【文章內(nèi)容簡介】 也決定負(fù)荷未來的發(fā)展，其條件是不變或變化不大。選擇合適的趨勢模型是應(yīng)用趨勢外推法的重要環(huán)節(jié)，圖形識別法和差分法是選擇趨勢模型的兩種基本方法?！　⊥馔品ㄓ芯€性趨勢預(yù)測法、對數(shù)趨勢預(yù)測法、二次曲線趨勢預(yù)測法、指數(shù)曲線趨勢預(yù)測法、生長曲線趨勢預(yù)測法。趨勢外推法的優(yōu)點(diǎn)是：只需要?dú)v史數(shù)據(jù)、所需的數(shù)據(jù)量較少。缺點(diǎn)是：如果負(fù)荷出現(xiàn)變動，會引起較大的誤差。⑶彈性系數(shù)法　　彈性系數(shù)是電量平均增長率與國內(nèi)生產(chǎn)總值之間的比值，根據(jù)國內(nèi)生產(chǎn)總值的增長速度結(jié)合彈性系數(shù)得到規(guī)劃期末的總用電量。彈性系數(shù)法是從宏觀上確定電力發(fā)展同國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的相對速度，它是衡量國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和用電需求的重要參數(shù)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是：方法簡單，易于計(jì)算。缺點(diǎn)是：需做大量細(xì)致的調(diào)研工作。⑷回歸分析法　　回歸預(yù)測是根據(jù)負(fù)荷過去的歷史資料，建立可以進(jìn)行數(shù)學(xué)分析的數(shù)學(xué)模型。用數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的回歸分析方法對變量的觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，從而實(shí)現(xiàn)對未來的負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測。回歸模型有一元線性回歸、多元線性回歸、非線性回歸等回歸預(yù)測模型。其中，線性回歸用于中期負(fù)荷預(yù)測。優(yōu)點(diǎn)是：預(yù)測精度較高，適用于在中、短期預(yù)測使用。缺點(diǎn)是：1）規(guī)劃水平年的工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值很難詳細(xì)統(tǒng)計(jì)；2）用回歸分析法只能測算出綜合用電負(fù)荷的發(fā)展水平，無法測算出各供電區(qū)的負(fù)荷發(fā)展水平，也就無法進(jìn)行具體的電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃。⑸時間序列法　　時間序列法就是根據(jù)負(fù)荷的歷史資料，設(shè)法建立一個數(shù)學(xué)模型，用這個數(shù)學(xué)模型一方面來描述電力負(fù)荷這個隨機(jī)變量變化過程的統(tǒng)計(jì)規(guī)律性；另一方面在該數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上再確立負(fù)荷預(yù)測的數(shù)學(xué)表達(dá)式，對未來的負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測。時間序列法主要有自回歸AR(p)、滑動平均MA(q)和自回歸與滑動平均ARMA(p,q)等。這些方法的優(yōu)點(diǎn)是：所需歷史數(shù)據(jù)少、工作量少。缺點(diǎn)是：沒有考慮負(fù)荷變化的因素，只致力于數(shù)據(jù)的擬合，對規(guī)律性的處理不足，只適用于負(fù)荷變化比較均勻的短期預(yù)測的情況。⑹灰色模型法　　灰色預(yù)測是一種對含有不確定因素的系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測的方法。以灰色系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)的灰色預(yù)測技術(shù)，可在數(shù)據(jù)不多的情況下找出某個時期內(nèi)起作用的規(guī)律，建立負(fù)荷預(yù)測的模型。分為普通灰色系統(tǒng)模型和最優(yōu)化灰色模型兩種?！　∑胀ɑ疑A(yù)測模型是一種指數(shù)增長模型，當(dāng)電力負(fù)荷嚴(yán)格按指數(shù)規(guī)律持續(xù)增長時，此法有預(yù)測精度高、所需樣本數(shù)據(jù)少、計(jì)算簡便、可檢驗(yàn)等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是對于具有波動性變化的電力負(fù)荷，其預(yù)測誤差較大，不符合實(shí)際需要。而最優(yōu)化灰色模型可以把有起伏的原始數(shù)據(jù)序列變換成規(guī)律性增強(qiáng)的成指數(shù)遞增變化的序列，大大提高預(yù)測精度和灰色模型法的適用范圍?；疑Ｐ头ㄟm用于短期負(fù)荷預(yù)測?；疑A(yù)測的優(yōu)點(diǎn)：要求負(fù)荷數(shù)據(jù)少、不考慮分布規(guī)律、不考慮變化趨勢、運(yùn)算方便、短期預(yù)測精度高、易于檢驗(yàn)。缺點(diǎn)：一是當(dāng)數(shù)據(jù)離散程度越大，即數(shù)據(jù)灰度越大，預(yù)測精度越差；二是不太適合于電力系統(tǒng)的長期后推若干年的預(yù)測。⑺德爾菲法　　德爾菲法是根據(jù)有專門知識的人的直接經(jīng)驗(yàn)，對研究的問題進(jìn)行判斷、預(yù)測的一種方法，也稱專家調(diào)查法。德爾菲法具有反饋性、匿名性和統(tǒng)計(jì)性的特點(diǎn)。 德爾菲法的優(yōu)點(diǎn)是：1）可以加快預(yù)測速度和節(jié)約預(yù)測費(fèi)用；2）可以獲得各種不同但有價值的觀點(diǎn)和意見；3）適用于長期預(yù)測，在歷史資料不足或不可預(yù)測因素較多尤為適用。缺點(diǎn)是：1） 于分地區(qū)的負(fù)荷預(yù)測則可能不可靠；2）專家的意見有時可能不完整或不切實(shí)際。⑻專家系統(tǒng)法　　專家系統(tǒng)預(yù)測法是對數(shù)據(jù)庫里存放的過去幾年甚至幾十年的，每小時的負(fù)荷和天氣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而匯集有經(jīng)驗(yàn)的負(fù)荷預(yù)測人員的知識，提取有關(guān)規(guī)則，按照一定的規(guī)則進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測。實(shí)踐證明，精確的負(fù)荷預(yù)測不僅需要高新技術(shù)的支撐，同時也需要融合人類自身的經(jīng)驗(yàn)和智慧。因此，就會需要專家系統(tǒng)這樣的技術(shù)。專家系統(tǒng)法，是對人類的不可量化的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行轉(zhuǎn)化的一種較好的方法。但專家系統(tǒng)分析本身就是一個耗時的過程，并且某些復(fù)雜的因素(如天氣因素)，即使知道其對負(fù)荷的影響，但要準(zhǔn)確定量地確定她們對負(fù)荷地區(qū)的影響也是很難的。專家系統(tǒng)預(yù)測法適用于中、長期負(fù)荷預(yù)測。此法的優(yōu)點(diǎn)是：1） 能匯集多個專家的知識和經(jīng)驗(yàn)，最大限度地利用專家的能力；2） 占有的資料、信息多，考慮的因素也比較全面，有利于得出較為正確的結(jié)論。缺點(diǎn)是：1） 不具有自學(xué)習(xí)能力，受數(shù)據(jù)庫里存放的知識總量的限制；2） 對突發(fā)性事件和不斷變化的條件適應(yīng)性差。⑼神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法　　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測技術(shù)，可以模仿人腦做智能化處理，對大量非結(jié)構(gòu)性、非確定性規(guī)律具有自適應(yīng)功能。ANN應(yīng)用于短期負(fù)荷預(yù)測比應(yīng)用于中長期負(fù)荷預(yù)測更為適宜。因?yàn)?，短期?fù)荷變化可以認(rèn)為是一個平穩(wěn)隨機(jī)過程。而長期負(fù)荷預(yù)測可能會因政治、經(jīng)濟(jì)等大的轉(zhuǎn)折導(dǎo)致其模型的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的破壞。優(yōu)點(diǎn)是：1）可以模仿人腦的智能化處理；2）對大量非結(jié)構(gòu)性、非精確性規(guī)律具有自適應(yīng)功能；3）具有信息記憶、自主學(xué)習(xí)、知識推理和優(yōu)化計(jì)算的特點(diǎn)。缺點(diǎn)是：1）初始值的確定無法利用已有的系統(tǒng)信息，易陷于局部極小的狀態(tài)；2）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)過程通常較慢，對突發(fā)事件的適應(yīng)性差。⑽優(yōu)選組合預(yù)測法　　優(yōu)選組合有兩層含義：一是從幾種預(yù)測方法得到的結(jié)果中選取適當(dāng)?shù)臋?quán)重加權(quán)平均；二是指在幾種預(yù)測方法中進(jìn)行比較，選擇擬和度最佳或標(biāo)準(zhǔn)偏差最小的預(yù)測模型進(jìn)行預(yù)測。對于組合預(yù)測方法也必需注意到，組合預(yù)測是在單個預(yù)測模型不能完全正確地描述預(yù)測量的變化規(guī)律時發(fā)揮作用。一個能夠完全反映實(shí)際發(fā)展規(guī)律的模型進(jìn)行預(yù)測完全可能比用組合預(yù)測方法預(yù)測效果好。該方法的優(yōu)點(diǎn)是：優(yōu)選組合了多種單一預(yù)測模型的信息，考慮的影響信息也比較全面，因而能夠有效地改善預(yù)測效果。缺點(diǎn)是：1） 權(quán)重的確定比較困難；2） 不可能將所有在未來起作用的因素全包含在模型中，在一定程度上限制了預(yù)測精度的提高。⑾小波分析預(yù)測技術(shù)　　小波分析是一種時域頻域分析法，它在時域和頻域上同時具有良好的局部化性質(zhì)，并且能根據(jù)信號頻率高低自動調(diào)節(jié)采樣的疏密，它容易捕捉和分析微弱信號以及信號、圖像的任意細(xì)小部分。其優(yōu)點(diǎn)是：能對不同的頻率成分采用逐漸精細(xì)的采樣步長，從而可以聚集到信號的任意細(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、儲存、傳遞、分析或被用于重建原始信號。這些優(yōu)點(diǎn)決定了小波分析可以有效地應(yīng)用于負(fù)荷預(yù)測問題的研究。 負(fù)荷預(yù)測是根據(jù)負(fù)荷過去的歷史資料，建立恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型對未來的負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測。所以了解負(fù)荷的特性對掌握負(fù)荷預(yù)測本質(zhì)，提高負(fù)荷預(yù)測的精度有重要的意義，尤其是對精度要求較高的短期負(fù)荷預(yù)測。電力系統(tǒng)負(fù)荷的變化一方面有其不確定性，如氣候的變化、意外事故的發(fā)生等造成對電力負(fù)荷的隨機(jī)性干擾。另一方面，在一定條件下，電力負(fù)荷按一定趨勢有規(guī)律地發(fā)展變化。因此，在進(jìn)行電力系統(tǒng)的短期負(fù)荷預(yù)測時，針對負(fù)荷變化的這些特點(diǎn)，既要充分分析、掌握并利用其規(guī)律性，又要兼顧各種因素的影響。本論文考慮了影響短期負(fù)荷預(yù)測的各種因素，將短期負(fù)荷特性分成4部分分別進(jìn)行分析。 長期以來，通過對大量歷史數(shù)據(jù)的分析，可以發(fā)現(xiàn)影響負(fù)荷變化的因素有:負(fù)荷構(gòu)成、負(fù)荷隨時間的變化規(guī)律、氣象變化的影響及負(fù)荷的隨機(jī)波動。所以，在本論文將任一時刻的負(fù)荷假設(shè)為以下4種成分的組合，針對每種成分的特性分別進(jìn)行分析，然后在預(yù)測模型中分別考慮各種成分如何處理。⑴典型負(fù)荷分量 典型負(fù)荷分量也稱為正常負(fù)荷，它與氣象無關(guān)，具有線性變化和周期變化的特點(diǎn)。線性變化描述日平均負(fù)荷變化規(guī)律，而周期變化描述以24小時為周期的變化規(guī)律。典型負(fù)荷的不同主要是由于各地負(fù)荷組成方式的不同所引起。負(fù)荷組成的差異性主要體現(xiàn)在兩個方面:一是負(fù)荷種類，二是各種負(fù)荷成分所占比重。不同組成的負(fù)荷在這兩方面的差異決定了它們的負(fù)荷特性及對影響因素的響應(yīng)特性互不相同。究其原因，不同的組成成份對各種影響因素的靈敏度不同，表現(xiàn)出不同的響應(yīng)特性?？梢?，負(fù)荷的具體組成對負(fù)荷特性具有根本性和決定性的影響。⑵天氣敏感負(fù)荷分量天氣敏感負(fù)荷分量與一系列天氣因素有關(guān)，如溫度、濕度、風(fēng)力、陰晴等。不同天氣因素影響負(fù)荷的方式不同，一年中不同時期天氣因素影響負(fù)荷的方式也不同，這就形成負(fù)荷季節(jié)性周期變化的規(guī)律。⑶異?；蛱厥馐录?fù)荷分量 異?；蛱厥馐录?fù)荷分量使負(fù)荷明顯偏離典型負(fù)荷特性，如政治事件、系統(tǒng)故障、限電、特別電視節(jié)目等。由于這類事件的隨機(jī)性，需要由調(diào)度人員參與判斷。在各種負(fù)荷預(yù)測模型中這部分分量往往通過人工修正得以改進(jìn)。⑷隨機(jī)負(fù)荷分量 隨機(jī)負(fù)荷分量是負(fù)荷中的不可解釋成分，可通過負(fù)荷預(yù)測的模型和算法來考慮這些隨機(jī)負(fù)荷分量。例如，在時間序列法中，將剩余的殘差，即為各時刻的隨機(jī)負(fù)荷變量，看成是隨機(jī)時間序列。而在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測中利用模型良好的非線性能力，可以很好的考慮到隨機(jī)負(fù)荷因素。 由此可以看出，系統(tǒng)的總負(fù)荷可由下式(21)表達(dá): Y(t)N(t)+W(t)+S(t)+r(t) ………………(21) 其中:Y(t)代表總負(fù)荷:N(t)代表典型負(fù)荷分量:w(t)代表天氣敏感負(fù)荷分量:S (t)代表特殊事件負(fù)荷分量:r(t)代表隨機(jī)負(fù)荷分量。 典型負(fù)荷分量主要是由預(yù)測對象的負(fù)荷組成決定，其最大的特點(diǎn)就是負(fù)荷的周期性變化規(guī)律。在不考慮其她負(fù)荷分量的情況下，負(fù)荷的規(guī)律性體現(xiàn)的尤其明顯，分為負(fù)荷的日周期性、周周期性、年周期性及節(jié)假日特性。 ⑴負(fù)荷的日周期性 負(fù)荷的日周期性是指以一天二十四小時為周期的負(fù)荷變化所體現(xiàn)出的規(guī)律性。，不難看出負(fù)荷的日循環(huán)變化規(guī)律。 某市兩天工作日負(fù)荷曲線在實(shí)際系統(tǒng)中，通常根據(jù)負(fù)荷變化規(guī)律的不同將每日內(nèi)的負(fù)荷分為峰荷、谷荷、腰荷三個時段的負(fù)荷。從本質(zhì)上說，在這三個時段負(fù)荷的組成是不同的，因此，它們的變化規(guī)律不同。在低谷期間，對應(yīng)的時間是在夜間，在這個時間段中，大多數(shù)人都處于休息的狀態(tài)，負(fù)荷組成主要是那些必須運(yùn)行的不間斷的負(fù)荷，它們長期運(yùn)行，組成了負(fù)荷的基礎(chǔ)部分，是一天負(fù)荷的較低部分:在峰荷期間，對應(yīng)的時間是在白天，人們的活動較多，負(fù)荷的種類也體現(xiàn)出多樣性，作為總體負(fù)荷其幅值變化也明顯高于其它時段的負(fù)荷:而在腰荷期間，負(fù)荷變化處于過渡過程中，負(fù)荷的組成正發(fā)生變化，而且它的持續(xù)時間也相對比較長，因此這個階段的負(fù)荷處于一種上升狀態(tài)或處于一種下降狀態(tài)。，即一天24小時24點(diǎn)的負(fù)荷值。 ，某市典型日負(fù)荷曲線 ⑵負(fù)荷的周周期性 負(fù)荷的周周期性是指以七天為一周期的負(fù)荷變化中體現(xiàn)出來的規(guī)律性。，不難看出每周的負(fù)荷都具有類似的變化規(guī)律。 一到周五的工作日日期類型的負(fù)荷變化特點(diǎn):另一類是周六和周日的周末日期類型的負(fù)荷變化特點(diǎn)。工作日負(fù)荷與周末日負(fù)荷的變化規(guī)律，除了具有相似的日負(fù)荷變化趨勢，還具有不同之處。究其原因，這主要是因?yàn)樨?fù)荷組成和人們的生活規(guī)律決定。在工作日期間，負(fù)荷的主要組成為工業(yè)負(fù)荷。這些工業(yè)負(fù)荷在工作日期間通常處于穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)之中，因此工作日的負(fù)荷變化具有相似性:而在周末期間，工業(yè)負(fù)荷所占比重大幅度下降，居民生活和服務(wù)性的行業(yè)用電所占比重明顯上升，因此周末日負(fù)荷具有不同之處。一般來說，周末類型負(fù)荷明顯較工作日類型負(fù)荷低。⑶負(fù)荷的節(jié)假日特性 節(jié)假日負(fù)荷除了具有日負(fù)荷變化趨勢外，它與周末日負(fù)荷變化又有所不同。，從中不難看出人們的生活規(guī)律對負(fù)荷影響。一般來說，節(jié)假日的負(fù)荷比周末日負(fù)荷還要低。通過對鄭州市負(fù)荷的分析可得出在各種節(jié)假日中，春節(jié)、‘五一’和‘十一’對負(fù)荷的影響最大，負(fù)荷的峰、谷值和日總電量都有明顯的下降。 典型負(fù)荷分量的這些特性是具有通用性，不僅可以從省級負(fù)荷看出，而且從地區(qū)的負(fù)荷數(shù)據(jù)中也可以推知。這些規(guī)律對構(gòu)造適當(dāng)?shù)呢?fù)荷模型和提高負(fù)荷預(yù)測精度提出指導(dǎo)性的方向。設(shè)為第i日的所有特征量的取值(假設(shè)共有m個特征量)，則i, j兩日之間由于特征量的差別而表現(xiàn)出的差異程度指標(biāo)差異度為: (22) i, j兩日之間由于特征量的接近而表現(xiàn)出的相似程度指標(biāo)相似度為: (23) 相似度與差異度可以用一定的尺度進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這樣，任意1, J兩日，無論星期類型(工作日、休息日)、天氣類型(陰、晴等)及各種氣象指標(biāo)(最高溫度、最低溫度、平均溫度)等各種相關(guān)因素的差異如何，總可以通過差異度d?；蛳嗨贫冉窈饬績商熘g的差異度，從而為在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和組合預(yù)測法中的相似日的選取提供基礎(chǔ)。另外在計(jì)算差異度或相似度時，由于各個特征量的量綱各不相同，因此需要把不同量綱的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理(具體的過程可參考第四章)，使各個量之間可以有數(shù)值上的可比性，從而方便差異度或相似度的計(jì)算。 天氣敏感因素(如溫度、降雨量、日照等)對短期負(fù)荷具有非常明顯短期效應(yīng)。氣候變化主要是對人們的生活規(guī)律產(chǎn)生影響，各種成分的負(fù)荷發(fā)生變化，導(dǎo)致負(fù)荷的季節(jié)性變化規(guī)律。例如，工業(yè)負(fù)荷和城鄉(xiāng)居民生活用電這兩類負(fù)荷隨季節(jié)的波動較小:而其它事業(yè)用電及農(nóng)業(yè)用電負(fù)荷在系統(tǒng)總負(fù)荷的所占比例隨季節(jié)變化發(fā)生顯著變化，具有明顯的季節(jié)變化特性。由于氣候條件包括很多因素，且氣象數(shù)據(jù)很難準(zhǔn)確到具體時間具體地點(diǎn)，本論文重點(diǎn)考慮了溫度對負(fù)荷的影響。 長期以來，負(fù)荷預(yù)測的各種技術(shù)將溫度作為影響因素之一，其原因是溫度對日負(fù)荷預(yù)測影響非常直接、明顯。溫度與當(dāng)天的負(fù)荷有著直接關(guān)系，但一般不會影響第二天的負(fù)荷，因此溫度可作為負(fù)荷預(yù)測的一個重要指標(biāo)。從中可看出在不同溫度下，負(fù)荷的幅值和趨勢都有所不同，冬季日負(fù)荷總比夏季日負(fù)荷高。在溫度與負(fù)荷的各種關(guān)系中，日總電量隨日平均溫度變化的離散圖能直觀地反映出溫度對負(fù)荷的影響。其中，日總電量是一種日負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)信息，用以反應(yīng)全天的對電能的需求情況:平均溫度用來反應(yīng)全天的溫度變化水平。從圖中溫度與日總電量的趨勢線可以看出，在冬季，日總電量與日平均溫度的變化呈相反變化趨勢:在夏季，二者的關(guān)系恰好相反，呈相同的變化趨勢:在秋冬兩季，處于過渡階段。在本論文中，將溫