基于多因素的電力需求預測方法研究

徐凌燕 劉芮瑤

1.國網冀北電力有限公司廊坊供電公司? ?河北廊坊? ?065000；2.寧波諾丁漢大學? 浙江寧波? 315154 摘要：隨著社會經濟的不斷發展以及經濟結構的不斷調整，電力需求受經濟發展的影響也在不斷加劇。電力供需形勢預測是電力市場營銷、電力系統規劃和電力公司經濟決策的重要參考依據，越來越受到電力企業的重視。準確的電力供需形勢預測成為制定電力規劃的重要基礎性工作，也是保持國民經濟健康可持續發展的需要。通過對電力供需形勢影響因素的分析，橫向對比多種電力供需形勢預測方法，提出基于趨勢外推法的電力需求預測方法，以某地區電網為例，驗證了所提方法的有效性。

關鍵詞：電力需求預測? 電力系統? 多因素? 趨勢外推法

中圖分類號：TM73

Research on the Forecasting Method of Power Demand Based on Multiple Factors

XU Lingyan1? LIU Ruiyao2

1. Langfang Power Supply Company， State Grid Jibei Electric Power Co.， Ltd.， Langfang， Hebei Province， 065000 China; 2. University of Nottingham Ningbo China， Ningbo， Zhejiang Province， 315154 China

Abstract：With the continuous development of social economy and the constant adjustment of the economic structure， the influence of economic development on power demand is also intensifying. The forecast of power supply and demand situations is an important reference for the marketing of the power market， the planning of the power system and the economic decision-making of power companies， which has attracted more more attention from power enterprises. The accurate forecast of power supply and demand situations has become important basic work in the formulation of power planning， and it is also the need to maintain the healthy and sustainable development of national economy. Through the analysis of the influence factors of power supply and demand situations and the horizontal comparision of many forecasting methods of power supply and demand situations， this paper presents a forecasting method of power demand based on trend extrapolation， and verifies the effectiveness of the proposed method with a regional power grid as an example.

Key Words： Electric power demand forecasting; Power system; Multi-factor; Trend extrapolation method

電力工業在國民經濟發展中扮演著至關重要的角色，是國民經濟的第一基礎產業，需滿足經濟發展對電力電量的要求，既要滿足當前需要，又要為未來經濟發展創造積極的條件，為國民經濟發展提供持續、充足、可靠的能源支撐。同樣，電力供需的不平衡也會直接影響社會經濟的健康發展。因此，電力的發展與經濟增長密切相關，構建良好的電力供需形勢預測模型，成為制定發電計劃和電力系統發展規劃的基礎工作。

電力供需形勢預測是以電力負荷預測為基礎的，結合地區能源資源稟賦、電源規劃開工情況等基本條件，對某個地區或多個地區未來電力電量供應和負荷需求之間的平衡進行分析[1]。目前對電力供需形勢預測方法的相關研究，均未考慮分布式光伏等新型負荷接入后對電網負荷分布等情況的影響，預測結果存在一定的局限性[2]。因此，有必要對電力需求的主要影響因素進行分析，全面考慮各類因素對電網供需形勢的影響，提出考慮多因素的基于趨勢外推法的電力需求預測方法，為配電網規劃建設提供依據和支撐。

1 電力需求的主要影響因素分析

隨著我國經濟快速發展以及“雙碳”政策的提出，各行各業在發展的同時，也在關注節能減排以及降損增效，對電力的需求量越來越大，清潔能源接入也越來越多，因此，有必要開展電力需求的主要影響因素分析，對電力供需形勢進行預測，結合經濟發展水平，掌握地區產業結構發展的方向，使電力部門提前做好規劃建設，提高能源利用效率，保證提供安全、可靠、優質、充足的電力資源。本文將影響中長期電力供需形勢的影響因素歸納為以下4個方面。

1.1 經濟增長

隨著疫情影響的結束，國內大環境向好，地區發展政策、發展戰略定位等諸多因素影響，電力市場需求將會進一步擴大，區域戰略實現、產業體系打造、創新元素驅動等多方因素將直接或間接導致電力市場規模擴大化，2023年下半年以及后兩年，國內將會持續發力激發經濟發展的活力與韌勁，隨之而來的電力供應以及電力市場需求將會進一步發展[3]。

1.2 節能減排

“雙碳”政策下，必然會加快建立健全綠色低碳循環發展經濟體系，推進經濟社會全面綠色低碳轉型，助力實現碳達峰、碳中和目標的實現，要求做到以下幾個方面。

1.2.1 產業結構調整

加大對高能耗、高污染產業的淘汰力度，推動綠色產業的發展，提高經濟發展的質量和效益[3]。

1.2.2 能源利用效率提升

加大對能源利用效率的改善力度，推動技術創新和裝備升級，提高能源利用效率。

1.2.3 新能源開發利用

加大對新能源的開發和利用，如太陽能、風能等。通過增加新能源的比重，減少對傳統能源的依賴，實現能源結構的轉型升級，降低碳排放。

1.3 電能替代

對比“煤改氣”，電采暖具有清潔可靠、安全性高等優點，因此各地均具有開展規模性的“煤改電”建設改造工作的可能性，應持續跟蹤政府“煤改電”開展意向，精準掌握潛在負荷發展情況[4]。

新能源電動汽車是全球汽車產業的發展方向，也是國家重點支持和發展的戰略性新興產業。為此，國家相繼出臺了《節能與新能源汽車產業發展規劃（2012—2020年）》（國發〔2012〕22號）、《關于加快電動汽車充電基礎設施建設的指導意見》（國辦發〔2015〕73號）和《電動汽車充電基礎設施發展指南（2015—2020年）》（發改能源〔2015〕1454號）等一系列鼓勵充電設施發展的政策措施。

1.4 自備電廠、分布式電源及儲能

隨著國家能源戰略的不斷深入以及“30 60”雙碳目標的不斷實施，自備電廠、分布式電源都將得到進一步發展[5]。

隨著環保意識的提高和可再生能源技術的發展，各地區的自備電廠將會持續發展。自備電廠通常使用清潔能源，如太陽能、風能等，這些能源的利用可以減少對傳統化石燃料的依賴，降低碳排放，有利于環保。然而，自備電廠的發展可能會對供電公司的售電量和電力供需產生影響[6]。一方面，自備電廠可以降低電力需求，從而減少供電公司的售電量，另一方面，自備電廠的發電量可能不穩定，這可能會對電網的穩定性產生影響。

分布式電源發電是近年來發展迅速的一種新型發電方式。它將小型發電裝置布置在用戶附近，可以提供高效的、可靠的電力供應。分布式電源發電可以降低電力傳輸的能耗，提高電力供應的效率。同時，它也可以為用戶提供更加穩定和可靠的電力供應。然而，分布式電源發電可能會對電網的統一調度和管理產生挑戰。

新型儲能發電技術如電池儲能、壓縮空氣儲能等，在近年來也得到了迅速的發展。這種技術可以將富裕的電力儲存起來，然后在需要的時候進行發電，可以有效地解決可再生能源發電的不穩定性問題，也將會伴隨著地區可再生能源的不斷利用而衍生發展。新型儲能發電可以解決電力供需的不平衡問題，提高電網的穩定性。然而，新型儲能發電的技術成本較高，可能會影響其大規模應用。

2? 基于趨勢外推法的電力需求預測

2.1? 電力需求預測模型構建思路

本文通過對電網及非電網數據的收集，提取電力供需形勢預測影響因素，分析指標關聯關系，構建基于趨勢外推法的電力需求預測模型，為電網規劃建設及“雙碳”目標的實現提供支撐，構建思路如圖1所示。

2.1.1 多元數據收集

考慮電力供需形勢預測模型構建所需數據，對電網數據、非電網數據進行收集，包括歷年的售電量、用電量、經濟發展水平、電力政策等。

2.1.2 指標關聯關系分析

主要針對經濟社會發展因素與電力需求關聯關系進行分析，將產業結構調整、居民生活水平變化、季節變化等因素納入考慮范圍，為電力需求預測模型選取影響因素提供理論支撐。

2.1.3 電力需求預測模型構建

基于指標關聯關系分析結果，考慮經濟指標、氣象指標、電力指標等眾多因素的影響，構建基于趨勢外推法的電力需求預測模型。

2.2? 基于趨勢外推法的電力需求預測

2.2.1? 趨勢外推法原理

配電網電力需求預測可以為配網規劃建設提供理論依據，常用電力需求預測方法有趨勢外推法、產值單耗法、彈性系數法等。產值單耗法，是通過對單位產值耗電量進行統計分析，根據經濟發展以及產業結構調整情況，確定規劃期產業的單位產值耗電量，然后根據國民經濟和社會發展規劃的指標，計算得到規劃期的電量需求預測值[6]。彈性系數法，是在對一個因素發展變化預測的基礎上，通過彈性系數對另一個因素的發展變化作出預測的一種間接預測方法。趨勢外推法，是假設未來是過去和現在連續發展的結果，且無明顯的季節性波動，利用一個合適的函數曲線反映預測對象隨著時間的變化趨勢，最常采用的函數模型如線性模型、指數曲線、生長曲線、包絡曲線等。本文主要采用趨勢外推法進行預測。

基于趨勢外推法的預測方法，主要是根據電力系統的歷史和現實數據，尋求用電量、售電量、電力負荷、電力供應能力等數據隨時間推移而發展變化的規律，從而預測其未來狀況的一種常用的預測方法。用時間t為自變量，時序數值y為因變量建立趨勢模型：

應用趨勢外推法需有兩個假設條件：（1）假設用電量、售電量、電力負荷、電力供應能力等數據發展過程中沒有跳躍式變化，是漸進型的；（2）用電量、售電量、電力負荷、電力供應能力等數據的發展因素，也決定其未來的發展，其條件是不變或者變化不大的。

2.2.2? 基于趨勢外推法的電力需求預測

（1）全社會用電量預測。

我國某地區2018—2022年全社會用電量如表1所示，從表中可以看到用電量有著顯著的逐年遞增趨勢，且通過散點圖可以更清晰地看出其變化趨勢呈現線性趨勢（如圖2所示）。

由此，基于電量需求的主要影響因素分析結果，考慮分布式電源上網電量、電能替代電量占比對用電量的影響，構建考慮多因素的基于趨勢外推法的全社會用電量預測模型：

式（2）中，為t年的全社會用電量；為系數；t為時間；p為分布式電源上網電量占比；d為電能替代電量占比。將數據輸入模型進行預測，預測結果如表2所示。

（2）電力供應能力預測。

我國某地區2018—2022年全社會最大負荷如表3所示，從表中可以看到全社會最大負有著顯著逐年遞增的趨勢，且通過散點圖可以更清晰地看出其變化趨勢呈現線性趨勢（如圖3所示）。

同樣，基于電量需求的主要影響因素分析結果，考慮分布式電源上網電量、電能替代電量占比對用電量的影響，構建考慮多因素的基于趨勢外推法的全社會最大負荷預測模型，將數據輸入模型進行預測，預測結果如表4所示。

（3）電力供需形勢預測。

基于以上預測結果，可以對電力供需形勢進行預測：①2024年迎峰度夏，負荷呈線性快速增長，對于負荷密度較高的地區，在2024年迎峰度夏期間，需密切關注負荷變化、設備負載等情況，必要時需改變主網架結構或提供新的電源支撐點，為安全、可靠供電提供支撐。②2024年迎峰度冬，2024年11、12月度冬期間，受煤改電等供暖負荷影響，出現供暖負荷增加變電站主變負載率升高的問題，需重點關注主變負載率較高甚至過載問題，必要時需改變主網架結構或提供新的電源支撐點，提升電網供出能力。

3 結論

目前，是我國電力發展的關鍵時期，也是中國電力發展規模較大的時期，研究電力與經濟的協調發展具有重大的意義。電力供應要滿足經濟增長對電力的需求，同樣，任何電力供需的不平衡也將影響經濟的健康發展。因此，電力的發展如何與經濟增長相協調，怎樣避免電力建設的大起大落，應當成為關注的重點。本文提出的基于多因素的電力需求預測方法，可以更為全面地考慮各類影響因素對電力供需形勢的影響，提高電力需求預測準確性，為電網規劃建設提供理論支撐。

參考文獻

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