【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的預(yù)測(cè)流程；。第六章結(jié)合論文的上述工作，解決了對(duì)電力系統(tǒng)短期負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)的具體方法問題，將預(yù)測(cè)工作分成工作日和周休日兩部分，給出了整個(gè)電力系統(tǒng)短期負(fù)荷預(yù)測(cè)模型的具體實(shí)例。 49 第2章 負(fù)荷預(yù)測(cè)的方法和特點(diǎn) 負(fù)荷預(yù)測(cè)的分類根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)的目的、負(fù)荷預(yù)測(cè)的時(shí)限、負(fù)荷預(yù)測(cè)的對(duì)象以及待預(yù)測(cè)負(fù)荷的特性，負(fù)荷預(yù)測(cè)可以根據(jù)上述特性進(jìn)行三種分類，具體為：按時(shí)間分類、按預(yù)測(cè)對(duì)象分類、按負(fù)荷特性分類。1．按時(shí)間分類電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)按時(shí)間進(jìn)行分類[46]，可分為超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)、短期負(fù)荷預(yù)測(cè)、中期負(fù)荷預(yù)測(cè)和長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)。四種負(fù)荷預(yù)測(cè)的預(yù)測(cè)時(shí)限和預(yù)測(cè)目的有明顯不同：超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)指對(duì)未來1小時(shí)、。主要用于對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)的在線監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)發(fā)電容量的合理調(diào)度，滿足運(yùn)行要求，使發(fā)電成本最小等。短期負(fù)荷預(yù)測(cè)是指對(duì)1年以內(nèi)的電力負(fù)荷變化情況的預(yù)測(cè)，通常預(yù)測(cè)未來1個(gè)月度、未來1周、未來1天的負(fù)荷指標(biāo)。主要是解決電網(wǎng)存在的主要問題，逐步滿足負(fù)荷的需要，提高供電質(zhì)量和電網(wǎng)的可靠性，用于電力生產(chǎn)檢修計(jì)劃，安排電力系統(tǒng)短期運(yùn)行方式等。中期負(fù)荷預(yù)測(cè)通常是對(duì)5年左右的電力負(fù)荷的發(fā)展變化情況所做的預(yù)測(cè)。主要是就著重將電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)及設(shè)施有步驟的過渡到規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)，用制定電力系統(tǒng)的擴(kuò)建、增容和改建規(guī)劃，安排電力系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行方式等。電力系統(tǒng)長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)是指對(duì)10 年以上(可長(zhǎng)達(dá)30 年)的電力負(fù)荷的發(fā)展變化所做的預(yù)測(cè)，主要是用于制定電力系統(tǒng)遠(yuǎn)景規(guī)劃，研究確定電源布局和規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)，使之滿足遠(yuǎn)期負(fù)荷預(yù)測(cè)水平的需要。 負(fù)荷預(yù)測(cè)的時(shí)間分類負(fù)荷預(yù)測(cè)的類別預(yù)測(cè)時(shí)限預(yù)測(cè)目的超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)l天以內(nèi)按小時(shí)或按分鐘計(jì)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)在線控制，實(shí)現(xiàn)發(fā)電容量的合理調(diào)度，滿足給定的運(yùn)行要求，同時(shí)使發(fā)電成本最小。 短期負(fù)荷預(yù)測(cè)l天以上至1年以下為電力系統(tǒng)調(diào)度、發(fā)電以及檢修計(jì)劃服務(wù)。 中期負(fù)荷預(yù)測(cè)5年左右10年以內(nèi)用于電力系統(tǒng)規(guī)劃，包括發(fā)電設(shè)備及輸變電設(shè)備靜擴(kuò)建計(jì)劃、退役計(jì)劃、改建計(jì)劃。長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)10年到30年以內(nèi)制定電力戰(zhàn)略規(guī)劃，包括燃料需求量、系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃以及重要技術(shù)更新、科研規(guī)劃等。2．按預(yù)測(cè)對(duì)象行業(yè)分類按預(yù)測(cè)對(duì)象行業(yè)分可分為城市民用負(fù)荷預(yù)測(cè)、商業(yè)負(fù)荷預(yù)測(cè)、農(nóng)村負(fù)荷預(yù)測(cè)、工業(yè)負(fù)荷預(yù)測(cè)以及其他負(fù)荷預(yù)測(cè)。不同類型的負(fù)荷有不同的變化規(guī)律。. 按預(yù)測(cè)對(duì)象行業(yè)分時(shí)各負(fù)荷的構(gòu)成和特點(diǎn)負(fù)荷預(yù)測(cè)類別負(fù)荷構(gòu)成負(fù)荷特點(diǎn)城市民用負(fù)荷預(yù)測(cè)主要是城市居民的家用負(fù)荷具有經(jīng)常的年增長(zhǎng)以及明顯的季節(jié)性波動(dòng)特點(diǎn)，與居民的日常生活和工作的規(guī)律緊密相關(guān)。商業(yè)負(fù)荷預(yù)測(cè)主要指商業(yè)部門里的照明、空調(diào)、動(dòng)力等用電負(fù)荷具有覆蓋面積大，且用電增長(zhǎng)平穩(wěn)，以及季節(jié)性波動(dòng)的特點(diǎn)。農(nóng)村負(fù)荷預(yù)測(cè)主要指農(nóng)村居民用電和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電與工業(yè)負(fù)荷相比，受氣候、季節(jié)等自然條件的影響很大，也受農(nóng)作物種類、耕作習(xí)慣的影響。工業(yè)負(fù)荷預(yù)測(cè)主要指工業(yè)企業(yè)用于工業(yè)生產(chǎn)的用電負(fù)荷變動(dòng)較小，受氣候影響較小，與工業(yè)用戶的工作方式及行業(yè)的行業(yè)特點(diǎn)等有緊密的聯(lián)系。3．按負(fù)荷特性分類根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)表示的不同特性，可分為最高負(fù)荷、最低負(fù)荷、平均負(fù)荷、負(fù)荷峰谷差、高峰負(fù)荷平均、低谷負(fù)荷平均、平峰負(fù)荷平均、全網(wǎng)負(fù)荷、母線負(fù)荷、負(fù)荷率等類型的負(fù)荷預(yù)測(cè)[24]，以滿足供電、用電部門的管理工作的需要。本文采用第一種方法分類方法對(duì)負(fù)荷進(jìn)行分類，并將重點(diǎn)對(duì)短期負(fù)荷進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。 短期負(fù)荷預(yù)測(cè)的特點(diǎn)負(fù)荷預(yù)測(cè)是根據(jù)過去和現(xiàn)在的負(fù)荷值來預(yù)測(cè)未來的數(shù)值，其研究對(duì)象是不確定的，需要采用適當(dāng)?shù)念A(yù)測(cè)技術(shù)和模型來推知負(fù)荷的發(fā)展趨勢(shì)和未來可能達(dá)到的狀況。影響負(fù)荷預(yù)測(cè)的因素是多種多樣，選用不同的預(yù)測(cè)模型其結(jié)果也不盡相同。因此電力負(fù)荷預(yù)測(cè)具有如列特點(diǎn)：不確定性或不完全準(zhǔn)確性、條件性、負(fù)荷預(yù)測(cè)的地區(qū)效應(yīng)、時(shí)間性以及多方案性。特別的，對(duì)于短期負(fù)荷還具有如下特點(diǎn)：（1）從數(shù)學(xué)模型上看，電力系統(tǒng)負(fù)荷是一個(gè)多因素影響的高度綜合模型，其變化規(guī)律混沌、繁雜，很難用一套算法對(duì)其進(jìn)行精確的模擬。；（2）電力負(fù)荷本身的不確定性使得預(yù)測(cè)結(jié)果是一個(gè)概率的值；（3）各地區(qū)，各時(shí)段電力負(fù)荷的發(fā)展具有可比性和相似性。；（4）電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的機(jī)理是一個(gè)數(shù)學(xué)模型的過程，不同的模型使用條件不同，有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)；（5）預(yù)測(cè)時(shí)間較短，對(duì)計(jì)算時(shí)間有明確要求；（6）影響電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的精度的因素復(fù)雜多樣、規(guī)律各異，包括經(jīng)濟(jì)因素、時(shí)間因素、氣候因素、隨機(jī)干擾等，各因素影響的大小也因不同地區(qū)電力系統(tǒng)的不同而異；（7）相對(duì)中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)而言，短期負(fù)荷預(yù)測(cè)對(duì)預(yù)測(cè)精度要求較高。 幾種常見的負(fù)荷預(yù)測(cè)方法 比例系數(shù)增長(zhǎng)法比例系數(shù)增長(zhǎng)法假定今后的電力負(fù)荷與過去有相同的增長(zhǎng)比例，用歷史數(shù)據(jù)求出比例系數(shù)，按比例預(yù)測(cè)未來發(fā)展，設(shè)第m年的用電量為Am kWh，第n年的用電量為An kWh，則從第n年到第m(nm) 年用電量的平均增長(zhǎng)率K 為： ()由此預(yù)測(cè)第l年(lm) 的用電量Al為 ()這與以Am為起點(diǎn)的預(yù)測(cè)結(jié)果相同，這是因?yàn)椋? ()由比例增長(zhǎng)法的理論推導(dǎo)可知，該方法思路簡(jiǎn)單、計(jì)算簡(jiǎn)便，但該方法把負(fù)荷在若干時(shí)間段的增長(zhǎng)看成一致，沒有考慮負(fù)荷增長(zhǎng)的特殊性和復(fù)雜性，在實(shí)際工程中由于其產(chǎn)生的誤差很大僅能作為大致的估算，而不能作為調(diào)度和生產(chǎn)的數(shù)據(jù)使用。 彈性系數(shù)法電力彈性系數(shù)法是編制電力發(fā)展規(guī)劃時(shí)常用的一種負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，它計(jì)算方法簡(jiǎn)單，容易理解。彈性一詞來源于材料力學(xué)中的彈性變形的概念。彈性系數(shù)指材料長(zhǎng)度變形的百分比同所施加力變化的百分比的比率。后來彈性的概念被推廣應(yīng)用于社會(huì)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。彈性系數(shù)被用來表示兩個(gè)因素各自相對(duì)增長(zhǎng)率之間的比率。在對(duì)一個(gè)因素發(fā)展變化預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，通過彈性系數(shù)對(duì)另一個(gè)因素的發(fā)展變化作出預(yù)測(cè)的一種間接預(yù)測(cè)方法。彈性系數(shù)法適用于兩個(gè)因素y和x之間有指數(shù)函數(shù)關(guān)系yt=αx的情況，式中α為比例系數(shù)，b為y對(duì)x的彈性系數(shù)。電力彈性系數(shù)是用電量的平均年增長(zhǎng)率與國(guó)民生產(chǎn)總值(或社會(huì)總產(chǎn)值)平均年增長(zhǎng)率的比值，當(dāng)然也可以考慮用電量與其他經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的彈性系數(shù)。在一般情況下，電力彈性系數(shù)應(yīng)大于1。由以往的用電量和國(guó)民生產(chǎn)總值可分別求出它們的平均增長(zhǎng)率，記為Ky和Kx從而求得電力彈性系數(shù)E ()如果用某種方法預(yù)測(cè)未來m年的彈性系數(shù)為，國(guó)民生產(chǎn)總值的增長(zhǎng)率為，可得電力需求增長(zhǎng)率為 ()這樣就可用比例系數(shù)增長(zhǎng)預(yù)測(cè)法得出第m年的用電量， ()式中：A0 ——基年（預(yù)測(cè)起點(diǎn)年）的用電量。此外，彈性系數(shù)預(yù)測(cè)法的建模方法還包括： y 與K x 均取對(duì)數(shù)形式的模型、K x 取對(duì)數(shù)形式的模型、y 取對(duì)數(shù)形式， K x 取倒數(shù)形式的模型和線性函數(shù)形式的模型。 回歸分析方法回歸分析方法是研究變量和變量之間依存關(guān)系的一種數(shù)學(xué)方法，根據(jù)回歸分析方法涉及變量的多少，可以分為單元回歸分析和多元回歸分析。在回歸分析中，自變量是隨機(jī)變量，因變量是非隨機(jī)變量，由給定的多組自變量和因變量資料，研究各自變量和因變量之間的關(guān)系，形成回歸方程，回歸方程根據(jù)自變量和因變量之間的函數(shù)形式，又可分為線性回歸方程和非線性回歸方程?；貧w方程求得后，若如給定各自變量數(shù)值，即就能求出因變量值。 線性回歸模型在一元線性回歸中，自變量是可控制或可以精確觀察的變量，用x表示，因變量是依賴于x的隨機(jī)變量，用y表示，假設(shè)x與y的關(guān)系為 ()式中：是除x之外，被忽略或無法考慮到的因素，它服從正態(tài)分布。a，b及σ都是不依賴于x的未知參數(shù)， x與y的這種關(guān)系稱為一元線性回歸模型。對(duì)固定的x，隨機(jī)變量y的數(shù)學(xué)期望為： ()顯然是x的函數(shù)，稱它為y關(guān)于x的回歸。在實(shí)際問題中，對(duì)自變量x和因變量y作n次實(shí)驗(yàn)觀察，且在x不全相同的各個(gè)值上對(duì)y的觀察是相互獨(dú)立的，其n對(duì)觀察值為{(x1, y1),( x2, y2),( xn, yn)}。如果依據(jù)上述樣本能估計(jì)出未知參數(shù)a、b，記估計(jì)值分別為，則稱下式 ()為y關(guān)于x的線性回歸方程。用最小二乘法估計(jì)a和b。先作離差平方和 ()由極值定理，選取參數(shù)a 、b 使F(a,b) 達(dá)到最小，令 () ()，并用和分別代替a和b，得 () ()式() ()有唯一的一組解 () ()當(dāng)a、b的估計(jì)值和和求出后，便得出y對(duì)x的線性回歸方程式。 非線性回歸模型設(shè)有兩個(gè)變量x和y，它們之間存在非線性關(guān)系。給定一組觀測(cè)值{(x1, y1),( x2, y2),( xn, yn)}。其散點(diǎn)圖明顯的表明不能用一條直線近似地?cái)M合。如果將此種情況按一元線性回歸研究，顯然是不合適的，這就需要用適當(dāng)?shù)那€加以擬合，依據(jù)散點(diǎn)圖， 通通常常選擇雙曲線、冪函數(shù)曲線、指數(shù)曲線、倒指數(shù)曲線、對(duì)數(shù)曲線，S 型曲線等六種曲線之一。當(dāng)選擇的曲線類型確定下來后，可以根據(jù)最小二乘法確定估計(jì)值。兩個(gè)變量x和y的關(guān)系可以寫成如下的一般形式 ()式中：Y是因變量，是待估計(jì)的對(duì)象；X是自變量，是影響因素；是未知常數(shù)(待求)；是除X之外，被忽略或無法考慮到的因素，它服從正態(tài)分布。設(shè)已知觀測(cè)值，按統(tǒng)計(jì)學(xué)理論，問題就是如何求取的最小二乘估計(jì)值，即求使得對(duì)任何都有，為殘差平方和函數(shù)： ()極小等價(jià)于下面的導(dǎo)數(shù)為零 ()式中： 。按非線性回歸的GaussRaphson解法，用的一階泰勒級(jí)數(shù)展開式近似代替求解問題。設(shè)的初始值為，則可近似為： ()其中。對(duì)于有m個(gè)樣本數(shù)據(jù)的情況，殘差平方和為： ()式中：。由于是事先設(shè)定的一個(gè)初值，因此式(13)和(14)中的和可由樣本計(jì)算得到。這樣，式(14)所示的殘差平方和函數(shù)就轉(zhuǎn)換為一個(gè)線性回歸模型的殘差平方和函數(shù)，即： ()對(duì)式()按最小二乘法構(gòu)造殘差平方和得： ()式中：為關(guān)于的列向量，為關(guān)于的列向量。由式()可知，當(dāng)設(shè)定的一個(gè)初值后，就可以求得一個(gè)新的估計(jì)值。反復(fù)進(jìn)行迭代，便得到的迭代序列。的一般表達(dá)式為： ()依據(jù)式()，當(dāng)?shù)^程達(dá)到時(shí)，有，即此時(shí)的為非線性回歸模型參數(shù)的最優(yōu)估計(jì)。本文的實(shí)際計(jì)算中取相對(duì)誤差為迭代收斂條件。 指數(shù)平滑法假設(shè)時(shí)間序列有著某種數(shù)據(jù)模式，而觀測(cè)值既體現(xiàn)著這種基本數(shù)據(jù)模式，又反映著隨機(jī)變動(dòng)。指數(shù)平滑法的目標(biāo)就是采用“修勻”歷史數(shù)據(jù)來區(qū)別基本數(shù)據(jù)模式和隨機(jī)變動(dòng)。這相當(dāng)于在歷史數(shù)據(jù)中消除極大值和極小值，獲得該時(shí)間序列的“平滑值”，并以它作為對(duì)未來時(shí)期的預(yù)測(cè)值。指數(shù)平滑法又可以分為移動(dòng)算術(shù)平均法，單指數(shù)平滑法，線性指數(shù)平滑法，二次指數(shù)曲線平滑法，季節(jié)性指數(shù)平滑法等幾種典型方法。 移動(dòng)算術(shù)平均法設(shè)當(dāng)前時(shí)期為t ，已知時(shí)間序列觀測(cè)值為{(x1, y1),( x2, y2),( xt, yt)}，假設(shè)按連續(xù)n個(gè)時(shí)期的觀測(cè)值計(jì)算一個(gè)平均數(shù)，作為對(duì)下一個(gè)時(shí)期，即(t+1)時(shí)期的預(yù)測(cè)值，用表示： ()它的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是要保存的數(shù)據(jù)比較多，而且n的大小不容易確定，故它只能用于平穩(wěn)時(shí)間序列時(shí)間數(shù)列。 單指數(shù)平滑法單指數(shù)平滑法實(shí)際上是從移動(dòng)算術(shù)平均法演變而來的，它也只能用于平穩(wěn)時(shí)間序列，它的優(yōu)點(diǎn)是不需要保留較多的歷史數(shù)據(jù)，只要有最近的一期的實(shí)際觀測(cè)值和這期的預(yù)測(cè)誤差，就可以對(duì)未來時(shí)期進(jìn)行預(yù)測(cè)。 ()式中：a 是平滑常數(shù)， 0 a 1。可以運(yùn)用最小均方差的原則，自動(dòng)尋找最佳的平滑常數(shù)。 線性指數(shù)平滑法當(dāng)時(shí)間序列隨時(shí)間的發(fā)展有不斷增加或減少的趨勢(shì)時(shí)，用單指數(shù)平滑法預(yù)測(cè)就不準(zhǔn)了，因?yàn)檫@種時(shí)間序列不屬于平穩(wěn)過程，線性指數(shù)平滑法是這種時(shí)間序列的一種有效的預(yù)測(cè)方法，用這種方法預(yù)測(cè)時(shí)，它把平均每一期的增量考慮進(jìn)去，不斷地作趨勢(shì)性的調(diào)整。線性指數(shù)平滑法的計(jì)算過程共分五個(gè)步驟：1）計(jì)算t 時(shí)期的單指數(shù)平滑值Dt ()式中：是t 時(shí)期的觀測(cè)值，是t ?1時(shí)期的單指數(shù)平滑值，a是平滑常數(shù)；2）計(jì)算t 時(shí)期的雙指數(shù)平滑值Mt ()3）計(jì)算t 時(shí)期的水平值A(chǔ)t ()4）計(jì)算t 時(shí)期的增量It ()5）預(yù)測(cè)m個(gè)時(shí)期以后，即(t + m)時(shí)期的數(shù)值 () 二次指數(shù)曲線平滑法有的時(shí)間序列雖然有增加或減少的趨勢(shì)，但不一定是線性的，可能按二次曲線的形狀增加或減少。對(duì)于這種時(shí)間序列，采用二次曲線指數(shù)平滑法不但考慮了線性增長(zhǎng)的趨勢(shì)，而且也考慮了二次拋物線的因素。它的計(jì)算過程共分七個(gè)步驟：1）計(jì)算t 時(shí)期的單指數(shù)平滑值Dt ()式中：是t 時(shí)期的觀測(cè)值，是t ?1時(shí)期的單指數(shù)平滑值，a是平滑常數(shù)；2）計(jì)算t 時(shí)期的雙指數(shù)平滑值Mt