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山东大学硕士学位论文 电力预测模型的研究及楼宇冷热电联产分布式电源价值分析 捅要 电力工业是国民经济的重要部门之一。对电源建设规划问题进行科学研 究，以期最大限度地提高规划质量，具有重大的现实意义。电力需求及负荷 预测是电源规划的重要依据之一，准确的预测结果也是电网正常运行的重要 保障。本文针对山东电网的负荷特点，找出适当的预测方法，应用到电力负 荷预测工作中，使其达到更高的预测精度，为下一步开展电站系统优化配置 研究工作打好基础。 本文首先对山东省产业结构、电力消费现状及未来发展趋势进行分析， 对山东省各次产业结构与电力消费结构的关联度进行定量分析并且据此确 定优势产业。 其次针对山东电网的特点，建立了多种预测模型一一线性回归预测模 型、移动平均预测模型、多项式预测模型、自适应过滤预测模型、温特斯线 性与季节性指数平滑模型、灰色模型以及几种基于灰色模型的改进模型等。 在实际预测中，相对误差有时比绝对误差更有意义，基于此，本文取相对误 差平方和最小作为约束条件构建了新的线性回归模型。在对传统灰色预测模 型进行分析的基础上，钊对灰色模型预测时增长速度过快的问题，本文提出 一种新的模型一一加权缓冲灰色模型，从而抑制预测数据的过快增长，进 步提高了预测精度，并且对模型中权重的选取进行了探索研究。 在对电力历史数据进行分析研究的基础上，利用所构建的模型对【l 东省 规划期内三大产业用电量及居民生活用电量、每年的月度最大用电负荷、月 度最小用电负荷、夏季典型日负荷变化曲线等作出预测分析，为下一步电源 建设规划提供依据。 本文最后对楼宇冷热电联产分布式电源( b u i l d i n gc o o l i n g ，h e a t i n ga n d p o w e r t r i g e n e r a t i o nd i s t r i b u t e ds y s t e m ，文中简称为b c h p ) 的功能价值进行 了初步分析。b c h p 具有清洁燃烧、能源利用效率高、有效缓解地区性电力 失衡和时段性电力短缺、改善电网安全性、减轻环境污染等优点。本文选定 有代表性的建筑物一一某写字楼作为模拟对象进行b c h p 功能价值分析， 将b c h p 方案与传统冷热电供应方案进行定量比较，论证b c h p 在减轻电 山东大学硕士学位论文 网负荷压力、节约费用、投资回收等方面的技术经济价值，在节约能源方面 的价值以及在减少污染物排放、改善环境等方面的环保价值，为b c h p 在 山东省的应用提供可行性分析的依据。 关键词：电力需求负荷预测楼宇冷热电联产分布式电源 山东大学硕士学位论文 s t u d yo ne l e c t r i cl o a df o r e c a s t i n gm o d e l a n dv a l u eo ft h eb u i l d i n gc o o l i n g h e a t i n g a n dp o w e rt r i g e n e r a t i o nd i s t r i b u t e d s y s t e m a b s t r a c t e l e c t r i c p o w e ri n d u s t r y i so n eo ft h e i m p o r t a n td e p a r t m e n t s i nt h e e c o n o m yo f o u rc o u n t r y m a k i n gs c i e n t i f i cr e s e a r c ho nt h ep r o g r a m m i n go f p o w e rs u p p l ys y s t e mt oi m p r o v et h eq u a l i t y o fp r o g r a m m i n gh a sa g r e a t r e a l i s t i c s i g n i f i c a t i o n f o r e c a s t i n g o fe l e c t r i cl o a di so n eo ft h e i m p o r t a n t r e f e r e n c e si nt h e p r o g r a m m i n go fp o w e rs u p p l ys y s t e m t h ea c c u r a c yo f e l e c t r i cl o a d f o r e c a s t i n g i st h e i m p o r t a n tg u a r a n t e e f o rn o r m a l o p e r a t i o n a i m i n g a tt h el o a dc h a r a c t e ro f p o w e r n e t w o r ko f s h a n d o n g ，s o m ef o r e c a s t i n g m o d e l sw e r em a d ei nt h i s p a p e rf o ra b t a i n i n gh i g h e rp r e c i s i o na n dm a k i n g g o o d f o u n d a t i o nf o rs u b s e q u e n to p t i m i z i n gr e s e a r c ho fe l e c t r i cp o w e r s y s t e m f i r s t l y , t h e i n d u s t r i a l s t r u c t u r e ，t h ea c t u a l i t y o ft h ee l e c t r i c p o w e r c o n s u m p t i o n a n dt h ef u t u r a l d e v e l o p m e n t a l c u r r e n to f s h a n d o n g w e r e a n a l y z e d a t t h es a m et i m e ，q u a n t i t a t i v l y a n a l y s i s o fa s s o c i a t i o n d e g r e e b e t w e e ni n d u s t r i a ls t r u c t u r ea n de l e c t r i c p o w e rc o n s u m p t i o n s t r u c t u r eo f s h a n d o n gw a sm a d e t h r o u g h t h e s ea n a l y z i n gr e s u l t s ，t h ed o m i n a n ti n d u s t r y w a sd e t e r m i n e d s e c o n d l y , a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e ro fp o w e r n e t w o r ki ns h a n d o n g ，m a n y k i n d so f p r e d i c t i o n m o d e l sw e r es e t u p i nt h i s p a p e r , s u c h a sl i n e a r r e g r e s s i o nm o d e l ，m o v i n ga v e r a g em o d e l ，m u l t i n o m i a lm o d e l ，s e l f a d a p t i n gf i l t e r i n gm o d e l ，w i n t e r s l i n e a ra n ds e a s o nc h a r a c t e r e x p o n e n t s m o o t h i n gm o d e l ，g r a ym o d e la n ds o m ei m p r o v e dm o d e l sb a s e do ng r a y m o d e l i na c t u a lf o r e c a s t i n g ，r e l a t i v ee r r o rh a sm o r e s i g n i f i c a n c et h a n a b s o l u t e e r r o r t h e r e f o r e ，t h ec o n s t r a i n tc o n d i t i o nt h a tt h eq u a d r a t i cs u m o ft h er e l a t i v e e r r o ri sm i n i m u mw a sa d o p t e di nt h i s p a p e r , s oan e wl i n e a rr e g r e s s i o n m o d e lw a sc o n s t i t u t e d b a s e do nt h e a n a l y s i s o ft r a d i t i o n a l g r a ym o d e l s ， a i m i n ga t t h ep r o b l e mt h a ti n c r e m e n ts p e e di st o of a s t ，an e wm o d e lw a s 山东大学硕士学位论文 b r i n g e df o r w a r d ，w h i c hi sw e i g h r i n gb u f f e rg r a ym o d e l i nt h en e wm o d e l ， t o of a s ti n c r e a s i n go ft h ef o r e c a s t i n gd a t aw a sr e s t r a i n t e de f f e c t i v e l y , s ot h e f o r e c a s t i n gp r e c i s i o nw a si m p r o v e du l t e r i o r l y t h es e l e c t i o no f t h ew e i g h ti n t h em o d e lw a sa l s om a d e t h i r d l y , b a s e do nt h ea n a l y s i so f t h ep o w e rh i s t o r i c a ld a t a ，m a k i n gu s eo f m o d e l sd e s c i b e da b o v e ，f o rt h ep r o g r a m m i n g p e r i o do fs h a n d o n g ，f o r e c a s t i n g s o ft h e e l e c t r i c i t yc o n s u m p t i o no ft h et h r e em a j o ri n d u s t r ya n dt h ed w e l l e r , a n n u a lm o n t h l ym a x i m a ll o a do ft h ee l e c t r i c i t yc o n s u m p t i o n ，a n n u a lm o n t h l y m i n i m a ll o a do f e l e c t r i c i t yc o n s u m p t i o n 、t h er e p r e s e n t a t i v ed a i l yl o a dc u r v ei n s u m m e rw e r em a d er o u n d l y , w h i c hw i l l p r o v i d e t h er e f e r e n c ef o r p o w e r s u p p l ys y s t e mp r o g r a m m i n g f o rt h ef u t u r e l a s t l y , t h ef u n c t i o na n d v a l u eo ft h eb u i l d i n gc o o l i n g ，h e a t i n ga n dp o w e r t r i g e n e r a t i o nd i s t r i b u t e ds y s t e m ( b c h p ) w e r ea n a l y z e di nt h i sp a p e r b c h p h a sm a n y s t r o n g p o i n t ss u c ha si tc o u l dc o m b u s tc l e a n l y , i m p r o v et h eu t i l i z i n g e f f i c i e n c yo f t h ee n e r g y ，e f f e c t i v e l yr e l e a s et h er e g i o n a l i t yd i s b a l a n c ea n dt h e s l o ts h o r t a g eo ft h ep o w e r , i m p r o v et h es e c u r i t yo ft h ep o w e r n e t w o r k ，l i g h t e n t h ep o l l u t i o no ft h ea r e ae t c ar e p r e s e n t a t i o n a lo f f i c eb u i l d i n gw a sc h o o s e na s t h es i m u l a t i n go b j e c tt oa n a l y z et h ef u n c t i o na n dv a l u eo f b c h p c o m p a r a t i o n w a sm a d eq u a n t i t a t i v l yb e t w e e nb c h pa n dt r a d i t i o n a lc o o l i n g ，h e a t i n ga n d p o w e rs u p p l ys y s t e m t h ee c o n o m i cv a l u eo ft h eb c h pi ne a s i n gt h el o a d p r e s s u r e o ft h e p o w e rn e t w o r k ，s a v i n gm o n e y , r e c l a i m i n g c o s tw a s d e m o n s t r a t e d a tt h es a m et i m e ，t h ee n v i r o n m e n t p r o t e c t i o nv a l u eo f b c h pi n s a v i n ge n e r g y , l i g h t e n i n g t h e e m i s s i o n ，i m p r o v i n g t h ee n v i r o n m e n t q u a n l i t y w a sa n a l y z e d t h i sr e s u l ts h o u l dp r o v i d ef e a s i b i l i t yr e f e r e n c ef o rd e v e l o p i n g b c ：h pi ns h a n d o n gi nt h ef u t u r e k e yw o r d s ：d e m a n do f e l e c t r i c i t y ；l o a df o a c a s t i n g ；b u i l d i n gc o o l i n g ， h e a t i n g a n d p o w e rt r i g e n e r a t i o nd i s t r i b u t e ds y s t e m v 附件一 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名： 亟l 逊 日期：i 翌生! ! 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：趟望导师签名：墨j 丝 日 期：独兰： i 山东大学硕士学位论文 1 1 课题的提出及意义 第一章绪论 1 1 1 课题的提出 电力工业是国民经济的重要部门之一。随着现代二：业、农业的不断发展 以及人民生活水平的逐步提高，社会对电力需求的量越来越大。为了满足同 益增长的电力需求，必须相应扩大电力生产的规模。就电力工业而言，其发 展水平不仅会对国民经济的其它部门产生巨大影响，而且一次能源消耗和投 资的数量相当巨大，因此，合理进行电力发展规划不仅可以获得巨大的社会 效益，而且可以获得巨大的经济效益。对电源建设规划问题进行科学研究， 以期最大限度地提高规划质量，具有重大的现实意义。 电力负荷预测是电源规划的重要依据之一，负荷预测的准确程度也是电 例证常运行的重要保障。电力生产的目标首先应当是为用户提供可靠、经济 的电能，满足各类用户的要求，因此在进行电源规划时，必须事先准确预测 出未来负荷变化的大小与特性，即要建立未来负荷预测模型，这项基础工作 完成的质量好坏将直接关系到规划方案的质量。另外，负荷预测在电网调度 自动化系统的应用软件中也起着非常重要的作用。 目前世界能源产业亟待解决的四大问题是：合理调整能源结构、进 步提高能源利用效率、改善能源产业的安全性、解决环境污染。我国也不 例外。目前，我国电力工业正步入一个优化和调整电力结构、实现电力工 业增长方式转变的关键时期，山东省是全国经济大省，拥有独立的省域电 刚，电力建设在全国名列前茅，但是长期以来在计划经济的主导下，山东 电力生产基本上还只是本着扩大生产的原则，目的仅仅在于满足社会不同 用户用电需求，对资源优化配置、节能及环保等重要环节的研究力度还远 远不够，因此有必要建立一套综合考虑经济成本、节能及环保效果的电源 建设规划综合评价体系。在负荷预测方面，迄今为止，山东省电力负荷预 测主要采用单耗法、线性回归法和弹性系数法【l i ，预测理论尚待进一步发 山东大学硕士学位论文 展，预测精度也有待进一步提高。 1 1 2 课题的目的及意义 2 l 世纪的新形势对中国电力工业发展提出了新的要求。 首先，随着中国加入w t o ，更多竞争者将参与国内电力市场的分割， 过去电源建设完全靠政府投资的局面被打破，多元化投资已初见端倪，从而 大大加快了电力行业的市场化进程。2 0 0 4 年，国家电力体制改革进入“厂 网分j 1 和部分“竞价上网”阶段，各发供电企业必将开始考虑如何增强自 身竞争力，其中，实现资源优化配置、提高资源利用率、加强规划、整体优 化、技术创新等方面将越来越受到重视”34 5 “1 。 其次，国民经济产业结构在不断改变，要求电力工业发展不断作出应变。 我国经济f 处于结构调整和经济转型时期，传统的产业结构将发生很大改 变，引起电力需求呈现出与以往不同的变化特点，具体表现在：总用电负荷 不断增加，峰谷差不断加大，第三产业用电量持续攀升等。总用电负荷的增 加要求装机容量增加，而峰谷差的加大则使得在用电负荷较小时有较多的机 组闲置，从而造成了资源的浪费。因此，从宏观上来讲，应协调总用电负荷 增加与峰谷差加大两者之问的矛盾，对电源建设进行合理统筹规划。另外， 电力工业发展在保持适度增长的同时，还必须在增长方式方面实现从重视数 量扩展到重视提高质量和效率的转变，这就要求今后的电力规划要综合均衡 地考虑各个因素，而不再仅仅重视经济性。 再次，环境问题是电力工业发展不容回避的问题。当今世界对环境问题 的重视程度越来越高，中国以煤炭为主的一次能源结构，使环境问题日益突 出，2 0 0 3 年4 月3 0 同全国人大常委会通过了新的“大气污染防治法”，对 大气污染物的排放提出了新的要求。未来中国电力工业的发展必须把环境污 染的防治放在突出重要的位置【7 8 。9 1 。 回顾山东电网的建设发展历程，有不少问题亟待解决，例如地区性电力 失衡和时段性的电力短缺、电源方式单一、发电机组结构不合理 1o l 、初级 能源消耗过度、环境污染严重等，这些问题的存在威胁了人们的生存环境， 极大地浪费了宝贵的资源，并制约了经济的发展。在这种形势下，必须要有 系统先进的理论、真实可信的数据作为基础，决策者才能制定更加科学的决 策，否则，只能增加决策的盲目性，难以实现有限资源的有效利用和可持续 山东大学硕士学位论文 发展战略。可见，探求科学可行的决策理论是山东电力工业结构调整优化的当 务之急。 本文的目的主要是对山东省电力负荷预测这一基础性工作进行深入系 统的研究，运用科学的理论构筑预测模型，并对山东省未来的电力负荷及用 电量进行科学预测，为后续规划工作打下基础。 1 2 电力需求预测研究方法概述及其国内外发展现状【”一5 1 我国对电力需求预测工作的重视程度经历过一个认识的过程。在1 9 7 0 年到1 9 9 6 年的缺电时期，由于控制用电、控制报装等客观原因，造成电力 预测的准确度不高，并且对新方法的应用力度不够。1 9 9 7 年后，我国电力 市场供需矛盾缓解，局部地区供大于求，甚至出现了供电负增长，电力发展 由资源约束转向了需求约束。在市场机制下，对电力需求预测的重要性和迫 切性提到了新的高度，同时也对预测的精度提出了更高的要求。 1 2 1 传统预测方法 传统的电力负荷预测方法有单耗法、弹性系数法、趋势外推法、回归分 析法、时间序列法等。 单耗法：即单位产品电耗法，是通过某一工业产品的平均单位产品用电 量以及陔产品的产量，得到生产这种产品的总用电量。单耗法需要做大量细 致的统计调查工作，近期预测效果较佳，但实际中很难对所有产品较准确地 求得其用电单耗。有时考虑用国民生产总值或工农业生产总值，结合电量单 耗( 产值单耗) ，计算用电量，此为产值单耗法。 弹性系数法：电力弹性系数是用电量的相对变化率与国民生产总值的相 对变化率之比。由以往用电量和国民生产总值可分别求出其平均增长率足。 矿 和k 。，从而求得电力弹性系数e = 孚。若用某种方法预测未来m 年的弹性 f 系数为啻，国民生产总值的增长率为k 。，可得电力需求增长率为k 。= e k 。， 可得第m 年的用电量a 。= a o ( 1 + 立。) ”。式中，a 。为基年( 预测起点年) 的用 电量。 山东大学硕士学位论文 趋势外推法：在一定条件下，电力负荷存在明显趋势变化，找到负荷的 变化趋势，按照该变化趋势能对未来负荷情况作出判断，称为趋势外推法。 外推法只需要负荷本身历史数据，通过寻找负荷历史数据中的变化规律与特 性，并将其变化模式外推到未来进行预测。该方法显著优点是需要数据少。 其缺点是如果负荷不能自解释时，会导致误预测。自身外推法比较适合于预 测周期相对较短的情形。电力负荷虽有随机、不确定的一面，但却有明显的 变化和发展趋势，根据各行业负荷变化的规律，运用趋势外推技术进行负荷 预测能够得到较为理想的结果。外推法又包括线性趋势预测、对数趋势预测、 二次曲线趋势预测、多项式趋势预测、季节型预测和累计预测等方法。 回归分析法：回归分折法假定负荷同一个或多个独立变量存在因果关 系，根据负荷的历史资料，用数理统计中的回归分析方法，通过寻找因果关 系的数学模型预测未来负荷值。 回归分析法的主要特点是：将预测对象的影响因素分解，考虑各因素的 变化情况，从而估计预测对象未来的数量状态；技术比较成熟，预测过程简 单。常用的回归分析方法有：一元回归分析法、多元回归分析法及多变量回 归分析法等。回归模型有一元线性回归、多元线性回归、非线性回归等诸多 模型。其中，线性回归可用于中期负荷预测；一元回归分析法选取单个负荷 为因变量，时间、温度等一个变量作为自变量；多元回归分析法同样选取单 个负荷为因变量，但选取多个变量作为自变量，多元回归分析时，常常采用 逐步回归的思想，从影响负荷的多个因素中，选择出最有意义的因素建立了 预测模型；多变量回归分析法选取多个负荷作为因变量，可同时完成多个负 荷的预测，并可方便处理负荷问的相关影响。 时间序列分析法：将负荷数据当作一个随时间变化的序列进行处理，寻 找负荷历史数据序列中的变化模式，并将该模式外推到未来进行预测。实际 问题中，多数预测目标的观测值构成的序列表现为广义平稳的随机序列或可 以转化为平稳的随机序列，依据这一规律建立和估计产生实际序列的随机过 程模型，并用它进行负荷预测。按照处理方法的不同，该大类方法又可分为 确定性时间序列分析法和随机时间序列分析法两类。时间序列负荷预测方法 有一阶自回归、n 阶自回归、自回归与移动平均a r m a ( n ，m ) 预测等。这些 方法的优点是所需历史数据少、工作量少；缺点是没有考虑负荷变化的因素， 只适用于负荷变化比较均匀的短期预测的情况。一般来说，若负荷环境和社 山东大学硕士学位论文 会因素不发生突变，利用时间序列方法能得到较好的结果：若这些因素发生 突变，时间序列法的预测结果将受到一定影响。 1 2 2 负荷预测技术的发展动态 上述定量分析法虽然具有理论相对成熟、易于编程实现等优点，但对于 不确定性较大、负荷变化模式较复杂的情形，难于作出准确度高的预测结果。 鉴于此，随着人工智能技术的不断发展和日臻完善，人们又提出了以下几种 方法： 灰色预测技术1 1 6 , 1 7 , 1 8 1 ：概率统计追求大样本量，必须先知道分布规律、 发展趋势，而时间序列法只致力于数据拟合、对规律性的处理不足。以灰色 系统理论为基础的灰色预测技术，可在数据不多的情况下找出某个时期内起 作用的规律，建立负荷预测的模型。灰色系统理论研究的是贫信息下建模， 提供了贫信息下解决系统问题的新途径。它把一切随机过程看作是在一定范 围内变化的、与时间有关的灰色过程，对灰色量不是从统计规律的角度应用 大样本进行研究，而是采用数据主成的方法，将杂乱无章的原始数据整理成 规律性强的生成序列再作研究。 模糊预测法1 1 9 , 2 0 1 ：通过应用模糊集理论，可直接根据不确定或不完整 的数据进行决策。模糊预测法是建立在模糊数学理论上的一种负荷预测新技 术，有模糊回归分析、模糊聚类预测方法、模糊相似优先比方法和模糊最大 贴近度方法等。 优选组合预测法：优选组合预测有两类概念：一是指将几种预测方法所 得的预测结果，选取适当的权重进行加权平均；二是指在集中预测方法中进 行比较，选择拟合优度最佳或标准离差最小的预测模型作为最优模型进行预 测。组合预测法是建立在最大信息利用的基础上，它集结多种单一模型所包 含的信息，进行最优组合。因此，在大多数情况下，通过组合预测可以达到 改善预测结果的目的。 专家系统法：通过将规划人员的经验用计算机可识别的产生式规则等 形式表达，从而可模拟专家进行预测。该方法可以将人的经验同统计方法相 结合，对于异常负荷模式的预测特别有效。采用该方法的主要局限在于专家 经验提炼困难。专家系统预测技术总结了目前城网中长期负荷预测中的可行 模型，针对目前方法存在的片面性，首次尝试把专家系统技术应用到负荷预 山东大学硕士学位论文 测上，从而克服了单一算法的片面性，同时，全过程的程序化，使本方法还 具有快速决断的优点。它将人工智能应用于负荷预测中，及时将专家对预测 的干预反应到系统中，使预测具有更强的适应性。由于负荷预测是城网规划 部门所面临的较难处理的基础工作，以及预测过程容易出现人为差错及预测 专家比较缺乏，使该方法具有较为广泛的应用前景。 神经网络法( a n n ) i 2 1 ，2 2 2 3 i ：通过对人脑神经系统的结构模拟实现负荷的 预测技术，称a n n ( a r t m c i a ln e u r a ln e t w o r k ) ，可以模仿人脑做智能化处理， 对大量非结构性、非确定性规律具有自适应功能，有信息记忆、自主学习、 知识推理和优化计算的特点，这些是常规算法和专家系统技术所不具备的。 神经网络预测技术适于做短期负荷预测，此时可近似认为负荷的发展是一个 平稳的随机过程，否则，可能会因政治、经济等大的转折导致模型数学基础 的破坏。人工神经网络具有非线性、自组织、自适应、大规模并行处理等优 点。长于非线性拟合的多层前馈神经网络，以及长于自学习的k o h o n e n 自 组织神经网络，是负荷预测中用得较多的两个神经网络模型。 小波分析预测技术1 2 4 - 2 9 1 ：小波分析是2 0 世纪数学研究成果中最杰出的 代表。它是一种时域一频域分析方法，在时域和频域上同时具有良好的局部 化性质。小波变换能将各种交织在一起的不同频率混合组成的信号分解成不 同频带上的块信息，对负荷序列进行正交小波变换，投影到不同的尺度上， 各个尺度上的子序列分别代表原序列中不同“频域”的分量，可清楚地表现 负荷序列的周期性，以此为基础，对不同的子负荷序列分别进行预测。由于 各子序列周期性显著，采用周期自回归模型会得到更为精确的预测结果。最 后，通过序列重组得到完整的负荷预测结果，它要比直接用原负荷序列进行 预测来得精确。 空问负荷预测方法 3 0 - 3 2 l ：是2 0 世纪8 0 年代提出的一种负荷预测理论， 不仅能够进行负荷预测，而且能对未来负荷的地理位置分布进行预测。这种 方法适用于新建开发区的负荷预测。 以上方法出现较晚，目前发展还不太成熟，具有很大的发展应用潜力。 1 3 本文主要研究内容及创新 本文在大量历史数据调研的基础上，从山东省三大产业g d p 和电力消 山东大学硕士学位论文 费之间的关联分析入手，针对不同产业用电序列的特点，建立多种电力需 求预测模型，并利用模型群优选预测法对山东电网规划期内三大产业及居 民生活用电量、负荷需求进行预测。 1 3 1 主要研究内容 1 山东省产业结构、电力消费现状及发展趋势分析；山东省各次产业 结构与电力消费结构的关联度定量分析及优势产业确定； 2 针对山东电网的特点，建立规划期内山东省三大产业及居民生活用 电量、用电负荷、典型日负荷变化曲线等预测模型； 3 在对电力历史数据进行分析研究的基础上，对山东省规划期内电力 需求作出预测分析，为电源建设规划提供依据； 4 对楼宇冷热电联产分布式电源( b c h p ) 的功能价值进行分析，通 过具体案例论证b c h p 的经济价值、节能效果及环保优势，为b c h p 在山东省的应用提供可行性依据。 1 3 2 主要创新 1 利用灰色系统理论，对山东产业结构与电力消费结构的关联度进行 定量分析： 2 根据山东电网的数据特点，构建多种预测模型，对其在山东电网负 荷预测的适用性进行分析； 3 对传统回归预测模型进行改进，提出一种新模型一一基于相对误差 平方和最小的回归预测模型，提高了预测精度； 4 在对传统灰色预测模型进行分析的基础上，针对灰色模型预测时增 长速度过快的问题，提出新的模型一一加权缓冲灰色模型，从而抑 制预测数据的过快增长，进一步提高了预测精度；并对模型中权重 的选驳进行探索研究； 5 在山东省选取有代表性的建筑物，进行b c h p 功能价值分析，探索 山东省发展b c h p 的可行性。 山东大学硕士学位论文 第二章山东省电力消费现状及需求前景分析 山东省地处中国东部沿海，是我国经济比较发达的省份之一，也是重 要的对外开放地区。山东省是全国经济大省，山东电网又是一个独立的省域 网，山东电力消费的发展变化分析对于研究我国电力消费情况具有重要参考 价值。改革开放以来，山东省国民经济飞速发展，带动了产业结构的不断调 整，电力消费结构随之发生了很大变化，三者之问关系密切。通过对国民经 济、产业结构、电力消费情况进行深入分析，可以从宏观上展望电力需求前 景，为制定正确的电力发展规划提供参考。 2 1 山东省三大产业结构现状及发展趋势分析 改革开放以来，l 【东省实施“东部开放、西部开发”的战略，国民经济 持续快速稳定发展。1 9 8 1 1 9 9 0 年的十年间国内生产总值( 以下简称g d p ) 年均增长9 7 ( 可比价格，下同) ，进入上世纪九十年代以后，更是保持了 两位数的增长速度，发展速度居全国前列。l9 9 0 年至2 0 0 3 年三大产业的 g d p 值见表2 1 。 表2 1 1 9 9 0 2 0 0 3 年山东省三大产业g d p 值( 当年价格) 山东大学硕士学位论文 采用无量纲法对g d p 增长速度进行分析：取1 9 7 8 年g d p 值为基数， 各年g d p 分别除以该基数，得到历年g d p 无量纲数值，如图2 1 所示。从 图中看出，改革开放至今，各产业的g d p 虽然都保持了增势，但增幅、增 速有所不同。其中，一产g d p 增速在1 9 8 7 年以前略高于全省平均水平，1 9 8 7 年以后增长缓慢，与全省平均水平之间的差距逐年加大，9 0 年代中后期， 一产g d p 基本处于相对稳定的状态；二产g d p 一直保持着稳步上升的趋势， 由于山东省二产在全省g d p 中所占比例最大，因此全省g d p 与二产g d p 增速基本保持着一致的趋势：三产g d p 增速早在“六五”初期即开始高于 全省平均水平，从l9 9 3 年开始，更是遥遥领先，稳居三大产业g d p 增速之 首，与二产及全省g d p 平均增速之间的差距也在慢慢扩大。在第二、三产 业的有力拉动f ，全省g d p 也呈现出稳步增长的势头，“八五”以来，这种 增势尤为直观。 年份 图2 1山东省g d p 无量纲数值曲线 各次产业g d p 的差异缘于产业结构调整的结果。为了适应不断变化的 市场要求，山东省不断调整国民经济产业结构、产业内部结构和产品结构， 全省产、i k 结构发生了很大变化，图2 2 示出了1 9 7 8 年以来各次产业在全省 g d p 中所占的比例。可以看出，一产产值虽有增长，但其在全省g d p 中所 占比例却逐年下降，已由1 9 8 3 年的最高4 0 4 降为2 0 0 3 年的1 2 1 ，降幅 达2 8 3 个百分点；二产比例基本上在4 0 5 0 之间波动，近年来逐步稳 9 如帅如如m如舯加如如如o 翠d o 黑删气 山东大学硕士学位论文 定在5 0 左右，2 0 0 3 年二产g d p 比例为5 3 5 ；三产在迅速发展的同时， 所占比例也逐年攀升，1 9 7 8 年为13 8 ，2 0 0 3 年增至3 4 ，4 ，增幅2 0 6 个 白分点。全省一、二、三产业的比例由1 9 7 8 年的3 3 3 ：5 2 9 ：13 _ 8 ，1 9 9 0 年的 2 8 1 ：4 21 ：2 9 8 调整为2 0 0 3 年的1 2 1 ：5 3 5 ：3 4 4 。山东省1 9 7 8 年、1 9 9 0 年及 2 0 0 3 年的g d p 构成比例图见图2 3 。 9 7 81 9 8 01 9 8 21 9 8 ；41 9 8 61 9 8 81 9 9 01 9 9 21 9 9 41 9 9 61 9 9 82 0 0 02 0 0 2 年份 图2 2山东省g i ) p 构成比例 口第产业自第二产业囝算卉世 1 9 7 8 年山东省g i ) p 构成比例 o 帅鲫砷如如如0 山东大学硕士学位论文 口耸亍i k 目第二7 i k国舞二j 鼍l k 1 9 9 0 年山东省g d p 构成比例 口第产业 目第二产业团第三产业 2 0 0 3 年山东省g d p 构成比例 图2 31 9 7 8 年、1 9 9 0 年及2 0 0 3 年山东省g d p 构成比例 今后，山东省国民经济结构还将进一步优化调整。根据以上分析，可以 预见山东省未来产业结构调整的趋势为：一产g d p 继续平缓增长，所占比 例进一步降低；二产g d p 绝对值持续增长，增速放慢，所占比例相对稳定； 三产g d p 绝对值继续增长，增速较快，所占比例逐年增加。 2 2 山东省电力消费现状 近年来，山东省电力消费呈现以下几个特点： 1 全网电力消费大幅增加，一、二产电力消费比例逐渐减少，三产和 山东大学硕士学位论文 居民生活用电消费持续增加。 表22 为山东省“八五”以来电力消费情况。从表中可以看出，全省 19 9 0 年以来电力消费持续大幅增加，2 0 0 3 年底，全网电力消费总量为 l3 9 5 7 2 亿k w h ，l3 年间平均增幅为918 ，其中，一、二、三产及居民用 电年均增幅分别为25 8 、9 0 0 、1 4 18 和1 1 6 0 。一产、二产用电比例 已由19 9 0 年的7 6 9 、7 93 2 下降为2 0 0 3 年的3 2 3 、7 75 4 ，降幅分别 为44 6 和17 8 个百分点；与之相反，三产及居民生活用电比例则分别由l9 9 0 年| 勺46 2 、837 上升为2 0 0 3 年的8 15 和1 1 0 8 ，增幅分别为3 53 和 2 7 1 个百分点，三产用电比例已远远超过一产。目前，山东电网电力消费 格埘为： 二产用电仍占最大比例，约7 7 左右，居民用电与三产用电次之， ：揣之和约占2 0 左右，一产用电比例最少，仅3 左右。电力消费格局与 全省国民经济发展、产业结构调整良好的对应关系也充分说明了i 者之间紧 密的相天性。 表2 21 9 9 0 2 0 0 3 年山东省电量消费情况 山东大学硕士学位论文 2 电网最大负荷和最大峰谷差逐年加大。 图24 所示为1 9 9 0 年以来山东电网最大负荷及最大峰谷差的发展变化。 从中不难看出，电网最大负荷增长很快，除“八五”期末由于严重缺电而制 约了最大负荷的增长以及1 9 9 8 年受东南亚金融危机的影响电力有效需求不 足影响了最大负荷的增长外，其它各年的最大负荷的增长率基本在9 1 1 之间，最大负荷绝对值十几年间增长了一倍多。电网最大峰谷差也呈现逐年 加大的趋势，1 9 9 0 年为2 0 3 万k w h ，2 0 0 3 年增至6 8 2 6 万k w h ，年均增量 3 43 万k w h 。最大峰谷差与最高负荷的比率也由“八五”期间的3 3 左右 上升为2 0 0 3 年的3 9 。 苫 v 建 9 59 69 79 89 90 0 0 1 0 20 3 图2 4 山东电网1 9 9 0 年以来最大负荷及虽大峰谷羞 3 用电单耗不断下降。 表2 3 为1 9 9 0 年以来三次产业产值单耗变化情况。从中看出，全省国 内生产总值总单耗总体上呈逐年下降趋势，降幅逐渐减小。“八五”期间年 均f 降5 3 ，“九五”期间年均下降4 3 ，进入”十五”以后，全省总单 耗在18 l2 18 3 3k w h 万元之间小幅波动，2 0 0 3 年，降至18 1 2k w h 万元 山东大学硕士学位论文 的历史新低值。一产用电单耗在1 9 9 0 2 0 0 3 年的十三年问，虽有所波动， 但总体呈下降趋势，年平均降速为2 5 。二产用电单耗一直呈下降趋势， 年均降速61 ，其中，“八五”期问，平均降速为8 7 ：进入“九五”，降 速减缓，平均为6 4 ：“十五”前三年，降速进一步减小，仅为1 3 左右。 “八_ _ l ”期i h j ，三产用电单耗呈下降之势，年均降速3 6 ：1 9 9 5 年以后， 总体旱上升趋势，年均增速为32 。 目前，1 k w h 的电量用于三产产生的产值约是二产的5 倍，而二产内部 轻重工业结构也在不断优化调整，轻重工业之间也有类似的关系。据初步统 计1k w h 的电量用于轻工业产生的产值是重工业的3 倍。因此，在国民经 济保持稳步增长的同时，随着产业结构的不断调整，用电单耗将逐步下降。 表2 3 1 9 9 0 2 0 0 3 年j 次产业产值单耗变化情况 ( 单位：k w h t j 元，1 9 9 0 年可比价格) 2 3 山东省电力消费需求前景分析 今后几年内，山东省三次产业结构变化将继续延续“九五”的变化趋势， 即一产比重明显降低，二产缓慢增加，三产比重略有上升。随着三大产业结 构的进 步调整和人民生活水平的继续提高，电力消费结构及趋势必将进行 相应的调整，图2 5 所示为山东省三大产业及居民生活电力消费无量纲曲 山东大学硕士学位论文 线，未来电力消费的发展趋势从中可见一斑。 9 9 01 9 9 l1 9 9 21 9 9 31 9 9 41 9 9 51 9 9 61 9 9 71 9 9 81 9 9 92 0 0 02 0 0 12 0 0 22 0 0 3 年份 图2 5山东省三大产业及居民生活电力消费无量纲曲线 一产：山东省是一个农业大省，九十年代以来，一产用电所占比重一直 高于全国平均水平，一产用电中，农业用电又占了绝对优势，例如1 9 9 0 年 农业用电占一产用电的比重为9 2 9 ，2 0 0 0 年农业用