 Grossman 對 Morlet 的這種信號方法進行了理論研究，這無疑為小波分析的形成奠定了基礎(chǔ)。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；并且知識表達困難，難以充分利用調(diào)度人員經(jīng)驗中存在的模糊知識。 專家系統(tǒng)法利用了專家的經(jīng)驗知識 和推理規(guī)則，使得假日或重大活動日子的負荷預(yù)報精度得到了提高。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。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?；貧w預(yù)測包括線性回歸和非線性回歸。 （ 1） 經(jīng)典預(yù)測方法 1）時間序列法 時間序列法是一種最為常見的短期負荷預(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行預(yù)測。 本文研究的是某城市的某年某月某日的電力系統(tǒng)短期負荷預(yù)測，因此，影響系統(tǒng)負荷的因素包括上述的四種分量模型。 [西南交通大學(xué) ] 西南 交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò) 教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 3）自回歸動平均模型 自回歸動平均模型（ ARMA）把它的現(xiàn)在值 V(t)看作是它的過去值的有限項的加權(quán)和及其現(xiàn)在和過去干擾量的有限項加權(quán)的疊加，即