配電網(wǎng)規(guī)劃中電力負(fù)荷預(yù)測方法的有效性探究

蔡舒毅

（國網(wǎng)福建惠安縣供電有限公司，福建 泉州 362100）

0 引 言

配電網(wǎng)規(guī)劃中，電力負(fù)荷預(yù)測作為電力系統(tǒng)工作的重要組成部分，保障了電力系統(tǒng)穩(wěn)定安全的運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益的最大化。電力負(fù)荷預(yù)測工作需要考慮經(jīng)濟(jì)、氣候等多方面因素進(jìn)行計(jì)算，包括對于負(fù)荷需求量和用電量的預(yù)測，對電力網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行具有非常重要的作用。

1 電力負(fù)荷預(yù)測的重要性

1.1 電力負(fù)荷預(yù)測的概念

配電網(wǎng)規(guī)劃中，電力負(fù)荷預(yù)測的主要工作內(nèi)容是在電力需求的基礎(chǔ)上，綜合外界各種環(huán)境的影響，對將來用電量進(jìn)行科學(xué)有效的推測，得到的預(yù)測結(jié)果對于后期電力系統(tǒng)的發(fā)展具有重要意義。用電量的程度決定了發(fā)電設(shè)備的選用，而電力負(fù)荷預(yù)測工作為電力系統(tǒng)的運(yùn)行管理提供了重要的參考數(shù)據(jù)，可保障電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

1.2 電力負(fù)荷預(yù)測的作用

電力負(fù)荷預(yù)測在電力系統(tǒng)的運(yùn)行中具有重要作用。通常，電力系統(tǒng)以電力負(fù)荷預(yù)測為基礎(chǔ)，相關(guān)工作人員要想預(yù)測發(fā)電廠的電力，必須計(jì)算發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行情況和輸出情況，而這些計(jì)算是以負(fù)荷預(yù)測為前提的。電力系統(tǒng)的安全問題需要電力負(fù)荷預(yù)測做保障，負(fù)荷預(yù)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度直接影響電能的質(zhì)量。在電力系統(tǒng)輸出出現(xiàn)故障時(shí)，還會(huì)對電網(wǎng)和用戶造成巨大的財(cái)產(chǎn)損失，嚴(yán)重時(shí)甚至威脅百姓的生命健康。雖然電力負(fù)荷預(yù)測在電力系統(tǒng)的運(yùn)行中具有不可替代的作用，但負(fù)荷預(yù)測的計(jì)算非常困難，所以在實(shí)際工作中依然會(huì)由于各種因素出現(xiàn)問題。

1.3 配電網(wǎng)規(guī)劃中負(fù)荷預(yù)測的主要內(nèi)容

在配電網(wǎng)規(guī)劃中，負(fù)荷預(yù)測的主要內(nèi)容包括電力需求預(yù)測和電量需求預(yù)測[1]。電量需求預(yù)測主要是對規(guī)劃期內(nèi)所使用的總電量進(jìn)行預(yù)測，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)計(jì)算用電量和增長趨勢，從而確定用電的總需求量。電力需求預(yù)測則通過總量負(fù)荷預(yù)測和空間負(fù)荷預(yù)測兩個(gè)方面進(jìn)行綜合計(jì)算。總量負(fù)荷預(yù)測旨在計(jì)算所規(guī)劃期內(nèi)每階段的最大負(fù)荷量和每階段的增長趨勢，通過計(jì)算確定總量負(fù)荷的預(yù)測結(jié)果，以指導(dǎo)電網(wǎng)貢獻(xiàn)最大的供電能力。

2 配電網(wǎng)規(guī)劃中電力負(fù)荷預(yù)測方法的選擇

2.1 組合預(yù)測法

在目前的電力負(fù)荷工作中，電力負(fù)荷預(yù)測具有一定的復(fù)雜度和隨機(jī)性。預(yù)測方法不同，適用范圍也不同，而單一的預(yù)測方式由于不能滿足不同的電氣設(shè)備，所以不能精準(zhǔn)進(jìn)行預(yù)測。對此，相關(guān)人員將多種預(yù)測方法進(jìn)行組合，根據(jù)各種預(yù)測方式的優(yōu)缺點(diǎn)，將不同的模型科學(xué)組合到一起，將誤差最小化，極大地提高了預(yù)測精準(zhǔn)度。目前，組合預(yù)測的方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于中長期和短期負(fù)荷預(yù)測工作，完善了單一算法的缺點(diǎn)和不足，極大地提升了電力負(fù)荷預(yù)測的工作質(zhì)量。

2.2 回歸分析法

在電力負(fù)荷預(yù)測工作中，采用回歸分析法預(yù)測負(fù)荷，需要根據(jù)歷史數(shù)據(jù)建立對應(yīng)的計(jì)算方法，再采用合適的計(jì)算模型分析歷史數(shù)據(jù)。過程中也可以采用統(tǒng)計(jì)學(xué)的相關(guān)算法科學(xué)分析歷史數(shù)據(jù)中存在的變量，從而預(yù)測未來發(fā)展結(jié)果的相關(guān)數(shù)據(jù)。一般情況下，對于中期負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測時(shí)都采用線性回歸的方法。線性回歸法不但預(yù)測結(jié)果較為精準(zhǔn)，也能在計(jì)算過程中對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行二次分析[2]。但是，回歸分析法仍然存在缺點(diǎn)和不足，雖然適用于綜合用電的電力負(fù)荷預(yù)測，但在不具有局域借鑒的實(shí)際意義。

2.3 負(fù)荷密度法

負(fù)荷密度法即計(jì)算單位面積內(nèi)的負(fù)荷值[3]。負(fù)荷密度法與其他計(jì)算方法不同，注重計(jì)算的直觀性，雖然不能預(yù)測整體區(qū)域內(nèi)的負(fù)荷密度，但可以將整體劃分為不同部分，再針對每一部分進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測。計(jì)算方法為先將區(qū)域內(nèi)的目前負(fù)荷密度數(shù)據(jù)和歷史負(fù)荷密度數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，然后結(jié)合地區(qū)發(fā)展的特征和具體情況進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測，單獨(dú)計(jì)算部分用電量過大的區(qū)域。在使用負(fù)荷密度法進(jìn)行預(yù)測時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意區(qū)域內(nèi)的整體電力負(fù)荷因外界因素刺激變化時(shí)而導(dǎo)致出現(xiàn)的階段性和跳躍性的發(fā)展形勢。

2.4 單位耗電法

單位耗電法即通過對電力負(fù)荷量的單耗進(jìn)行測定，得出數(shù)據(jù)后分析及預(yù)測規(guī)劃區(qū)域內(nèi)整體用電量的方法。通常情況下，單耗法適用于工業(yè)電力和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)電力單耗指標(biāo)的預(yù)測，預(yù)測結(jié)果較為精準(zhǔn)[1]。但是，采用單耗法進(jìn)行電力負(fù)荷預(yù)測時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意針對不同地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況做區(qū)分，同時(shí)根據(jù)規(guī)劃期間內(nèi)所得到的單耗指標(biāo)進(jìn)行綜合性分析，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)和規(guī)劃范圍內(nèi)的發(fā)展特點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測。單耗法的優(yōu)勢在于計(jì)算方法較其他方法簡單，且較短的時(shí)間內(nèi)預(yù)測結(jié)果更準(zhǔn)確。

2.5 趨勢外推法

趨勢外推法是根據(jù)已經(jīng)計(jì)算的歷史數(shù)據(jù)繪制一個(gè)可以反映規(guī)劃內(nèi)負(fù)荷本身增長趨勢的曲線，根據(jù)曲線的內(nèi)容和走向判斷往后某一時(shí)間的負(fù)荷水平。此方法不單只適用于中長期的電力負(fù)荷預(yù)測，對于短期規(guī)劃內(nèi)的負(fù)荷預(yù)測也可應(yīng)用。趨勢外推法的優(yōu)勢在于需要計(jì)算的數(shù)據(jù)量大大減少，相關(guān)人員的計(jì)算工作相對較少。但是，使用趨勢外推發(fā)計(jì)算電力負(fù)荷預(yù)測時(shí)，必須注意由于歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)適用于不同計(jì)算方法，所得出的預(yù)測結(jié)果精準(zhǔn)度可能略有不同，故在實(shí)際工作過程中，需要比較各種不同算法，選取更貼合實(shí)際情況的模型進(jìn)行計(jì)算。

3 配電網(wǎng)規(guī)劃中的智能電力負(fù)荷預(yù)測方法

伴隨著電力系統(tǒng)的飛速進(jìn)步，近年來各種智能算法和新型理論得到了廣泛應(yīng)用，在電力負(fù)荷預(yù)測領(lǐng)域也有了較大提高。相比前文提到的5種預(yù)測方法，國內(nèi)外也出現(xiàn)了一些根據(jù)新型研究成果而設(shè)計(jì)的智能負(fù)荷預(yù)測方法。

3.1 灰色模型預(yù)測法

灰色模型預(yù)測法主要針對灰色系統(tǒng)的分析、預(yù)測和控制進(jìn)行研究，認(rèn)為在規(guī)劃范圍內(nèi)所出現(xiàn)的任何隨機(jī)的過程都可以視為灰色量，并把該過程稱為灰色過程[3]。雖然灰色過程在表面看是隨機(jī)出現(xiàn)的，但事實(shí)上灰色過程仍然具有可以預(yù)測的規(guī)律性。在負(fù)荷預(yù)測過程中，將所觀察的數(shù)據(jù)作為灰色量，通過持續(xù)增加或減少的方式使得灰色量逐漸變?yōu)榘咨浚詭椭嚓P(guān)人員建立計(jì)算模型。該預(yù)測法的優(yōu)點(diǎn)在于需要的負(fù)荷數(shù)據(jù)少，計(jì)算方式較為簡單，且不需要統(tǒng)計(jì)規(guī)劃范圍內(nèi)的分布規(guī)律等，非常適用于短期規(guī)劃負(fù)荷的預(yù)測。該方式的缺點(diǎn)在于，當(dāng)數(shù)據(jù)不集中、離散程度大的時(shí)候，預(yù)測的精準(zhǔn)度會(huì)隨之降低。

3.2 模糊預(yù)測法

模糊預(yù)測法主要針對電力負(fù)荷受到的不確定的外界因素影響所采用的預(yù)測方法，如地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境氣候以及當(dāng)?shù)卣叩取Ｄ：A(yù)測法將模糊數(shù)學(xué)理論作為負(fù)荷預(yù)測基礎(chǔ)，以處理主觀因素較為嚴(yán)重的數(shù)據(jù)為優(yōu)勢，在包括電力負(fù)荷預(yù)測以內(nèi)的各項(xiàng)電力領(lǐng)域得到了廣泛推廣和應(yīng)用。由于模糊預(yù)測在短期規(guī)劃內(nèi)的應(yīng)用較為成熟，目前已經(jīng)逐漸在中廠區(qū)領(lǐng)域中發(fā)展應(yīng)用。模糊預(yù)測的主要方法包括模糊聚類、模糊相似優(yōu)先比以及最大貼進(jìn)度3種計(jì)算方式。

3.3 專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)是一個(gè)將大量負(fù)荷預(yù)測數(shù)據(jù)和相關(guān)知識(shí)作為基礎(chǔ)而建立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。一個(gè)完善的專家系統(tǒng)包括健全的知識(shí)庫、推理系統(tǒng)、輸出解釋界面以及知識(shí)存儲(chǔ)獲取4個(gè)獨(dú)立存在的部分。專家系統(tǒng)涵蓋了包括負(fù)荷預(yù)測領(lǐng)域在內(nèi)的多個(gè)方面的相關(guān)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，可以模擬專家運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，選擇和分析眾多預(yù)測算法和模型，減少了相關(guān)人員的工作量和以人工操作時(shí)所產(chǎn)生的失誤。該系統(tǒng)由于可以正確預(yù)測規(guī)劃內(nèi)的電力負(fù)荷且預(yù)測結(jié)果精準(zhǔn)，在電力負(fù)荷預(yù)測的領(lǐng)域內(nèi)具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié) 語

綜上所述，在配電網(wǎng)規(guī)劃中應(yīng)用電力負(fù)荷預(yù)測方法是電力系統(tǒng)的重要部分，保障了電力系統(tǒng)的正常安全運(yùn)轉(zhuǎn)，為電力系統(tǒng)的計(jì)劃和發(fā)展規(guī)劃提供了具有指導(dǎo)性的參考意見，而成熟的電力負(fù)荷預(yù)測水平可以幫助配電網(wǎng)更加科學(xué)，同時(shí)在安全范圍內(nèi)節(jié)約發(fā)電成本，使電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益最大化。