電力市場管理與負荷分析預測系統的開發應用

廣東電網有限責任公司潮州楓溪供電局 蔡培浩

電力系統的研究和開發主要是為了向各個用戶提供更加穩定和安全的電力資源，來讓每個電力用戶都能夠在充足和穩定的電力供給環境下進行正常的生活和工作。但是由于電力資源無法進行大分量的儲存，同時也因為電力系統的負荷變化也較為難以保持平衡狀態，導致現如今的部分區域的供電狀況都比較不穩定，同時電力資源也稍顯匱乏。導致這種狀況出現的原因不光是因為其電力設備的儲存量較低，同樣也是因為電力系統設計中對于電力負荷的預測水準無法符合如今電力耗損的水平，從而使得其出現了一定的用電缺口。由此可見，在電力市場管理中對于負荷分析預測系統的開發迫在眉睫，必須能夠設計出更為高效、安全、穩定的電力負荷分析預測系統，才能夠將各個地區電力緊缺的問題進行有效改善，將發電容量進行科學的控制，以此來讓其電力系統的運行能夠符合當地電力供給需求[1]。

1 電力負荷預測系統的特性和原理

因為電力負荷預測系統的設計需要按照電力負荷之前的狀況來一步步分析其之后的取值，因此電力負荷預測系統的設計需要針對各種不確定事件展開分析。只有通過對其展開全面的分析計算，并且利用相應的分析預測技術，將電力負荷的未來數值以及也許會產生的情況展開預測，才能夠讓其電力負荷預測系統被設計得更加完善。總的來說，電力負荷預測系統的特性大致可以分為以下幾個方面：

一是不確定性。由于電力負荷在之后的數值改動狀況是無法被精確判定出來的，電力負荷會遭受到一系列影響因素而導致其數值產生各式各樣的轉變，同時這些影響因素同樣也是無法確定的。研究人員對于一些常見事件的發生和變化能夠進行一定的估計，但是對于大部分的事件都是無法準確預知的。同時能夠導致電力負荷產生變化的因素過于繁雜，倘若產生任何的突發狀況都會導致其出現各式各樣的變化，所以這也就是電力負荷預測存在不確定性的主要原因之一。

二是條件性。不同的電力負荷預測基本上都是會根據相關的因素或條件而展開適當的判定。而對于這些因素和條件來說，又能夠將其歸類成必然因素以及假設因素的類型。當相關研究人員對電力負荷運行的基本規律有了充分的認知和理解，在之后所應用的預測因素就屬于必然因素，在這個情況下進行電力負荷預測的結果一般都是較為準確的。但是在大部分的狀態下，因為電力負荷其自身所具備的不確定特征，就必須要對其設定出適當的假設因素。同時，這些假設因素要按照科學的計算，結合一系列的實際狀況所給出的。以此來為電力負荷預測的結果附加適當的前提因素，以此對電力負荷的預測結果能夠更為精準一些。

三是時間性。每一類電力負荷預測基本上都會存在相應的時間性質。由于電力負荷預測工作屬于科學預測的領域之內，所以對其展開預測必須要存在精確的數量概念，也就是必須對其進行預測的時間進行確定[2]。

四是多方案性。正因前文所說的電力預測具備一定的因素影響性質以及不確定的性質，因此在展開電力負荷預測的過程中，需要對其電力負荷在一系列也許會產生的事件或者狀況條件下的狀態展開相應的預測，以此得出一系列情況中的不同電力負荷預測方案。

電力負荷預測系統的設計主要是按照電力負荷的運作變換規律，對其展開適當的判定和分析，將其之后的轉換狀況或者是變化趨勢進行計算，所以必須要對其電力負荷預測系統所展開的工作原理做出科學的總結，以此來作用于對電力負荷預測系統的改良和升級設計。其整體設計原理大致可以分為以下幾個方面：

可知性原理。總的來說，電力負荷預測是要對其運行的規律進行分析判定，同時對于之后有可能產生的發展狀況和趨勢進行分析計算，讓人們對電力負荷系統的以往、現在以及將來都進行精確的認知和判定，以此來彰顯電力負荷系統的可知性原理。

可能性原理。由于事物的變換以及發展都會存在一定的外在條件和內在條件，并且會隨著這些不同條件的變化和驅動而產生相應的變化。內在條件的變化和外在條件的作用力大小存在一定的差異性，從而使得其整體的變化和發展產生更加多樣性的轉化。因此，對于其各個部分的分析預測，幾乎都是根據其變化發展的各類可能性所展開的一系列方案預測。

連續性原理。此原理的主要內容就是指預測對象的發展屬于一系列的接連且統一的流程，在其之后的發展過程中同樣也會保持著這樣的形式。其主要彰顯了預測工作的開展是從以前到現在，接著從現在再到之后的一個過程。電力系統的設計也會具備一定的慣性，就好比一些電力負荷數值會根據之前的模式和狀況而一直維持下來，并且保持這個狀態向著之后一直發展。所以進一步了解預測對象的以前、現在，同時確定其發展規律，就能夠對其之后的運行狀況采取慣性原理展開更為準確的分析和預測[3]。

系統性原理。對于電力負荷預測系統來說，其主要是對電力系統的運行狀況展開精確的預測和分析，在預測分析過程中需要對其系統的各個方面以及各類影響因素進行結合考慮，要對其在之后的整體系統的動態發展狀況展開進一步的預測和分析。同時由于電力系統的自身系統和外界因素所構成的整體系統的發展狀況和其自身以及各類條件之間都會具備一定的互相影響以及互相作用的關聯。因此對于系統性原理來說，其需要將整體預測對象的狀況調整到最佳狀態，只有這樣才能夠保證其獲得的預測以及分析結果更加精確和穩定，以此來向電力公司和相關人員提供更加優質的預測方案。

相似性原理，雖然在外界的各類事件發展狀況都會有所不同，然而不同的事物之間亦然會具備一定的關聯以及相似的地方。因此，研究人員能夠通過這種相似性質對電力負荷展開適當的預測分析。一般來說，作為預測對象的一種事物，其在目前的發展現狀和流程也許會和其他預測對象在某一個時間段的發展狀況和流程相同或者相似。因此研究人員就能夠按照這個已知對象的發展狀態和流程為研究基礎，對新的預測對象在之后的發展狀態和流程展開分析預測，將這種相似性原理進行充分利用[4]。

反饋性原理。這種原理主要是指通過輸出返回到輸入端，然后將輸出結果進行適當的調整。其預測分析的反饋性質主要是想讓預測分析的結果更為精準，以此為目標對其展開相應的反饋調整。研究人員在對電力負荷預測系統的設計過程中得出，在預測分析的結果和通過一定試驗所獲得的真實數值之間具有一定差異的時候，就能夠通過這個差異對其遠期預測值展開相應的調整，以此來進一步提升預測的精準性。

2 電力負荷預測系統的開發應用

2.1 電力負荷預測系統的設計目標

2.1.1 系統需要具備可擴展性以及可維護性

一個優良的電力負荷預測系統必須能夠符合穩定性、安全性、高效性、智能性、可維護性以及可擴展性等一系列的需求。也就是說對于電力負荷預測系統的設計來說，需要其可以隨著時代和科技的發展，向其系統內部隨時融入各種全新的程序和功效，并且需要在維持期系統原狀態的基礎上對其各項參數進行適當的修改。電力負荷預測系統的設計主要是利用面向對象程序展開開發，通過標準接口銜接。此種程序的技術特征就彰顯了其系統能夠具備可擴展性以及可維護性，讓整個系統能夠被設計得更加智能化。

2.1.2 準確性以及事實性

各個地區所應用的電力系統都必須能夠保證其能夠維持長期的穩定運行，尤其是在之后愈發成熟的電力市場發展過程中，無論在何時何地都會產生一系列的電力交易事件。所以對于電力系統的電力負荷預測系統的設計必須具備充足的事實性，必須能夠在發生電力交易的時候第一時間得到產生的電力負荷信息同時展開預測分析作業。并且根據各個電力公司的需求來說，電力負荷分析預測的關鍵目標就是要讓上級電力主管機構與審判電量，所以其預測分析的結果也必須具備充足的準確性[5]。

2.1.3 數據管理功效

電力負荷預測系統的設計過程中，較為關鍵的是要能夠對各種龐大且繁雜的歷史信息展開精確且全面的處理和分析，對于這些數據信息的分析精準性會對整個電力系統的運作造成尤為關鍵的影響。因此利用更加出色的數據庫訪問技術以及數據庫系統能夠對其整體的便捷性以及電力負荷預測系統的運作效率造成關鍵的影響。

2.2 電力負荷預測系統的負荷預測方法設計

2.2.1 趨勢外推法

在電力負荷隨著時間流逝而展現出降低或是提升的狀態時，同時不存在相應的季節波動，

還可以找到一條合適的函數曲線去代表此類發展趨勢的情況下，就能夠以t表示其時間自變量，用y表示其時序數值的因變量，從而得出其發展趨勢模型y=f（t）。在能夠確認這類發展趨勢可以維持到之后的發展狀況中之后，就可以給予自變量t相應的數值，以此來獲取之后發展情況中各類時間段所對應的時間序列的數值。

采取這種電力負荷的預測方法會存在兩類假設因素：首先假設電力負荷不會存在跨越式的轉變，其次需要假設電力負荷的運作和變化條件同樣也會影響到其之后的運行狀況，其因素需要維持較小的變化或者是維持不變。利用科學的趨勢模型屬于采取趨勢外推方式的關鍵步驟，差分法以及圖形識別的方式都屬于篩選趨勢模型的方式之一。

趨勢外推的方法同樣也存在許多種類的不同類型，但是各類趨勢外推法都會具備一些相同的特征，也就是不會對其中的隨機成分展開計算分析。這種預測分析的方式所具備的優勢就是利用其進行推測不需要太龐大的數據信息基礎，僅僅要利用到相應的歷史數據就能夠展開推算。但是其也有可能會因為電力負荷產生變化而造成預測結果不夠精確的情況產生。

2.2.2 時間序列法

電力負荷系統中的歷史信息大多是根據相應的時間間隔展開分析記錄所得出的有序集合，所以這些數據同樣也會形成一個時間序列。因此這種電力負荷的預測方法主要是按照電力負荷的歷史數據為基礎，然后創建出一個時間序列的趨勢模型，然后利用這個模型對電力負荷在此時間序列中的變化規律進行記錄。這種推測方法關鍵具備自回歸AR（p）模型、自回歸滑動平均ARMA（p，q）模型以及滑動平均（q）模型等。時間序列方法的通用模型ARMA（p，q）的公式為：yt-φ1yt-1-......φpyt-p=a1-θ1at-1-......θqat-q。其中，φ1，φ2，......φp稱為自回歸系數，p為自回歸階數。θ1，θ2，......θq稱為動平均系數，q為動平均階數，yt,yt-1,......yt-p為連續一段時間的復合數據數值，at,at-1,......at-q為零均值白噪聲序列。利用這種方法的好處就是分析和預測的效率更高，所需要利用到的歷史信息不用太多。但是這種方法并未能將電力負荷的變化條件考慮到其中，僅僅是對其信息展開了你和，對其規律性的分析并不充分，僅僅能夠將其作用于電力負荷發展較為穩定同時周期較短的預測條件下。

2.2.3 模糊控制法

這種電力負荷預測方法的應用屬于目前較為現代化的預測方式，同樣也是目前在電力負荷預測系統設計中應用較為普遍的方式之一。其主要是在所應用的控制模式中結合了模糊數學的概念，讓其所展開的預測分析更加精確，同時對于部分不能創建數學模型的被控過程展開更加精確的調控。模糊系統無論是利用怎樣的方式展開分析和預測，從其各個方面來看，都是屬于一種非線性函數，同時其無論對于何種非線性連續函數，都是需要發現一種隸屬函數，一類推理規則，一種解模糊方式，從而讓其最后得出的模糊控制系統可以更加靠近這個非線性函數。利用模糊控制法展開對電力負荷預測系統的設計方法主要分為以下幾種：

一是查詢表格。這種方式的關鍵步驟就是要根據已知輸入和輸出的信息里產出模糊規則，完成一個模糊規則庫的創建。知識最后的模糊邏輯預測系統能夠從其組合模糊規則庫里面產出。

二是以神經網絡集成為基礎的高木一關野模糊分析方式。其主要是通過神經網絡去獲取條件同時輸入相應變量的聯合隸屬函數。結論部的函數F（X）同樣能夠通過神經網絡進行展現，神經網絡全都是選取的前向型BP網絡。

三是反向傳播學習方法。這種預測分析方式主要是用于確定高斯模型模糊邏輯系統的參數，通過確定的模型可以進一步地靠近真實的系統，以此來達成增強其分析預測精確性的成果。

總的來說，電力市場管理和復合系統的開發應用是目前電力行業發展過程中尤為迫切的研究項目，通過現代化的電力負荷預測系統的設計和開發，讓其以更加高效、安全、穩定的狀態投入電力系統中進行使用，能夠各個地區的電力供給更加穩定，有效解決部分地區電力資源匱乏的窘迫現狀，對于電力行業的發展提供了尤為關鍵的推動作用。