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电力需求预测的实用方法研究 摘要 工程领域：电气工程 x7 7 9 0 6 s 学生：何云辉指导教师：肖先勇副教授、陈缨高工 电力需求预测是电力市场营销、电力系统规划和电力企业经营决策面临 的重要课题。本文在分析和研究现有预测技术、数据挖掘技术的基础上，针 对作者所在单位电力营销规划工作的实际需要，从实用的角度出发提出了基 于时间序列和线性回归模型的电力需求预测的实用方法，并采用1 9 9 9 2 0 0 4 年各类用户的实际电力销售量对提出的预测方法进行了校验，证明了提出的 数据挖掘方法的正确性，在此基础上按不同用户的电力需求特征建立电力需 求的线性回归预测模型，对3 5 年电力需求量进行了预测，其中2 0 0 5 年的 预测结果已经作为上级营销主管部门下达经营目标的重要依据。 国内外从事电力负荷预测、电力需求预测研究工作的专家学者很多，但 在电力需求预测的过程中，由于影响电力需求的因素很多，目前尚无一个公 认、广泛实用的需求预测软件系统。现有的电力需求预测研究成果更多的是 探索不同的预测模型和理论方法，离实际应用的要求还有一定距离。本文在 研究的过程中，从作者所在单位的实际出发，将电力需求按照国家统一的用 户分类方法，将电力需求类型分为工业用电、农业用电、交通运输用电、城 乡居民用电、动力用电等几类，对各类电力需求分别进行研究和预测：并基 于数据挖掘技术，对影响电力需求的各种因素的时间序列进行分析，通过数 据挖掘寻找出这些影响因素的内在变化规律，以此作为预测电力需求的影响 因素：在对影响因素进行数据挖掘处理的基础上，基于回归模型对各类电力 用户的电力需求量分别进行预测，得到了较为满意的预测结果。 在最后的实际需求预测算例中，从所在地区的各类电力用户1 9 9 9 2 0 0 4 0 ；强之、 年电力销售量的实际数据出发，分析了各产业国内生产总值、各产业经济发 展比重、历史年份月平均气温变化情况等对各因素对电力需求的影响。利用 数据挖掘技术寻找大工业、非普工业、商业用电、第二产业生产总值、第三 产业生产总值、气象条件变化等引起电力需求变化的规律，在此基础上预测 了大工业、非普工业、商业、居民生活用电和非居民生活用电等各类用户的 电力需求量的变化规律，其中生活用电采用了按月预测后累加预测年需求量 的处理办法预测年电力需求量。最后将本文提出的预测方法的预测结果与灰 色预测结果进行了对比分析，证明本文采用的预测方法的预测精度明显高于 现有其他方法，说明了本文研究成果的正确性。 关键词：电力需求、数据挖掘、时间序列、多因素、回归分析、需求预测、 实用方法 t h ep r a c t i c a lm e t h o dr e s e a r c hf o rp o w e rd e m a n d f o r e c a s t i n g a b s t r a c t m a j o r ：e l e c t r i ce n g i n e e r i n g g r a d u a t e ：h ey u n h u ia d v i s o r ：x i a ox i a n y o n g ，c h e ny i n g p o w e rd e m a n df o r e c a s t i n gi sa ni m p o r t a n tp r o b l e mi np o w e rm a r k e t i n g ， p o w e rs y s t e mp r o g r a m m i n ga n dd e c i s i o n m a k i n go fp o w e ru t i l i t i e s a i m i n ga t t h ep r a c t i c a ld e m a n do fp o w e rm a r k e t i n gp r o g r a m m i n gi nt h ea u t h o r ，sc o m p a n y , t h i sp a p e r , b a s e do nc u r r e n tf o r e c a s t i n gt e c h n i q u e sa n dd a t am i n i n gt e c h n i q u e s ， p r e s e n t sap r a c t i c a lm e t h o df o rp o w e r d e m a n df o r e c a s t i n gb a s e do nt h et h e o r yo f t i m es e r i e sa n dt h em o d e lo fl i n e a rr e g r e s s i o n t h em e t h o di sv a l i d a t e du s i n gt h e r e a ld a t ao fc o n s u m e dp o w e ro fv a r i o u sc u s t o m e r sd u r i n g1 9 9 9 - 2 0 0 4 t h e na l i n e a rr e g r e s s i o nm o d e li sc o n s t r u c t e da c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n tf e a t u r e so f v a r i o u sc u s t o m e r st of o r e c a s tt h ep o w e rd e m a n di nf u t u r e3 - 5y e a r s a n dt h e f o r e c a s t e dr e s u l t so f2 0 0 5h a sb e e nu s e da sa l li m p o r t a n tb a s i st op r o g r a mt h e w o r kt a r g e tf o rs u p e r i o rd e p a r t m e n t s m a n ys c h o l a r ss t u d yt h et h e m eo fl o a df o r e c a s t i n ga n dp o w e rd e m a n d f o r e c a s t i n g ，h o w e v e rb e c a u s em a n yf a c t o r s i n f l u e n c et h ep o w e rd e m a n d ，s o c u r r e n t l yt h e r ei sn op o w e rd e m a n df o r e c a s t i n gs o f t w a r es y s t e m su s e dw i d e l y t h ec u r r e n tr e s e a r c hf o c u s e so nt h ef o r e c a s t i n gm o d e l sa n dt h e o r ym e t h o d s ，a n d i si m m a t u r ef o rp r a c t i c a la p p l i c a t i o n c o n s i d e r i n gt h ep r a c t i c a ld e m a n d ，t h i s p a p e rc l a s s i f i e st h ep o w e rd e m a n di n t oi n d u s t r yc u s t o m e r s ，a g r i c u l t u r ec u s t o m e r s ， t r a f f i cc u s t o m e r s ，c i t yc u s t o m e r sa n dd y n a m i c a lc u s t o m e r s ，a n a l y z e sv a r i o u s f a c t o r si n f l u e n c i n gt h ep o w e rd e m a n du s i n gt i m es e r i e sm e t h o da sd a t am i n i n g t e c h n i q u e s ，a n df i n d so u tt h er u l e so fv a r i o u sf a c t o r s t h e nr e a l i z e sa c c u r a t e f o r e c a s t i n gr e s u l t sb a s e do nt h er e g r e s s i o nm o d e l s i nt h ep r a c t i c a le x a m p l e ，a c c o r d i n gt ot h ec o n s u m e dp o w e rd a t af r o m d i f f e r e n ta r e aa n dc u s t o m e r sd u n n g1 9 9 9 2 0 0 4 ，t h ep a p e ra n a l y z e sm a n yf a c t o r s i n f l u e n c i n gt h ep o w e rd e m a n d ，s u c ha sg d po fd i f f e r e n ti n d u s t r i e s ，e c o n o m y d e v e l o p i n gr a t i oo fd i f f e r e n ti n d u s t r i e sa n dt h ea v e r a g et e m p e r a t u r ei nh i s t o r y y e a r sa n dm o n t h s b yt h ed a t am i n i n gt e c h n i q u e ，t h ep a p e rf i n d so u tt h er u l e so f h e a v yi n d u s t r y , l i g h ti n d u s t r y , c o m m e r c ep o w e rc o n s u m e ，g d po fs e c o n d a r y i n d u s t r y , g d po ft h i r di n d u s t r ya n dw e a t h e rc o n d i t i o n ，b yw h i c ht h ep o w e r d e m a n di si n f l u e n c e d a n dt h er u l e so fp o w e rd e m a n do fa b o v ev a r i o u s c u s t o m e r sa l ef o r e c a s t e d ，t h el i v i n gp o w e rc o n s u m ei sf o r e c a s t e db yc a l c u l a t i n g e v e r ym o n t ha n da c c u m u l a t i n gt h e mt oa c h i e v et h ey e a r sp o w e rc o n s u m e f i n a l l y t h em e t h o dp r e s e n t e di nt h ep a p e ri s c o m p a r e dw i t ht h em e t h o do fg r e y f o r e c a s t i n g ，a n dt h er e s u l t ss h o wt h a tt h em e t h o di se f f e c t i v ea n di t sf o r e c a s t i n g p r e c i s i o ni sb e t t e rt h a na n yo t h e rm e t h o d sa p p l i e dc u r r e n t l y k e yw o r d s ：p o w e rd e m a n d ，d a t am i n i n g t i m es e r i e s ，m u l t i - e l e m e n t ， l i n e a lr e g r e s s i o n ，d e m a n df o r e c a s t i n g ，p r a c t i c a lm e t h o d 四川大学电气工程领域工程硕士论文电力需求预测的实用方法研究 1 概述 1 1 问题的提出和意义 电力系统发展到今天，已经成为世界各国提供能源和动力的巨大网络，尤其 是随着电力体制的改革和电力市场的建立，电力企业如何根据电力需求变化规 律，科学预测未来的电力需求，制定科学的电力营销战略和策略已经成为当前和 以后电力企业面临的重要课题。作者根据所在单位的要求，承担了所在单位电力 营销规划的制定，并负责承担“未来3 5 年电力市场营销战略与策略规划”的研 究工作，其中本文所作的电力需求预测工作是重要研究内容之。 电力企业为电力客户提供的电力商品与其他有形商品相比较，最大特点是电 力商品不能贮存，即电能的生产、输送、分配、消费是同时进行的。所以，系统 内的可用发电容量，在正常运行条件下，应当在任何时候都能满足系统内负荷的 要求。若发电容量不够，则应当采取必要的措施，来增加发电机组或从邻网输入 必要的功率；反之，若发电容量过剩。也应当采取必要的措旌，比如，有选择的 停机或向邻网输出多余的功率。因此，对未来本电网内电力需求变化的趋势与特 点进行科学的预测，是电力企业必须具有的基本信息之一。电力需求预测与负荷 预测有相同或相似的地方，但也有所不同，电力负荷预测一般应该是实时控制、 运行计划和发展规划的前提“1 ，而电力需求预测主要针对电力市场营销计划、营 销组织和营销管理开展的预测。”。 电力需求有两方面的含义：一方面是指电力企业的服务对象，包括使用电力 的部门、机关、企事业单位、工厂、农村、车间、学校以及各种各样的用电设备 对电力需求量( 协议容量) ；另一方面是指上述各用电单位、用电部门或用电设备 使用电力和电量的具体数量( 需求电量) 。电力需求预测中的需求概念，是指国民 经济整体或部门或地区对电力和电量消费的历史情况及未来的变化发展趋势“5 1 。 需求预测是指在充分考虑一些重要的系统运行特性、增容决策、自然条件和社会 影响的条件下，研究或利用一套能系统地处理过去与未来负荷的数学方法，在满 足一定精度要求的前提下，确定某特定时刻的电力需求数值”。它包括两方面 的含义：对未来需求量( 功率) 的预测和未来用电量( 能量) 的预测“。对功率的 婴型查兰皇墨三塑塑塑三望堡主笙墨 史尘煎塞婆塑堕壅里查鲨堡塞 预测用来决定发电设备的容量，以及相应的输电和配电的容量。对电量的预测则 决定了应当安装何种类型的发电容量，也关系到能源资源的需求与平衡。本文 在实际预测中重点针对实际需求电量进行预测。 电力客户是电力企业的服务对象。电力需求的不断增长是电力企业制定经营 战略和目标的根据。正确地预测电力需求，既是为了保证满足国民经济各部门及 人民生活以充足的电力的需要。也是电力工业自身健康发展的需要。电力需求预 测工作既是电力规划工作的重要组成部分，更是电力市场营销工作的基础。不同 情况下的电力需求预测具有不同的实际意义o “”，归纳起来，主要表现为“ ： ( 1 ) 有利于计划用电的管理； ( 2 ) 有利于合理安排电网运行方式和机组检修计划： ( 3 ) 有利于节煤、节油和降低发电成本； ( 4 ) 有利于制订合理的电源建设规划； ( 5 ) 有利于提高电力系统的经济效益和社会效益。 因此，电力需求预测是一项十分重要的工作，它对于保证电力工业的健康发 展，乃至对整个国民经济的发展均有着十分重要的意义。只有在科学、准确的电 力需求预测的基础上，才可能制定出科学的电力营销战略与策略。可以说，电力 需求预测是开展电力市场营销工作的基础。 1 2 电力霭求预测的现状与特征 在计划经济时代，电力企业往往是电力管理者，因此出现了“电老虎”的说 法。随着电力供需矛盾的逐步解决以及电力体制改革的深入进行，电力作为一种 商品进入社会生产、生活，电力企业作为市场参与者，与电力客户之间处于完全 平等的经济合同管理，电力客户是电力企业得以生存和发展的“上帝”，因此必 须认真分析和研究电力需求变化的规律，掌握好规律就必须加强电力需求预测工 作。 在过去的几十年内，人人常常以为，只有电力规划和调度管理部门才需要进 行电力负荷预测，电力需求预测的概念往往被人忽略。随着全球电力市场化改革 的进行，人们已经认识到电力需求管理的重要性，我国于1 9 9 2 年开始引进电力需 求侧管理( d e m a n ds i d e m a n a g e m e n t ，d s m ) o “”“”的概念，从此开始了电力需 求预测的研究和探索。先后借鉴电力负荷预测的很多方法开展电力需求预测工 婴型查兰曼墨堡塑塑三塑堡主笙壅皇垄墨苎翌塑竺壅旦查婆堡塞 作，取得了积极的成果，但距离实际应用仍然有一定的差距。 电力需求预测方法很多总体来看可以分为经典预测方法和现代预测方法， 电力需求预测在经历了开始、应用和发展各阶段直到今天，形成了现代需求 预测的分析思路、现代的需求预测方法和技术等较为成熟的需求预测经验和现代 化的需求预测发展方向，也就是说，形成了现代电力需求预测的特征。了解和掌 握这些特征，对研究和应用负荷预测技术很有帮助。 现代电力需求预测有以下几个明显的特征。1 ： ( 1 ) 测定量化的特征 当前电力需求预铡的结果越来越要求定量化表示，这就要求在未来的电力需 求预测中，不仅给出概括性的描述，更重要的是给出详细的数量化说明。电力行 业面对“短、频、快”信息时代，对未来的关心，以远远不满足于定性的了解， 更加要求有确切的数量和时间的概念，即要求电力需求预测的数量化。另外，定 量化的预测越来越多地借助于数学方法，这是信息时代决定的准确量化的要求。 ( 2 ) 砸对数据分析的特征 面对数据分析的特征是信息时代发展影响电力需求预测的结果。从预测的发 展趋势看，需求预测方法会越来越多地建立在拥有大量的信息数据的基础上。这 包含两方面的内容：一方面是信息时代的发展。预测素质和水平提高，数据通信 和采集手段的现代化，使得许多数据的可靠性和正确性值得怀疑，而数学模型首 先要初始的信息数据必须正确，这使得必须首先对负荷数据进行必要的分析和处 理，然后再进行使用。 ( 3 ) 定量与定性预测结合的特征 出于电力需求预测变化的复杂性，有时候仅使用定量分析难予进行全面的预 测，当预测结果与实际情况下接近时，定量预测可以起到良好的效果，但当预测 结果与实际情况差别较大而所用的模型方法又正确时，就必须对需求预测做定性 分析，必要时对原始数据进行分析处理，即通过数据挖掘和知识发现，进行定量 预测。进行电力需求预测时，必须进行定性与定量的嬲种预测分析，二者缺一不 可。 ( 4 ) 重视预测效益和质量的特征 预测效益是指通过需求预测可能带来的效益，预测质量即通常所说的预测效 果。重视预测效益和质量也是现代负荷预测的一个重要特征，是电力进入市场和 社会时代发展的动力。 婴! ! ! 查堂塞墨三墨塑篁三垦堡主丝奎皇塑堕塞望塑塑壅旦互堡堕型 ( 5 ) 动态特征 动态预测特征指的是预测的短期化、经常化和模型自适应化。预测期越短， 精度越高，越有利于模型的动态特征。经常化和模型自适应化是相互联系的，一 方面人们充分认识到了负荷预测的重要特征，需要频繁地预测分析；另方面， 不断吸收新的信息数据可以及时发现预测方法或模型的不足之处并加以调整。 ( 6 ) 综合预测的特征 综合预测是指两种以上模型和方法的运用，包括定性与定量的两种方法的组 合。由于各种预测方法都有它的适应范围和局限，综合预测兼有多种方法的长处， 因而可以得到较为可靠和精度的预测结果，对于较为复杂的预测项目或对象，采 用综合预测的方法可以取得意想不到的成果。如采用灰色预测和神经网络组合预 测模型。1 、采用自回归滑动平均混合模型a r m a ( p ，彩。1 等。 ( 7 ) 应用非线性预测的特征 现代电力需求预测的一个基本问题是对非线性动态复杂系统的探索。需求预 测系统中包含大量的元素，呈现多层次结构，内部相互关联，与外界环境相互制 约，形成开放性系统；输入输出之间并不满足许多一般方法中的线性关系、内部 要素及其环境变化。神经网络所具有的非线性变化和高度的并行处理能力，对呈 现非线性动态关系的系统的预测提供了帮助，在电力系统中期负荷预测中也得到 了应用跏。 ( 8 ) 向智能化预测技术发展的特征 由于计算机软硬件技术的发展和成熟，电力需求预测技术也向着智能化的方 向发展，这也是目前预测技术研究的前沿课题。智能化的预测技术包括两方面的 内容：一是预测方法选取的智能化；二是预测过程实现的计算机软件化。 以上这些需求预测的特征，指明了电力需求预测发展和应用的方向，对预测 的深入研究提供了思路，也提供了方法论的依据和基础。 1 3 本文所做的工作 本文是根据作者所在单位制定“未来3 - 5 年电力营销规划”开展的研究工作， 主要目标是在电力需求分析与预测的基础上，制定2 0 0 8 - 2 0 1 0 年的电力市场营销 战略。本文的重点是研究适合于本单位实际的电力需求预测方法。并对实际情况 进行了分析比较，预测结果已经得到了上级单位营销部的认可和肯定。 4 凹型奎堂皇墨三堡塑堡三堡堡圭堡茎 皇查壹鲞望塑塑塞旦查堡里塞 屯力营销战略与策略的制定是电力营销工作的基础，而电力需求预测是制定 营销战略的关键，电力需求预测方法的确定是电力需求预测的第一步，几乎所有 的预测都是基于这样一个假设，即预测对象要受到其他因素的影响。因此，预测 工作的第一步是决定如何在预测中使用这些因素。电力需求中长期预测的各种经 典方法如回归法、时间序列法、相关分析法等，及在实际工作中主要使用的单耗 法和弹性系数法，基本上是基于负荷本身历史数据进行加工处理，以预测未来负 荷。由于我国政策、经济状况变化较大，不确定因素较多，通过拟合历史数据进 行预测的结果并不令人满意。因此本文在这方面做了较多的工作，主要工作表现 在： ( i ) 电力需求预测方法的研究与对比； ( 2 ) 数据挖掘技术在电力需求预测中的应用； ( 3 ) 基于数据挖掘的多元回归算法研究； ( 4 ) 实用算法研究与应用； ( 5 ) 实际电力需求预测与分析， 由于本人的能力有限，研究时间紧张，在接个研究过程中主要采用了基于时 间序列法的数据挖掘技术和基于回盘算法的皂力需求预测，最后将预测结果与灰 色预测算法的结果进行了比较，肯定了本文提出的算法的正确性。采用本文提出 的预测方法对2 0 0 5 年的预测结果已经被上级营销管理部门作为本单位年度目标 计划。 四川大学电气工程领域工程硕士论文 电力需求预铡的宴用方法研究 2 电力需求预测分析 2 1 l 电力需求分类及其特点 2 1 1 电力需求分类方法 在我国电力行业中采用过的需求分类方法有多种，不同的分类方法用于不同 的研究目的。主要的分类方法有：按用电的部门属性划分，按用电的目的划分， 按用电单位或部门的重要性捌分，按电力负荷的大小划分及按负荷预测的时间的 长短划分等方法。电力划分中需求预测采用的分类方法主要是按用电的部门属性 划分法和按负荷预测的时问长短的划分法。 1 按用电的部门属性的划分 按飚电的部门属性的趔分是电力规她及电力工业统计部门常用的分类方法。 一般划分为：工业用电、农业用电、交通运输用电和市政生活用电四大类。 2 按使用电力的目的划分 按使用电力的目的划分一般分为动力用电、照明用电、电热用电、各种电气 设备仪器的操作控制用电及通信用电。这类分类方法主要用于能源平衡分析。电 力规划中的负荷预测一般不采用这类分类法。 3 接电用户的重要性划分 长期以来，我国根据电用户的重要性程度不同，将电用户划分为三类，即一 类负荷，二类负荷和三类负荷。 4 按负荷的大小划分 按负荷太小负荷可分为最大负荷、平均负荷和最小负蘅。 5 按负荷预测期的时间长短划分 一般有近期负荷、中期负荷和长期负荷之分。通常均是指相应预测期的年最 大负荷而言。这是负荷预测中的主要预测对象之。 本文为了简化分析，预测年度总电力需求量，将电力需求简单划分为动力用 电和照明用电两大类，在各类中再进行细分，以保证年度需求预测的准确性。 6 堕型查堂皇墨三堡塑堡三堡堡主堡苎 2 1 2 电力需求的特点 电力需求预测的实用方法研究 分析掌握各种电力需求的特点及其变化趋势“3 7 “。“1 ，有助于进行准确地进行 电力需求预测。本文在进行电力需求预测的过程中主要分工业用电、农业用电、 交通运输用电、城乡居民用电、动力用电几类电力需求进行分析和研究。 1 工业用电特点分析 工业用电有两大特点，一是用电量大，在目前我国的用电构成中，工业用电 量的比重占全社会用电量的7 5 左右；二是工业用电比较稳定。但是在工业内部 的各行业之间，这两大特点也是不平衡的。冶炼工业用电量大，负荷稳定，负荷 率较低。工业用电在行业闻的差别，主要是生产工艺特点和生产班次不同所造成 的。同样的用电设备容量下连续生产企业比三班制企业用屯量大。且负荷率高； 三班制生产企业又比二班制生产企业的用电量大，负荷率高。但是。无论是重工 业还是轻工业，无论是冶炼业还是加工业，电力负荷在月内、季度内的变化是不 大的，比较均衡。除少数季节性生产的工厂外，大部分工业的生产用电受季节性 变化的影响小。由于工业用电量大，且比较稳定，就为电力负荷的预测提供了方 便。只要我们准确地预测出工业用电量和用电负荷，就能比较准确地预测出系统 的总的电量需求量和综合电力负荷。 2 农业用电特点分析 农业用电在全社会电力消耗中的比重不大，目前大约为4 2 9 6 。农业用电有一 个突出的特点，就是季节性很强。从负荷特性上看，农业用电在日内的变化相对 较小，但在月内，尤其在季度内，负荷变化很大，呈现出很不均衡的特点。例如 排灌用电，冬季负荷很小，负荷率低达0 1 ，而夏季负荷很大，负荷率高达0 9 以 上，差别很大。在目前农业用电构成中，排灌用电占6 4 7 ，而农副业用电只占 3 4 4 。因此，准确地预测农业排灌电力需求有重要意义。 3 交通运输业用电特点分析 交通运输业的用电比重较小，目前只占全社会用电量的1 5 左右。其中电气 化铁路的负荷比较稳定，日内、月内、季内及年内的变化比较小，负荷率可达0 7 左右。其他交通运输的用电，日内均不稳定，负荷率一般小于0 4 ，但月内及年 内用电特性比较稳定。今后，随着电气化铁路运输及其他运输事业的发展。交通 运输用电量会有较大的增长，但交通运输用电的比重不会有多大变化。 4 城乡居民生活用电特点分析 7 婴型奎兰里墨三堡塑堡三堡堡圭笙兰 皇查墨茎堡塑丝壅里查望塑壅 目前我国的城乡居民用电水平虽有较大提高，但用电比重仍然不大，大约只 占全社会用电量的1 0 左右，远小于工业化国家。 城乡居民生活用电的特点之一是目变化较大，日负荷率较低，大约在0 4 左右， 但月用电变化不大。城乡居民生活用电的主要组成部分是照明用电和家用电器用 电。其中照明用电占有相当重要的地位。照明用电在日内变化较大，但照明负荷 间的时差较小，同时率较高。照明负荷的大小与建筑面积、照明，标准和采用的 照明方式高度相关。白天照明负荷极小，除少数场所由于采光不好，需要用电力 照明外，一般没有照明负荷，照明负荷是在夜间和凌晨( 特别是冬季的凌晨) 出现， 形成所谓的灯峰。灯峰的大小，成了锆4 约电力系统装机规模和电力系统运行方式 的重要因素。家用电器用电在居民生活用电中的比重增长较快，已经成了居民生 活用电的主要组成部分，尤其在城市，家用电器的用电比重已经超过了照明用电 的比重成了居民生活用电的主要部分。家用电器用电改善了居民用电特性，使 日负荷率有很大的提高。随着电空调的普遍采用，夏季居民生活用电特性将更趋 于稳定，负荷率将会进一步提高，总用电比重将会有很大的提高。但冬季由于气 温较低，在没有采用电取暖的条件下日负荷率仍然鞍低，冬季影响负荷特性的 主要因素仍然是照明负荷。在电力规划中应给予居民生活用电以极大的关注。随 着居民生活水平的提高，居住条件的改善，我国的居民生活用电将保持较快的增 长势头，其年增长速度要高于其他用电部门的增长速度。 5 动力用电特点分析 动力负荷的大小与用电设备的容最有关，而其用电墨多少不仅与用电设备的 容量有关，而且还与用电设备的负荷率和使用时间长短有关。部门或地区的动力 负荷的大小等于相应计算范围内的动力设备装机容量与同时系数的乘积。随着生 产的机械化、自动化水平的提高，动力用电的数量极其在电力消耗总量中的比重 是逐步增加的。 2 2 电力需求预测 2 2 1 电力需求预测的基本原理 电力需求预测工作是根据电力需求的发展变化规律，预计或判断其未来发展 趋势和状况的活动，因此必须科学地总结出预测工作的基本原理，用于指导电力 婴型奎兰皇皇三堡塑堡三矍堡主堡兰皇查煎垄窭塑塑茎望查堡堡塞 需求预测工作。电力需求预测主要具有以下6 个基本原理： ( 1 ) 可知性原理 也就是说，预测对象的发展规律，且未来的发展趋势和状况是客观存在、可 以为人们所知道的。客观世界是可以被认识的，人们不但可以认识它的过去和现 在，而且可以通过总结它的过去和现在推测其未来，这是人们进行电力需求预测 活动的基本依据。 ( 2 ) 可能性原理 因为任何事物的发展变化都是在内因和外因的共同作用下进行的，内因的变 化及外因作用力大小不同，会使事物发展变化有多种可能性。所以，对某一具体 指标的预测，往往是按照其发展变化的多种可能性。进行多方案预测的。 ( 3 ) 连续性原理 又称惯性原理，是指预测对象的发展是一个连续统一的过程，其未来发展是 这个过程的继续。它强调了预测对象总是从过去发展到现在，再从现在发展到未 来认为事物发展变化中会以原有的特征保持下来，延续下去。电力系统的发展 变化同样存在着惯性，如某些负荷指标会以原有的趋势和变化率发展下去。这种 惯性正是我们进行负荷预测的主要依据。因此。通过数据挖掘等技术手段，了解 事物的过去和现在，并掌握其变化规律，就可以对其未来的发展情况利用连续性 原理进行预测。 ( 4 ) 相似性原理 尽管客观世界中各种事物的发展各不相同但一些事物发展之间还是存在着 相似之处，人们就利用这种相似性进行预测。在很多情况下，作为预浏对象的 个事物，其现在的发展过程和发展状况可能与另一事物过去一定阶段的发展过程 和发展状况相类似，人们就根据后一事物的已知发展过程和状况，来预测所预测 对象的未来发展和状况，这就是相似性原理。目前，预测技术中使用的类推法或 历史类比法，就是基于这个原理的预测方法。例如，我们预测一个新的经济开发 区的用电量时。由于其建成时期较短，没有很多历史数据可稠用，这时，就难以 用趋势外推、回归分析等方法建模预测。这种情况下，可以参考一个早已建成的、 规模和条件具有可比性的其他经济开发区，以其发展时期相对应的用电量，作为 预测新经济开发区用电量的基础，从而可得出相应的预测结果“”。 ( 5 ) 反馈性原理 反馈就是利用输出返回到输入端，再调节输入结果。预测的反馈性原理实际 9 婴! ! ! 茎兰皇墨三堡塑堕三塞堡主笙奎 曼垄墨垩鎏塑塑壅旦查堕堡茎 上是为了不断提高预测的准确性而进行的反馈调节。人们在预测活动实践中发 现，当预测的结果和经过一段实践所得到的实际值存在着差距事，可利用这个差 距，对远期预测值进行反馈调节，以提高预测的准确性。在迸行反馈调节时先认 真分析预测值和实际值之间的差距及产生差距的原因，然后根据已查明的原因， 适当改变输入数据，进行反馈，调节远期预测结果。反馈性原理实质上就是将预 测的理论值与实际相结合，在实践中检验，然后进行修改、调整，使预测质量进 一步提高。 ( 6 ) 系统性原理 系统性原理认为预测对象是一个完整的体系，它本身有内在的系统，它与外 界事物的联系又形成了它的外在系统。这些系统综合成一个完整的总系统，都要 进行考虑。即预测对象的未来发展是系统整体的动态发展，而且整个系统的动态 发展与它的各个组成部分和影响因素之间的相互作用和相互影响密切相关。系统 性原理还强调系统整体最佳，只有系统整体最佳的预测，才是高质量的预测，才+ 能为决策者提供最佳的预测方案“” 。 2 2 2 电力需求预测的一般过程 电力负荷预测是一个过程，其一般程序可划分为准备、实施、评价与提交预 测报告四个阶段”1 。 1 准备阶段 准备阶段的工作是由确定预测哥标、落实组织工作、搜集资料、分析资料和 选择预测方法等工作组成。 ( 1 ) 确定预测目标。确定目标就是要在明确预测目的的前提下，规定预测对象 的范围、内容和预测期限。一般而言，预测范围视研究问题所涉及的范围而定， 编制大区网局或地方( 省、地、县) 电力局的发展规划，就预测大区网或地方电力 局范虽内的电力、电量嚣求量。预测内容是指包括电力、电量、电力负荷的她区 分布，电力负荷随时间的变化规律，以及电力负荷曲线特征及负荷曲线等。预测 期限是指预测的时间长短，一般电力规划中的负荷预测期限有短期预测( 即5 年期 预测) ，中期预测( 即5 1 0 年期预测) ，及长期预测( 即1 5 年以上的预测) 。在预研 阶段还要确定所需信息资料以及资料来源；确定资料收集方法：制定调查设计、 资料处理计划：做好调研人员安排、组织准备工作：做好时间计划和费用预算。 1 0 璺型奎堂皇皇三塑塑堡三矍堡主笙塞 皇查墨塞垄塑堕塞旦查堕旦壅 ( 2 ) 搜集与整理资料。数据资料收集的目的是为现状分析和未来预测提供基础 和依据。占有的资料的充裕程度及资料的可信度，对预测结果的可信度是至关重 要的。一般在做电力负荷预测时需要搜集与整理的资料主要有电力系统历年用电 负荷、用电量、用电构成；经济发展目标( 如国民生产总值、国民收入等) ；国民 经济结构的历史、现状及可能的变化发展趋势；人口预测资料及人均收入水平； 能源利用效率及用电比重的变化；工业布局及用户的用电水平指标；以及国外参 考国家的上述类似历史资料。这些资料的主要来源有两种途径：一是各国政府、 研究机构等定期或不定期发表的报千i 、资料、文献和其他出版物；二是预测人员 通过调查所获取的资料。资料的来源、统计计算口径及调查方法不同，都会对资 料的可信度产生不同的影响。因此，在调查搜集资料的过程中对搜集得来的资料 应进行鉴别，去粗取精，去伪存真，以保证预测中使用的资料翔实可靠。 ( 3 ) 分析资料，选择预测方法。对经过鉴别整理后的资料要进行分析，以寻求 其规律。主要分析：负荷及负荷特性的历史变化与现状；负荷及负荷特性变化及 影响因素的调研与分析；影响负荷及负荷特性的主要因素及影响程度：历年负荷 特性变化对电力供需状况的影响；负荷和负荷特性变化趋势及影响；改善供需状 况和负荷特性的政策措施研究。在预坝9 中常用的分析方法有多种。要根据资料的 掌握情况及资料的样式，选择相应的预测方法，寻找预测量的演变规律或趋势， 建立预测模型。各种预测方法均有其不同特点和适用范围。实践证明，没有一种 方法在任何预测场合下均可以保证获得满意的结果。因此，必须根据对资料的占 有情况，以及预测目标、预测期限，预测环境、预测结果的准确度，同时考虑预 测本身的效益成本分析等进行权衡，以便作出合理的选择。 2 实施预测阶段 在进行预测时，要依据选择的预测方法来进行预测。如果是采用定量预测方 法来进行预测，就要根据建立的定量预测模型，代入预测期的自变量目标值，就 可以获取预测所需的预测变量值。如果是采用定性预测方法来进行预测，就应根 据掌握的客观资料进行科学的逻辑推理，推断出预测期的预测值。 由于影响预测对象的诸因素可能会发生变化，从而可能使未来的实际结果与 预测依据的历史资料呈现的规律不相吻合，预测人员必须适时的对预测模型及预 测结果加以修正。这种情况下，预测人员的经验、理论素养及分析判断能力将起 重要的作用。 3 ，评价预测阶段 璺! ! ! 查兰皇皇三塑塑堡三堡堡主笙墨皇垄苎垄望型竺塞里查茎堑壅 预测的主要成果是得出预测结果。预测结果应该是明确的，可以被检验的。 因此在得到预测结果的准确度和可靠性进行评价。务使预测误差处于可接受的 范围内。若误差太大，就失去了预测的意义，并从而导致电力规划的失误。一般 讲，短期预测的误差不应超过3 ，中期预测的允许误差为5 ，长期预测的误 差也不应超过1 5 。 4 提出预测报告阶段 预测报告是预测结果的文字表述。预测报告一般包括题目、摘要、正文、结 论、建议和附录等部分。 预测题目主要反映预测目的、预测对象、预测范围和预测时限，摘要通常说 明预测中的主要发现、预测的结果及提出的主要建议和意见。摘要与题目配合， 可以引起有关方面的重视。正文包括分析及预测过程、预测模型及说明、有关计 算方法、必要的图表、预测的主要结论及对主要结论的评价。结论与建议是扼要 地列出预测的主要结果，提出有关建议的意见。附录主要包括说明正文的附表、 资料，预测中采用的计算方法的推导和说明，以及正文中未列出的有价值的其他 资料。 2 2 3 电力需求预测分类 电力需求预测按预测周期分类，可以分为超短期、短期、中期和长期负荷预 测“。 超短期电力需求预测主要用于电力商品的质量控制，需5 l o s 的负荷值，用 于安全监视需1 5 m i n 负荷值，用于电力系统预防控制和紧急状态处理需l o 6 0 m i n 负荷值，使用对象一般是调度人员。这类预测，在正常情况下一般不考虑 气象条件的影响，因为天气因素中最主要的影响因素褊度已体现在负荷的历 史数据中了。超短期需求预测主要反映电力需求在短时间内的变化规律，即反映 电力需求的上升、下降或水平趋势及变化值。 短期需求预测主要用于火电分配、水火电协调、机组经济组合和交换功率计 划，需要1 日l 周的负荷值，使用对象主要是编制调度计划的工程师。短期电力 需求预测主要考虑负荷的周期性变化规律及天气影响等因素。 中期需求预测主要用于水库调度、机组检修、交换计划和燃料计划，需要1 月1 年的负荷值，主要预测指标有月平均最大负荷、月最大负荷和月用电量。 四川大学电气工程领域工程硕士论文电力需求预测的实用方拄研究 使用对象主要是编制中长期运行计划的工程师。中期电力需求预测中考虑的因素 比短期负荷预测要多些，特别是一些未来的因素及气候条件。 长期需求预测用于电源规划、网络发展和电力企业生产经营目标，是电力市 场营销工作重要组成部分，需要数年至数十年的电力需求值，使用对象主要是电 力企业策划、电力营销和电力规划工程师。长期需求预测受地区的社会经济、人 口、气候等多方面因素的影响，涉及许多不确定性问题，这是本文重点研究的内 容。 2 2 4 电力需求特性分析法 1 年最大电力需求预测方法 ( 1 ) 采用时间序列模型预测 根据历史数据采用时间序列模型外推预测最大负荷。可采用的时间序列法主 要有：趋势移动平均法，指数平滑法，趋势模型外推法，灰色预测法，神经网络 法。 ( 2 ) 根据增长率的中位数预测 取历史数据中最大负荷的增长率的统计中位数作为未来一段时期内最大需求 的年平均增长速度的参考值，预测未来一段时期的最大电力需求。从统计意义上 讲，增长率的中位数代表一种相对稳定的状态。可以作为未来一段时期平均增长 率的参考。 ( 3 ) 根据最大电力需求利用小时数预测 通过预测需求电量以及根据需求结构分析预测年份最大需求利用小时，或根 据历史数据回归找出需求结构与年最大需求利用小时数的关系，再推算出预测年 最大需求。 ( 4 ) 同时率法 根据获得的各行业或地区最大电力需求的数据。利用各行业或各地区最大电 力需求的同时率测算出年最大电力需求。 ( 5 ) 需求系数法 系统需求系数法：先预测需求电量，然后用一个需求弹性系数来计算最大电 力需求。需求系数被定义为：需求系数= 平均电力需求最大电力需求= 年需求电 量( 最大负荷8 7 6 0 ) 3 婴业查兰曼墨三堡塑垫三堡婴主堡苎皇垄鲎鲞堡塑塑壅旦互鎏堕堑 最大负荷= 年需求电量( 需求系数预测值8 7 6 0 ) ( 6 ) 考虑气温气候对最大需求的影响 最大需求的预测要比需求电量的预测困难，年需电量的数据是一年8 7 6 0 h 的总 量，其平均值相对比较平缓，预测也相对容易一些。年需电量可采用时间序列、 回归式直接通过计量经济模型从客观经济变量中预测出来。而最大需求负荷却很 难完全通过这些方法预测。最大需求负荷对天气的变化十分敏感，即使在将天气 影响调整为常规天气影响( 天气因素要完全标准化是很复杂也是很困难的) ，最大 负荷的系列数据仍然有很大变化。这就使得气候对最大需求负荷的影响的分析过 程变得十分困难，也使得最大负荷的预测变得困难。最大负荷的预测值需要通过 气候的有关数据来校正。 影响最大负荷的气候因素包括温度、湿度、降雨、风速、日光强度、前两天 的气候条件等等。通过对大量数据进行回归分析，确定气候指数如下： 气候指数= o 6 本日温度+ 0 3 昨日温度+ o t 前日温度 根据过去一段时间的气候指数计算出气候的标准值( 或称气候常数) ，并作为 期望的平均气候指数。将该气候常数作为基准，用以将实际最大负荷数据校正为 标准气候条件下的数值，对作为气候指数函数的最大负荷数据进行回归分析，可 得到负荷气候的灵敏度系数，用于修正最大负荷。 2 负荷特性曲线预测方法 ( 1 ) 分行业典型日负荷曲线叠加法 以历史负荷曲线为基础，根据未来行业的用电量比重与历史上行业用电比重 的相对变化来修正历史负荷曲线。先将系统的用电负荷分行业，求得基准年份分 行业典型日负荷曲线，再根据基准年份分行业典型日负荷曲线和预测年的分行业 最大负荷转化叠加得到预测年份典型日负荷曲线。该方法需要分析行业用电与负 荷特性的关系，并需要预测未来行业用电比重。由于分行业叠加法能有效反映产 业结构、用电结构变化对负荷特性的影响，成为典型日负荷曲线预测