電力系統(tǒng)中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)方法發(fā)展探討

邢魯華，付兆遠(yuǎn)，施 雨

（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南 250003；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司濟(jì)南供電公司，濟(jì)南 250012）

電力系統(tǒng)中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)方法發(fā)展探討

邢魯華1，付兆遠(yuǎn)2，施 雨2

（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南 250003；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司濟(jì)南供電公司，濟(jì)南 250012）

中長(zhǎng)期電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的主要工作是預(yù)測(cè)未來(lái)幾月、幾年甚至更長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)的電力負(fù)荷的時(shí)間和空間分布，對(duì)于制定電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃及燃料計(jì)劃等具有重要指導(dǎo)作用。為充分利用現(xiàn)有研究成果，分析了中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)的特點(diǎn)和現(xiàn)有成熟方法，分類討論了各中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)方法的適用條件和存在的問(wèn)題。重點(diǎn)討論了將主動(dòng)配電網(wǎng)、電力大數(shù)據(jù)與云計(jì)算、空間電力負(fù)荷預(yù)測(cè)、數(shù)據(jù)預(yù)處理、預(yù)測(cè)誤差評(píng)估和概率性負(fù)荷預(yù)測(cè)等納入未來(lái)的中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)方法研究體系中的必要性和重要意義，探討了中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)方法未來(lái)的研究重點(diǎn)及方向。

電力系統(tǒng)；中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)；主動(dòng)配電網(wǎng)；大數(shù)據(jù)；概率性負(fù)荷預(yù)測(cè)

0 引言

負(fù)荷預(yù)測(cè)是根據(jù)負(fù)荷的歷史數(shù)據(jù)及其相關(guān)影響因素，使用一定的預(yù)測(cè)模型和方法，以未來(lái)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)、社會(huì)發(fā)展、氣候條件、氣象因素等預(yù)測(cè)結(jié)果為依據(jù)，估計(jì)未來(lái)某時(shí)段的負(fù)荷數(shù)值的過(guò)程。其主要工作是預(yù)測(cè)未來(lái)電力負(fù)荷的時(shí)間和空間分布［1］。就負(fù)荷預(yù)測(cè)內(nèi)容而言，首先應(yīng)該區(qū)分總量預(yù)測(cè)和空間分布預(yù)測(cè)［2］。總量負(fù)荷預(yù)測(cè)包括對(duì)未來(lái)的電力需求量（功率）的預(yù)測(cè)、對(duì)未來(lái)用電量（能量）的預(yù)測(cè)以及負(fù)荷曲線的預(yù)測(cè)。本文主要討論中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)的總量預(yù)測(cè)方法。

負(fù)荷預(yù)測(cè)關(guān)注的是每小時(shí)、每日、每周和年度的系統(tǒng)需求和峰值需求的預(yù)測(cè)。這種預(yù)測(cè)一般分為短期、中期和長(zhǎng)期預(yù)測(cè)，取決于時(shí)間范圍。長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)，通常對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)范圍為提前幾個(gè)月到幾年，是安排新發(fā)電設(shè)施建設(shè)和輸配電系統(tǒng)發(fā)展的不可或缺的過(guò)程［3］。

不同于國(guó)外關(guān)于短期負(fù)荷預(yù)測(cè)的研究較多，國(guó)內(nèi)基本上短期預(yù)測(cè)和中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)兩者并重［2］。由于對(duì)于電力系統(tǒng)控制、機(jī)組組合、經(jīng)濟(jì)調(diào)度和電力市場(chǎng)的重要性，短期負(fù)荷預(yù)測(cè)吸引了大量的關(guān)注。中期和長(zhǎng)期的預(yù)測(cè)并沒(méi)有得到那么多的關(guān)注，盡管它們對(duì)于系統(tǒng)規(guī)劃和預(yù)算分配具有價(jià)值［3］，給出在電力公司應(yīng)用實(shí)例的文獻(xiàn)更少［4］。

由于中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)受到多種復(fù)雜因素的交互影響，例如政治、經(jīng)濟(jì)、氣候等，而且時(shí)間跨度較長(zhǎng)，預(yù)測(cè)精度始終不理想［5-7］。對(duì)長(zhǎng)期電力需求的高估將導(dǎo)致多余的電力設(shè)施建設(shè)投資的大量浪費(fèi)，不利于社會(huì)經(jīng)濟(jì)綠色低碳發(fā)展，而需求的低估將導(dǎo)致生產(chǎn)不足和需求未滿足，限制國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展［3］。Hobbs的報(bào)告指出：通過(guò)負(fù)荷預(yù)測(cè)算法，把電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的平均絕對(duì)百分誤差降低1.5%，每年可提高收益760萬(wàn)USD［8］。電網(wǎng)規(guī)劃部門應(yīng)該充分認(rèn)識(shí)中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)的重要性及其指導(dǎo)意義。做到既不高估也不低估，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的合理綠色發(fā)展，進(jìn)而恰到好處地支撐社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。本文對(duì)現(xiàn)有中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)方法進(jìn)行了總結(jié)分類，舉例了典型方法，進(jìn)一步探討了中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)方法未來(lái)的研究重點(diǎn)及方向。

1 中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)方法分類

中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)的方法可分為經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)法和數(shù)學(xué)模型計(jì)算法。經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)法是指依靠專家或?qū)＜医M的判斷進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)，不包括數(shù)量模型［9］。

根據(jù)使用數(shù)據(jù)不同，數(shù)學(xué)模型法主要分為自身規(guī)律外推法和相關(guān)分析法。兩種方法的差別在于，自身規(guī)律外推法僅以負(fù)荷自身的歷史數(shù)據(jù)為預(yù)測(cè)基礎(chǔ)，而相關(guān)分析法將負(fù)荷與各種社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素聯(lián)合起來(lái)考慮［1，10］。

按數(shù)學(xué)模型是否需要進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，數(shù)學(xué)模型法主要可分為參數(shù)模型和非參數(shù)模型。參數(shù)模型方法能反映負(fù)荷變化的規(guī)律性，但缺乏對(duì)負(fù)荷中隨機(jī)變化分量部分的處理。近年來(lái)，非參數(shù)模型逐漸得到應(yīng)用［5］，但其物理意義不清晰，較難對(duì)模型本身進(jìn)行分析和調(diào)整［11］。表1為負(fù)荷預(yù)測(cè)方法的簡(jiǎn)單分類。

表1 中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)方法分類

出于模型可用性和計(jì)算快捷性的考慮，以上各單一預(yù)測(cè)方法會(huì)忽略一些因素的影響，而著重考慮負(fù)荷的某一個(gè)或是幾個(gè)變化規(guī)律或特點(diǎn)，因而都有其不足之處。對(duì)于多變量、非確定性的中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)，使用單一定性預(yù)測(cè)或定量預(yù)測(cè)的方法顯然不夠。如何將各種方法合理地結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，進(jìn)一步提高負(fù)荷預(yù)測(cè)的精度已成為研究重點(diǎn)［5］。在這種情況下，組合預(yù)測(cè)成為共識(shí)。

2 自身規(guī)律外推類方法

對(duì)常用的、能夠體現(xiàn)自身規(guī)律外推法特點(diǎn)的典型方法進(jìn)行舉例說(shuō)明。

2.1 增長(zhǎng)型曲線外推法

增長(zhǎng)型曲線外推法運(yùn)用函數(shù)曲線擬合預(yù)測(cè)對(duì)象的歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，建立預(yù)測(cè)模型，并外推進(jìn)行預(yù)測(cè)［1］。主要使用的函數(shù)曲線包括多項(xiàng)式曲線、簡(jiǎn)單指數(shù)曲線、修正指數(shù)曲線，其模型分別如式（1）～（3）所示。

多項(xiàng)式曲線的一般模型為

式中：a0，a1，…，am為模型參數(shù)；t為自變量（一般為時(shí)間變量）；為預(yù)測(cè)值或擬合值。

簡(jiǎn)單指數(shù)曲線的模型為

修正指數(shù)曲線的模型為

式中：k為飽和值或極限值。

增長(zhǎng)型曲線存在模型識(shí)別問(wèn)題，即選擇哪一種模型最合適。一般通過(guò)時(shí)間序列數(shù)值的預(yù)分析計(jì)算和圖表識(shí)別趨勢(shì)分析實(shí)現(xiàn)。曲線外推適用的兩個(gè)條件為：預(yù)測(cè)對(duì)象的發(fā)展屬于漸進(jìn)變化，過(guò)程中沒(méi)有跳躍；影響預(yù)測(cè)對(duì)象變化的主要因素沒(méi)有發(fā)生較大變化［1］。增長(zhǎng)型曲線外推法一般用于預(yù)測(cè)期數(shù)較少的預(yù)測(cè)，過(guò)長(zhǎng)則效果不佳。

2.2 灰色系統(tǒng)預(yù)測(cè)法

灰色系統(tǒng)理論是由鄧聚龍教授首先提出的，該理論在預(yù)測(cè)領(lǐng)域中的作用非常重要。灰色系統(tǒng)的重要特征是系統(tǒng)的因素不確定或因素之間不具有確定的關(guān)系。灰色系統(tǒng)理論對(duì)原始數(shù)據(jù)加以處理，將雜亂無(wú)章的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)律性較強(qiáng)的生成數(shù)據(jù)，并建立生成數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)模型，從而進(jìn)行分析預(yù)測(cè)［1，12］。

電力負(fù)荷系統(tǒng)是典型的灰色系統(tǒng)。灰色理論模型所需樣本數(shù)少、預(yù)測(cè)精確、計(jì)算快捷、可驗(yàn)性強(qiáng)，適用于電力負(fù)荷預(yù)測(cè)。但灰色模型的預(yù)測(cè)精度受使用數(shù)據(jù)的影響，灰度隨數(shù)據(jù)離散程度的增大而增大，預(yù)測(cè)偏差也增大。

灰色系統(tǒng)理論用于預(yù)測(cè)主要使用灰色模型（Grey Model，GM），一般表達(dá)為GM（m，n），表示對(duì)n個(gè)變量建立m階微分方程。電力系統(tǒng)中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)常用最簡(jiǎn)單的灰色時(shí)間序列模型GM（1，1）［1］。

近年來(lái)，針對(duì)GM（1，1）模型的缺陷和不足之處提出了很多改進(jìn)，改進(jìn)方法主要從模型參數(shù)估計(jì)方法、模型背景值構(gòu)造方法、模型計(jì)算初始條件3方面出發(fā)［13］。

文獻(xiàn)［13］提出了一種基于雙向差分計(jì)算的GM（1，1）建模方法，采用向前差分與向后差分建模的擬合誤差平方和最小的原則進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，并利用擬合值和原始值誤差平方和最小的原則對(duì)預(yù)測(cè)模型的初始值進(jìn)行了優(yōu)化。文獻(xiàn)［14］提出變權(quán)緩沖灰色模型，將變權(quán)緩沖算子與背景值優(yōu)化灰色模型相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)原始負(fù)荷數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)預(yù)處理。針對(duì)傳統(tǒng)GM（1，1）模型對(duì)呈“S型”規(guī)律增長(zhǎng)的負(fù)荷序列建模預(yù)測(cè)時(shí)誤差大的缺點(diǎn)，文獻(xiàn)［15］提出了灰色離散Verhulst模型，采用等維灰數(shù)遞補(bǔ)預(yù)測(cè)法對(duì)灰色離散Verhulst模型進(jìn)行改進(jìn)，文獻(xiàn)［16］提出了基于最小二乘支持向量機(jī)算法與等維新息技術(shù)的改進(jìn)灰色Verhulst模型，均使預(yù)測(cè)精度得到一定改進(jìn)。

2.3 對(duì)自身規(guī)律外推法的幾點(diǎn)說(shuō)明

自身規(guī)律外推法的模型參數(shù)取決于歷史數(shù)據(jù)，無(wú)法反映未來(lái)的不同情況，也無(wú)法引入專家經(jīng)驗(yàn)和意見，預(yù)測(cè)模型的自適應(yīng)性需要加強(qiáng)。另外此方法未能將影響負(fù)荷的多方面因素的綜合作用體現(xiàn)出來(lái)［11］。灰色預(yù)測(cè)理論和各種回歸分析模型是目前得到肯定和應(yīng)用較多的中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)方法［2］。

3 相關(guān)分析法

對(duì)常用的、能夠體現(xiàn)相關(guān)分析法特點(diǎn)的典型方法進(jìn)行舉例說(shuō)明。

3.1 各產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值單耗法

各產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值單耗法統(tǒng)計(jì)分析國(guó)民經(jīng)濟(jì)三大產(chǎn)業(yè)的單位產(chǎn)值耗電量歷史數(shù)據(jù)，結(jié)合規(guī)劃期經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展情況，綜合確定規(guī)劃期各產(chǎn)業(yè)單位產(chǎn)值耗電量，基于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展規(guī)劃指標(biāo)，計(jì)算得到規(guī)劃期的電量需求預(yù)測(cè)值［1］。

最后得到各年的全行業(yè)用電量為

3.2 電力彈性系數(shù)法

電力彈性系數(shù)為一定時(shí)期內(nèi)電量的年平均增長(zhǎng)率與國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的年平均增長(zhǎng)率的比率，計(jì)算式為

則未來(lái)第t期的預(yù)測(cè)電量為

式中：Wo為預(yù)測(cè)基準(zhǔn)年電量。

3.3 對(duì)相關(guān)分析法的幾點(diǎn)說(shuō)明

相關(guān)分析法能夠反映各種社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素在負(fù)荷預(yù)測(cè)中的作用，預(yù)測(cè)原理合理，在各電力公司得到了應(yīng)用推廣。但是這類方法一般需要的數(shù)據(jù)量較大，而且有些不易得到［10］。對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)依賴性強(qiáng)，相關(guān)數(shù)據(jù)的有效性對(duì)預(yù)測(cè)精度的影響大。相對(duì)于自身規(guī)律外推法，相關(guān)分析法的實(shí)施難度較大。

4 組合預(yù)測(cè)法

對(duì)于多變量、非確定性的中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)，組合預(yù)測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)已逐漸顯現(xiàn)，很多文獻(xiàn)對(duì)此展開了研究。

文獻(xiàn)［5］選取灰色系統(tǒng)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為待融合的基礎(chǔ)模型，采用證據(jù)理論融合基礎(chǔ)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果，并考慮專家經(jīng)驗(yàn)，提出了考慮專家經(jīng)驗(yàn)的改進(jìn)D-S預(yù)測(cè)模型。文獻(xiàn)［10］對(duì)傳統(tǒng)的電力消費(fèi)彈性系數(shù)法進(jìn)行了改進(jìn)，結(jié)合灰色預(yù)測(cè)模型與二次滑動(dòng)平均預(yù)測(cè)法，建立了新的綜合預(yù)測(cè)模型，并利用遺傳算法優(yōu)化各單一預(yù)測(cè)模型的權(quán)重。文獻(xiàn)［11］提出了一種基于計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的組合預(yù)測(cè)方法。文獻(xiàn)［17］綜合了兩種非參數(shù)模型，提出了一種啟發(fā)式徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)模型。通過(guò)正交信號(hào)修正法處理相關(guān)的原始數(shù)據(jù)，作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本，并利用粗糙集理論修正預(yù)測(cè)結(jié)果。文獻(xiàn)［18］也提出了一種基于支持向量機(jī)和馬爾可夫鏈的組合負(fù)荷預(yù)測(cè)模型。文獻(xiàn)［19］提出了一個(gè)新的負(fù)荷預(yù)測(cè)程序，利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法將時(shí)間序列分解為兩部分，分別描述能量消耗值的趨勢(shì)和局部振蕩，然后這兩部分被用于訓(xùn)練支持向量回歸模型。

組合預(yù)測(cè)存在兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，一是確定要用到的單一預(yù)測(cè)模型，二是確定各單一預(yù)測(cè)模型在綜合預(yù)測(cè)結(jié)果中的權(quán)重［10］。單一模型的預(yù)測(cè)精度及其組合方式都會(huì)影響組合預(yù)測(cè)的精度［20］。組合方式有恒權(quán)重和變權(quán)重方式，其中，變權(quán)重組合的適應(yīng)性好，但同樣基于誤差理論，難以反映模型的預(yù)測(cè)有效性［21］。

文獻(xiàn)［22］提出基于兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)計(jì)算各單一預(yù)測(cè)模型的權(quán)重，指標(biāo)一是各單一模型預(yù)測(cè)值與實(shí)際負(fù)荷的誤差，指標(biāo)二是各預(yù)測(cè)值的年增長(zhǎng)率與國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值年增長(zhǎng)率的誤差。客觀熵權(quán)法和主觀G1法被選用確定兩指標(biāo)的相對(duì)重要性，最后計(jì)算出各單一預(yù)測(cè)模型的權(quán)重，實(shí)現(xiàn)了變權(quán)重負(fù)荷預(yù)測(cè)。文獻(xiàn)［23］提出了基于誘導(dǎo)有序幾何加權(quán)平均算子和加權(quán)馬爾可夫鏈的新型組合預(yù)測(cè)模型。該模型根據(jù)各單項(xiàng)預(yù)測(cè)方法在各預(yù)測(cè)時(shí)間段的預(yù)測(cè)精度對(duì)其賦權(quán)，實(shí)現(xiàn)了權(quán)重與擬合精度在任一時(shí)點(diǎn)上的相關(guān)性。但是權(quán)重的確定仍基于歷史數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)延續(xù)性較好時(shí)適用，數(shù)據(jù)突變時(shí)可能造成預(yù)測(cè)誤差較大。文獻(xiàn)［24］提出了3個(gè)指標(biāo)量，即指標(biāo)總量、指標(biāo)增長(zhǎng)量和指標(biāo)增長(zhǎng)率。利用層次分析模型優(yōu)選每個(gè)指標(biāo)量的最優(yōu)預(yù)測(cè)模型，然后利用徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合3個(gè)最優(yōu)預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果。利用徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法替代權(quán)重計(jì)算。

5 中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)方法發(fā)展

5.1 主動(dòng)配電網(wǎng)

主動(dòng)配電網(wǎng)（active distributed net，ADN）最早由2008年國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議配電與分布式發(fā)電專委會(huì)的C6.11項(xiàng)目組提出，是通過(guò)使用靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)管理潮流，以便對(duì)局部的分布式能源進(jìn)行主動(dòng)控制和主動(dòng)管理的配電系統(tǒng)［25］。

從是否受控角度出發(fā)，主動(dòng)配電網(wǎng)中負(fù)荷可分為2類：友好負(fù)荷和非友好負(fù)荷。其中，友好負(fù)荷是完全受控負(fù)荷，可由電網(wǎng)調(diào)度和負(fù)荷引導(dǎo)機(jī)制進(jìn)行主動(dòng)調(diào)節(jié)，也體現(xiàn)了主動(dòng)配電網(wǎng)的需求側(cè)響應(yīng)特性［25］。這一負(fù)荷特點(diǎn)勢(shì)必影響電力系統(tǒng)中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)的分析方法。未來(lái)中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)技術(shù)應(yīng)將主動(dòng)配電網(wǎng)的技術(shù)特征考慮進(jìn)去。

文獻(xiàn)［26］已經(jīng)在中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)中考慮了主動(dòng)需求，提出了一個(gè)基于灰色系統(tǒng)模型并考慮主動(dòng)需求的負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，其中負(fù)荷的季節(jié)性成分已經(jīng)過(guò)合適的預(yù)處理提取，主動(dòng)需求被視為一個(gè)線性傳遞函數(shù)模型的外部輸入。電力系統(tǒng)中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)還應(yīng)考慮電動(dòng)汽車充換電的影響，目前已有文獻(xiàn)對(duì)此進(jìn)行了專門研究。文獻(xiàn)［27］提出了一種考慮時(shí)空分布的電動(dòng)汽車充電負(fù)荷預(yù)測(cè)方法。采用蒙特卡洛模擬方法，仿真大規(guī)模電動(dòng)汽車不同時(shí)間、不同空間的停放、駕駛以及充電行為，預(yù)測(cè)電動(dòng)汽車充電負(fù)荷的時(shí)空分布特性。

5.2 電力大數(shù)據(jù)與云計(jì)算的綜合應(yīng)用

2013年中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)信息化專委會(huì)發(fā)布了《中國(guó)電力大數(shù)據(jù)發(fā)展白皮書》，對(duì)電力大數(shù)據(jù)的特征、未來(lái)的社會(huì)價(jià)值、在電力行業(yè)中的發(fā)展前景以及面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)都進(jìn)行了說(shuō)明。電力用戶側(cè)大數(shù)據(jù)的主要來(lái)源有智能電表、各類傳感器和智能家電［28］。

云計(jì)算是解決大數(shù)據(jù)管理的一種基礎(chǔ)平臺(tái)和支撐技術(shù)。目前大數(shù)據(jù)管理與處理的主流技術(shù)是開源Hadoop技術(shù)，憑借高可靠性和強(qiáng)大的可擴(kuò)展能力等優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)已被眾多互聯(lián)網(wǎng)公司使用。

目前，大數(shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)在新能源接入、風(fēng)電機(jī)組安全狀態(tài)評(píng)估和電網(wǎng)災(zāi)難預(yù)警中得到了應(yīng)用，也將在電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)方面發(fā)揮作用。高準(zhǔn)確度的中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)將是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分。相關(guān)關(guān)系分析法在大數(shù)據(jù)處理和管理中也得到了重視［29］。在電力系統(tǒng)負(fù)荷特性統(tǒng)計(jì)指標(biāo)和氣溫日益積累大數(shù)據(jù)背景下，有效提取數(shù)據(jù)之間關(guān)聯(lián)特征對(duì)電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行具有重大意義［30］。大數(shù)據(jù)技術(shù)可促進(jìn)地球空間、天氣預(yù)報(bào)等技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用，對(duì)提高負(fù)荷預(yù)測(cè)精確度具有積極意義［31］。

5.3 結(jié)合空間電力負(fù)荷預(yù)測(cè)方法

空間電力負(fù)荷預(yù)測(cè)是指對(duì)供電區(qū)域內(nèi)未來(lái)電力負(fù)荷的大小和位置的預(yù)測(cè)。傳統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)方法只預(yù)測(cè)未來(lái)負(fù)荷的大小，并不關(guān)注其精確的位置分布。20世紀(jì)30年代中期，國(guó)外開始出現(xiàn)有關(guān)電力負(fù)荷分布的負(fù)荷預(yù)測(cè)，國(guó)內(nèi)關(guān)于空間電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的研究起步相對(duì)較晚。電力系統(tǒng)的管理正逐步由粗放型向精益化轉(zhuǎn)變，只預(yù)測(cè)未來(lái)負(fù)荷的數(shù)值已不能滿足電力系統(tǒng)規(guī)劃的要求，所以對(duì)空間電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的關(guān)注越來(lái)越多［32］。文獻(xiàn)［33］分析了元胞負(fù)荷中的異常數(shù)據(jù)，計(jì)算元胞負(fù)荷的概率譜曲線，并基于該曲線進(jìn)行限定和約束，得到適合空間負(fù)荷預(yù)測(cè)使用的元胞負(fù)荷最大值。

在一個(gè)覆蓋大面積區(qū)域的電力系統(tǒng)中，整個(gè)地區(qū)的單一負(fù)荷預(yù)測(cè)模型有時(shí)無(wú)法保證滿意的負(fù)荷預(yù)測(cè)精度。一個(gè)主要原因是由整個(gè)地區(qū)的氣候多樣性導(dǎo)致的負(fù)荷多樣性［34］。總量負(fù)荷預(yù)測(cè)與空間電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的結(jié)合是一種可行且有效的可為大面積電力系統(tǒng)提供精確負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果的解決方案。但總量負(fù)荷預(yù)測(cè)仍是空間電力負(fù)荷預(yù)測(cè)不能替代的，其對(duì)電力行業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃起著不可替代的指導(dǎo)作用。并且，在引入負(fù)荷同時(shí)率和多區(qū)域負(fù)荷預(yù)測(cè)思路后，空間電力負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果可向總量負(fù)荷預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)化。

5.4 數(shù)據(jù)預(yù)處理

負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)是進(jìn)行中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)預(yù)處理對(duì)于負(fù)荷預(yù)測(cè)精度影響較大。預(yù)測(cè)方法不同，歷史數(shù)據(jù)年限對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的影響也不同，應(yīng)考慮方法特點(diǎn)選取歷史數(shù)據(jù)年限長(zhǎng)度。一般來(lái)說(shuō)，中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)的歷史數(shù)據(jù)以5～10年為宜［2］。

在中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)中，“近大遠(yuǎn)小”原則也常被提及，其含義是：物理量未來(lái)的變化趨勢(shì)更多地取決于歷史時(shí)段中近期的發(fā)展規(guī)律，遠(yuǎn)期的歷史數(shù)據(jù)與未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的相關(guān)性較弱。在中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)中，“近大遠(yuǎn)小”原則比較容易實(shí)現(xiàn)，常用方法主要是加權(quán)參數(shù)估計(jì)［2］。

歷史數(shù)據(jù)異常及缺失將嚴(yán)重影響負(fù)荷預(yù)測(cè)模型的精度及有效性［35］。已有文獻(xiàn)關(guān)注如何正確識(shí)別不良數(shù)據(jù)和補(bǔ)足缺損數(shù)據(jù)［2］。許多學(xué)者也將注意力轉(zhuǎn)向了負(fù)荷預(yù)測(cè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理技術(shù)。文獻(xiàn)［35］提出了基于T2橢圓圖的異常數(shù)據(jù)識(shí)別方法，和基于最小二乘支持向量機(jī)的缺失數(shù)據(jù)填補(bǔ)方法。文獻(xiàn)［36］引入蒙特卡羅算法和區(qū)間算法處理中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)中的數(shù)據(jù)不確定性問(wèn)題，嚴(yán)格分析數(shù)據(jù)不確定性對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的影響。文獻(xiàn)［37］提出了一種結(jié)合了改進(jìn)后的正交信號(hào)修正法與偏最小二乘法的中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)模型，通過(guò)正交信號(hào)修正法消除自變量系統(tǒng)中與因變量無(wú)關(guān)的正交數(shù)據(jù)信息，增強(qiáng)自變量、因變量之間的相關(guān)性，有效提高了模型成分的解釋性。

5.5 預(yù)測(cè)誤差評(píng)估

負(fù)荷預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性是對(duì)負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際負(fù)荷偏離程度的事后衡量指標(biāo)。電力負(fù)荷預(yù)測(cè)方法的準(zhǔn)確性評(píng)估，是對(duì)其的客觀評(píng)價(jià)，分析預(yù)測(cè)誤差產(chǎn)生的原因并靈活調(diào)整選擇最優(yōu)預(yù)測(cè)方法，有利于提高負(fù)荷預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

目前，關(guān)于中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差評(píng)估技術(shù)和事后預(yù)測(cè)校驗(yàn)預(yù)測(cè)精度的研究較少。對(duì)負(fù)荷預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性的評(píng)價(jià)有預(yù)測(cè)誤差和預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率兩種方法［38］。文獻(xiàn)［38］集中討論了負(fù)荷預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性評(píng)估方法，對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了綜合比較。負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差評(píng)價(jià)是自適應(yīng)預(yù)測(cè)發(fā)展的基礎(chǔ)，能夠推動(dòng)中長(zhǎng)期電力負(fù)荷預(yù)測(cè)方法的改進(jìn)，應(yīng)當(dāng)予以重視。

5.6 概率性負(fù)荷預(yù)測(cè)

電力負(fù)荷預(yù)測(cè)根據(jù)電力負(fù)荷及其相關(guān)因素的歷史數(shù)據(jù)推測(cè)它的未來(lái)數(shù)值，具有不確定性、時(shí)間性、條件性和多方案性等特點(diǎn)［39］。負(fù)荷預(yù)測(cè)從本質(zhì)上說(shuō)是一個(gè)隨機(jī)問(wèn)題，但今天很多電力公司仍舊研究和應(yīng)用點(diǎn)式預(yù)測(cè)而不是概率性預(yù)測(cè)［4］。實(shí)現(xiàn)概率性的預(yù)測(cè)更符合負(fù)荷預(yù)測(cè)自身特點(diǎn)和客觀需求。

目前，概率化預(yù)測(cè)方法已被應(yīng)用到日負(fù)荷預(yù)測(cè)中［40］，在一個(gè)長(zhǎng)期背景下，對(duì)于潛在峰值需求水平，規(guī)劃者應(yīng)采用概率的觀點(diǎn)。文獻(xiàn)［4］提出了一種準(zhǔn)確率高、防御性好的現(xiàn)代化概率性長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，利用了每小時(shí)信息，現(xiàn)代化地處理了預(yù)測(cè)模型、氣象標(biāo)準(zhǔn)化和概率性負(fù)荷預(yù)測(cè)。文獻(xiàn)［39］提出了一種概率密度預(yù)測(cè)方法，基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分位數(shù)回歸實(shí)現(xiàn)了對(duì)未來(lái)負(fù)荷完整概率分布的預(yù)測(cè)。文獻(xiàn)［41］提出了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分位數(shù)回歸的中期電力負(fù)荷概率密度預(yù)測(cè)方法。針對(duì)溫度因素對(duì)中期電力負(fù)荷的影響，在現(xiàn)有的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)、區(qū)間預(yù)測(cè)和概率密度預(yù)測(cè)方法的基礎(chǔ)上，研究在不同分位點(diǎn)上溫度和歷史負(fù)荷對(duì)電力系統(tǒng)中期負(fù)荷分布規(guī)律的影響。文獻(xiàn)［3］提出了一個(gè)提前10年預(yù)測(cè)每年和每周峰值電力需求密度的全面方法。密度預(yù)測(cè)（提供未來(lái)可能需求值的全概率分布估計(jì)）比點(diǎn)式預(yù)測(cè)更有價(jià)值，對(duì)于電力企業(yè)評(píng)估和對(duì)沖由于需求變化和預(yù)測(cè)不確定性造成的財(cái)政風(fēng)險(xiǎn)是必要的。

6 結(jié)語(yǔ)

對(duì)現(xiàn)有中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)方法進(jìn)行了總結(jié)分類，舉例說(shuō)明了自身規(guī)律外推法、相關(guān)分析法和組合預(yù)測(cè)的典型方法與特點(diǎn)，重點(diǎn)討論了在未來(lái)的中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)中，應(yīng)將主動(dòng)配電網(wǎng)、電力大數(shù)據(jù)與云計(jì)算、數(shù)據(jù)預(yù)處理、預(yù)測(cè)誤差評(píng)估和概率性負(fù)荷預(yù)測(cè)等納入負(fù)荷預(yù)測(cè)方法研究體系中，探討了中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)方法未來(lái)的研究重點(diǎn)及方向，為廣大的電力系統(tǒng)規(guī)劃及負(fù)荷預(yù)測(cè)人員提供參考。

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Discussion on Development of Mid-long-term Load Forecasting Method of Power System

XING Luhua1，F(xiàn)U Zhaoyuan2，SHI Yu2
（1.State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China；2.State Grid Jinan Power Supply Company，Jinan 250012，China）

The main task of mid-long-term load forecasting is to forecast the temporal and spatial distribution of power load for the next few months，years or even longer period.It plays an important role in guiding development plan and fuel plan of an electric power system.In order to make full use of existed research findings，characteristics of mid-long-term load forecasting and ever presented forecasting methods are analyzed，and applicable conditions and problems of these existed mid-long-term load forecasting methods are discussed.The necessity and importance of integrating the active distribution network，big data of electric power，cloud calculation，spatial load forecasting，data preprocessing，forecasting error evaluation and probabilistic load forecasting into the future research system of mid-long-term load forecasting are analyzed.Finally the emphasis and direction of mid-long-term load forecasting methods research in future are discussed.

power system；mid-long-term load forecasting；active distributed net；big data；probabilistic load forecasting

TM71

A

1007－9904（2017）01－0013－06

2016-07-23

邢魯華（1986），女，工程師，主要從事電力系統(tǒng)運(yùn)行與規(guī)劃等方向的研究工作。