電力負荷預測方法在配網規劃中的應用

趙會茹，高婧瑤，殷商瑩

（華北電力大學 經濟與管理學院，北京 102206）

0 引言

電力系統以向各用戶提供安全、經濟、環保的電能產品為宗旨。電力負荷受氣候變化、經濟發展、產業結構調整、節假日等影響較大，因而用電消費有隨機性。電能產品的生產和消費是同時進行的，電能無法大量貯存，這就要求電力系統供電出力與用電負荷時刻保持平衡［1-3］。因此，電力負荷預測分析對電力系統的穩定經濟運行和電力生產都有著重要的理論和現實意義。

國內外在電力負荷預測方面的研究較多。文獻［3］梳理了電力負荷總量預測與電力負荷空間預測的方法。文獻［4］采用回歸分析的方法預測未來5年區域負荷的發展狀況，最后提出新的方法以提高未來負荷預測的準確性。文獻［5-6］均介紹了負荷預測的幾種常用方法，并分析了各方法的優缺點。文獻［7］總結了電力負荷預測的特點、內容及方法，并對國內外的預測技術進行了闡述。然而在目前的研究中，還缺少把多種預測方法與實際案例結合進行比較的分析，在對預測方法的實際操作方面還略有欠缺。

以河北省為例，在對河北省電力消費現狀分析的基礎上，運用單耗法、趨勢擬合法和多元線性回歸法3種方法，對河北省2018—2022年的電力消費進行預測，并對3種方法的預測結果及在配網規劃中應用時的優缺點進行分析比較。在配網規劃中，負荷預測有著極為重要的作用，提出結合電力消費的發展情況及影響負荷的因素進行預測，通過選取恰當的方法來提高預測的準確性和可靠性，為配網的建設和電力系統的安全穩定運行提供相應的理論依據。

1 河北省電力消費現狀

1998—2016年河北省電力消費情況如圖1所示。可知，1998—2016年河北省的電力消費持續增長，平均年電力消費增長率為10.32%，保持在較高水平。其中，2003—2007年及2010年的電力消費增長較快，2003—2007年增長率保持在 16%左右，2010年增長率為14.83%。

圖1 1998—2016年河北省電力消費情況

圖2 1998—2016年河北省電力消費結構

1998—2016年河北省電力消費結構如圖2所示。1998—2016年河北省的電力消費總體呈較快增長趨勢。第一產業用電量從1998年的47.54億kWh增長到2010年的159.10億kWh，之后逐年下降。1998—2016年的第二產業用電量增長幅度較快，從1998年的490.04億kWh增長到2013年的2 522.9億kWh，增長了5.15倍，之后增長趨于平穩。較第二產業用電量而言，第三產業用電量和居民用電量總體均呈穩步增長趨勢。

2 河北省電力負荷預測

選取1998—2016年共計19年的數據，根據近年來河北省的電力消費的發展情況，采用單耗法、趨勢擬合法、多元線性回歸3種模型分別對河北省2018—2022年的電力負荷進行預測。

2.1 單耗法

根據河北省的發展現狀，設定河北省2018—2022年的GDP年增長率分為高、中、低3種不同的情況。預測出河北省2018—2022年GDP如表1所示。

表1 2018—2022年河北省GDP預測

根據河北省三大產業發展情況，預測2018—2022年河北省年均第一產業增加值占GDP比重為12%，河北省年均第二產業增加值占GDP比重為53%，河北省第三產業增加值占GDP比重為35%。預測出的2018—2022年河北省三大產業增加值如表2所示。

根據對2018—2022年三大產業單位產值耗電和居民生活年均增長率的預測，可計算出三大產業及居民生活用電量，進而可以預測出全省用電消費量，如表3所示。

2.2 趨勢擬合法

分別選用線性擬合、指數擬合和多項式擬合3種方法對河北省1998—2016年的電力消費數據進行擬合，線性擬合方法的R2為0.970 8，指數擬合方法的R2為0.968 7，多項式趨勢擬合方法的R2為0.979 3。R2為決定系數，它表示趨勢線的估計值與對應的實際數據之間的擬合程度，取值范圍為0到1。當趨勢線的R2等于1或接近1時，其可靠性最高，因此利用可靠性最高的多項式擬合方法來對河北省2018—2022年的電力消費量進行預測。多項式趨勢擬合曲線如圖3所示。

表2 2018—2022年河北省三大產業增加值預測

表3 2018—2022年電力消費量預測

圖3 1998—2016年河北省電力消費多項式趨勢擬合

最終的擬合公式為：

基于此公式可預測出2018—2022年河北省電力消費量如表4所示。

表4 2018—2022年河北省電力消費量預測

2.3 多元線性回歸分析法

選取河北省 1998—2016 年 GDP（x1）、工業化率（x2）和城鎮化率（x3）作為解釋變量，對河北省電力消費量（y）進行多元線性回歸分析，得到回歸方程為

在對電力消費進行預測之前，需要先對2018—2022年河北省GDP、工業化率及城鎮化率進行預測，如表1和表5所示。

表5 2018—2022年河北省工業化率及城鎮化率預測

根據表1和表5的GDP、工業化率及城鎮化率預測結果和得出的回歸方程，可以預測出2018—2022年河北省電力消費量如表6所示。

表6 2018—2022年河北省電力消費量預測

2.4 預測結果

在對河北省電力消費現狀分析的基礎上，運用單耗法、趨勢擬合法以及多元線性回歸分析法3種方法對2018—2022年河北省的電力消費量進行預測，預測結果如表7所示。

表7 2018—2022年河北省電力消費量預測對比

通過比較可以看出，用單耗法和趨勢擬合法預測出的電力消費量較小，基于多元線性回歸法預測出的結果最大。

3 預測方法的對比

不同的電力負荷預測方法所需要的數據樣本、適用條件及建模思路都不相同，因此很難在同一評判尺度下對結果進行比較。

單耗法主要通過預測三大產業增加值及其單位產值耗電以及預測居民生活用電量來計算出全省電力消費，原理簡單且易掌握，但通過原始數據計算出的三大產業增加值及其單位產值耗電以及居民生活用電量的準確性并不能保障，所以得出的預測結果精度較差。在配網規劃中，單耗法可以用來預測有單耗指標的工業和部分農業的電力消費量，且短期預測效果較好。

趨勢擬合法是通過觀察原始數據的分布情況來找出最合適的函數類型進行擬合，運用EXCEL工具可較快得出結果。趨勢擬合法只考慮了時間對電力消費的影響，并沒有考慮地區的經濟發展，人口和社會等因素對電力消費的作用，但相對單耗法來說，預測結果較為準確。在配網規劃中，對于趨勢擬合法的選用，應該考慮擬合過程中保障預測精度及擬合曲線的一致性，結合地區電網近年的發展情況，選擇恰當的曲線模型進行擬合。

多元線性回歸分析法考慮了影響電力消費的多種因素，并通過形成回歸方程來解釋各自變量與因變量之間的關系，是一種具有一定的可靠性的、行之有效的方法，預測精度較高。但在進行回歸分析時，選擇的自變量和變量的表達方式都是一種推測，因此有時運用回歸分析法會受到一定的限制。在配網規劃中，在預測前需對地區近年來的用電情況進行統計分析，對影響電力消費的因素進行仔細的確認，并確定電力消費量與影響因素之間的關系，進而預測出電力負荷。

4 結語

在配網規劃中，電力負荷預測有著非常重要的作用。負荷預測的結果是電力系統運行的基礎數據，其精度直接影響運行的安全性和經濟性。因此，在進行負荷預測時要注意：對于數據的選取并不是越多越好，要從歷史數據中找出規律，通過觀察規律來預測出較為準確的電力負荷；要考慮經濟社會因素對電力負荷的影響，據此預測出的電力負荷數據才能為電力調度和政策的實施提供有力的依據。