（电力系统及其自动化专业论文）电力市场环境下的电力系统短期负荷预测研究.pdf

摘要 r e s e a r c hf o rp o w e rs y s t e ms h o r t - t e r ml o a df o r e c a s t i n gi n e l t d c i wm a r k e t a b s t r a c t t h i st h e s i si sd i v i d e di n t ot w om a j o rp a r t s ，t h ef i r s tp a r ti se l e c t r i c i t ym a r k e t ，t h e s e c o n dp a r tc a r r i e sf o rp o w e rs y s t e ms h o r t t e r ml o a df o r e c a s t i n g i nt h e2 0l a s ty e a r s ，t h ee l e c t r i cp o w e ri n d u s t r i a lc o n s t r u c t i o nh a ss t a r t e da m e a n i n gr e f o r mi nt h ew h o l ew o r l di n c l u d e sc h i n a t h e ys e to u tf r o mt h ed i f f e r e n t p u r p o s e ，p r o c e e dt h er e f o r mw i t ht h ed i f f e r e n tm o d e ，b u ta l li n c l i n et o t h es a m e d i r e c t i o n ：i nt r a d i t i o n a lf i e l dt h em o n o p o l yh a sb e e nb r o k e na n dt h ec o m p e t i t i o nh a s b e e ni m p o r t e d - - - - - e l e c t r i c i t ym a r k e t t h ee l e c t r i cp o w e ri n d u s t r yp a s s e st od e c o n t r o l ， l e a di n t ot h ec o m p e t i t i o n ，a n di m p r o v et h ee c o n o m i cp e r f o r m a n c eo fg e n e r a t i o n t r a n s m i t i o na n dd i s t r i b u t i o nt h ee l e c t r i c i t y a l o n gw i mo u rc o u n t r ys o c i a l i s mm a r k e t e c o n o m ys y s t e md e v e l o p m e n t s ，t h ee l e c t r i c i t ym a r k e tr e f o r m a t i o no fo u rc o u n t r yh a s b e e ni nt h es t e a d yp r o p u l s i o n p r o c e e d i n gf r o mm o d e me c o n o m i c sa n ds o c i a l i s mm a r k e te c o n o m yt h e o r i e sa t f i r s t ，t h et h e s i sr e s e a r c h e dt h ep u r p o s ea n de s s e i i c eo ft h ee l e c t r i c i t ym a r k e tt h a to u r c o u n t r yi se s t a b l i s h i n g ，d i s c u s s e da n dp r o b e dt h eo p e r a t i o nm o d eo f e l e c t r i c i t ym a r k e t o fc h i n a o nt h eo t h e rh a n d ，t h et h e s i sa n a l y s e st h ep r o b l e mt h a tt h em a r k e tf a c e d c u r r e n ta n dd e v e l o p m e n td i r e c t i o n si nt h ef u t u r e s h o r t t e r ml o a df o r e c a s t i n gi sa ni m p o r t a n tm o l dp i e c eo fe l e c t r i c i t ym a r k e t t e c h n i q u es u p p o r ts y s t e m ，a n di th a sv e r yi m p o r t a n tf u n c t i o ni nt h er e l i a b l e ，s e c u r i t y a n de c o n o m i c a lo p e r a t i o no f p o w e rs y s t e m t h eo p e r a t i o n ，d i s p a t c ha n da s s i g n m e n to f e c o n o m i cl o a do fp o w e rs y s t e ma r ea l ln e e da c c u r a t ea n df a s tl o a df o r e c a s t i n g i nt h e o p e r a t i o no fe l e c t r i c i t ym a r k e t ，t h ea c c u r a t el o a df o r e c a s t i n gc a nh e l pt oa r r a n g et h e s t a r t u pa n ds t o p p i n go fg e n e r a t i o nu n i t se c o n o m i c a l l ya n dr e a s o n a b l y , m a i n t a i nt h e s a f e t ya n ds t a b i l i z a t i o ni np o w e rg r i d ，a r r a n g et h ep l a no fg e n e r a t i o nu n i t st oe x a m i n e a n dr e p a i rr e a s o n a b l y a tt h es a m et i m e ，g e n e r a t i o ne n t e r p r i s ec a r la j j u s tt h eq u o t e s t r a t e g yr e a s o n a b l ea c c o r d i n gt ot h ef o r e c a s t i n gd a t a ，s oa st oc u tt h ec o s te f f e c t i v e l y t h ep o w e r9 6 de n t e r p r i s ea l s oc a nb u yt h ee l e c t r i c i t ye n e r g yw i t ht h ec h e a p e rp r i c ei n e l e c t r i c i t ym a r k e t t h e r e f o r e ，a c c u r a t ea n dq u i c kl o a df o r e c a s t i n gc a no p t i m i z et h e s o c i a lr e s o u r c e t h e p r i n c i p l e ，t h eo r i g i n a t i o na n dd e v e l o p m e n t ，t h eg e n e r a la p p l i c a t i o no f 摘要 p r e s e n td o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lp o w e rl o a df o r e c a s t i n gh a sb e e ni n t r o d u c e di nt h i s t h e s i s 。譬kr e s e a r c ha p p l i e sa r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r km o d e lt of o r e c a s tr e g i o n a lp o w e r g r i ds h o r t t e r ml o a d i no r d e rt oi m p r o v et h ep r e d i c t i o na c c u r a c y , a c c o r d i n gt ot h e d i f f e r e n tr e g u l a t i o nt h a tc a r r i e s ，d i f f e r e n tf o r e c a s t i n gm o d e l sh a v eb e e ne s t a b l i s h e d r e s p e c t i v e l yi n c l u d i n gw o r k d a ym o d e l ( m o n d a yt of r i d a y ) ，o f f d a y sm o d e l ( s a t u r d a y , s u n d a y ) a n df e s t i v a lm o d e l 。m o d e l sh a v em a n ym e r i t s ，s u c ha sl i t t l es a m p l ed a t a r e q u i r e d ，s i m p l ea n dh i g ha c c u r a c y ；a l s ot h e yh a v es t r o n g e rg e n e r a l i z a t i o na b i l i t y t h et h e s i sr e g a r d st h ep o w e r 删do fn a n c h a n go fj i a n g x ip r o v i n c ea st h et a r g e t o f f o r e c a s t i n g ；a p p l yt h eg r o u p i n ga r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r kt oc a r r yo nt h es h o r t - t e r m l o a df o r e c a s t i n g t h ef o r e c a s t i n gr e s u l t ss h o wt h a tt h em o d eu s i n gf o rs h o r t * t e r ml o a d f o r e c a s t i n gb ya r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r ki sc o m p a r a t i v e l ys a t i s f i e dm a dc a ns a r i s f yt h e r e q u e s to f a c t u a lp r o d u c t i o n w r i t t e nb y ：z h a n gs h t m h u a( p o w e rs y s t e m & i t sa u | o m a t i o n ) d i r e c t e db y ：c h e nk e n ( p r o f ) k e yw o r d s ：e l e c t r i c i t ym a r k e to p e r a t i o nm o d es h o r t t e r ml o a df o r e c a s t i n gp o w e r s y s t e ma r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k 声明 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南昌大学或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 务舷绎rl 7 、 l 学位论文作者签名：章顺华签字同期：2 0 0 5年5 月曰 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 壹量圭鲎 有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权南昌大学可以将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、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 繇篓嗽翩虢陈恳 签字目期：2 0 0 5 年5 月 几签字日期：2 0 0 5 年5 月与f 日 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 电话 邮编 第一章绪论 第一章绪论 l 1 电力市场发展概况 电力工业普遍采用发、输、配、售垂直一体的垄断运营模式已有上百年的历 史。过去，电力工业是一种规模经济，具有天然的垄断性。同时，电力系统中发、 输、配电的设备在物理上就联接位一体，整个系统的安全稳定运行需要各个环节 的紧密配合，采用垂直一体的结构似乎是一种很自然的结果。因此，电力工业长 期以来在垄断模式下发展、j 上大和成熟。然而，自从二十世纪八十年代英国推行 电力市场改革以来，许多国家，包括经济发达国家，中等发达国家和第三世界国 家群起效仿，美国、英国、澳大利弧、新西兰、阿根廷、挪威、瑞典、德国以及 中国等等相继行动，沉寂多年的电力工业，市场化改革一时风起云涌，成为一股 不可抗拒的时代洪流。改革方案不尽相同，但改革的核心都是打破垄断，目标都 是为了在电力行业引入市场机制来进 j ：资源的优化配置和利用，从而为社会提供 更加廉价可靠的电力。 1 1 1 国外电力市场发展简介 电力工业是国民经济中一个非常重要的部门，它与国计民生息息相关。一百 多年来世界上大多数国家的电力工业普遍采用国家垄断的经营模式，这种模式集 发电、输电、配电为一体，将国家的电力供应全部或绝大部分由国家电力部或国 家电力公司垄断经营，消费者为广大电力用户。如今为限制垄断利润，近2 0 年 来，全世界包括中国在内，电力工业的结构已经开始了一个意义深远的变革。工 业发达国家先进的电力技术不断完善，而发展中国家电力资金、电能均严重不足 它们从不同的目的出发，以不同的模式进行改革，但均趋向同一方向：在传统地 区垄断的电力工业体制中引入竞争机制电力市场 目前世界上具有代表性的电力市场有两种。 1 、美国的自由竞争式。美国的电力市场改革从1 9 9 2 年的新能源政策法案的 公布和1 9 9 6 年的联邦能源管制委员会第8 8 8 号和8 8 9 号的颁布开始【2 1 ，对电力企 第一章绪论 业实行放松管制，引入竞争机制，开放输电网络，在美国的网个地区己逐步建由： 了四种不同模式的电力市场，分别是美国东部的宾州新泽西一马里兰( p j m ) 、 美国西部的d m ) 、h ( c a ) 、美国东北部的新英格兰( n e ) 和纽约( n y ) 电力市场。 其中，以p j m 和纽约的i s o 电力市场设计比较合理，运行情况良好。 2 、英国的统一调度模式。从1 9 8 7 年起，英国开始对其电力工业进行大规模 的体制改造。其电力工业经历了私有化到国有化、再到私有化的过程。改造前由 中央发电局统一调度，改造后它分为四个公司：崮家电网公司、国家发电公司、 国家电力公司和国家核电公司，由国家电网公司负责口常管理和经营，建立全国 统一的电力市场体系。改造后的运营模式如图1 1 所示。改造后，对大用户 图1 1 改造后的英国电力市场运营模式 ( 1 m w 及以上) 开放了市场，大用户可以自由选择供电方，如可从地区电力公司、 电力联合运营中心和发电厂中任选供电方。除地区电力公司外，还允许持许可证 的单位，从电力联合运营中心购电并向大用户供电，但必须交付过网费。 英国电力市场中，发、输、供电完全分离。电力市场中的贸易方式，分为参 加电力联合运营l t l , t ：, 贸易和签订直接合同两种。参加电力联合运营中心贸易时， 发电厂直接将电卖给电力联合运营中心，大用户直接从电力联合运营中心购电； 采用签订直接合同贸易方式时，发电厂可以与火用户、地区电力公司或持许可证 单位直接签订合同，用户可以选择从地区电力、持许可证单位购电，或从本地及 其它电网的电，一购电。 为了保证所有电力市场的参与者可以平等使用电网，防止电网所有者利用垄 断地位限制市场贸易，英国电，j 市场很显著的特点是将高压输电网全部归国有， 第一章绪论 由国有公司经营管理，并在电力法中明确规定，电网必须在安全运行的前提下， 向所有电力市场成员开放。 英国电力工业改革的效果是明显的。改革使电力投资增加，促进了电力工业 的发展，电力供应充足，电价明显下降，供电的可靠性增加，管理机构精简，工 作效率提高，服务质量改善。但在电力工业改革中，也存在一些困难，对于建设 周期长、投资大的电源建设难以筹措到资金，再则电力市场中的争议事件多，协 调处理工作量大等。 1 1 2 我国电力市场的初步建立 随着我国经济体制改革的不断深化，闭民经济得到了快速、稳定、健康的发 展，市场经济体制已在我国全面确立，并已开始对社会资源优化配置起着积极作 用。我国现代意义上的电力市场是从计划经济向市场经济过渡过程中产生的。中 国广义的电力市场起始于1 8 8 2 年7 月【3 】，上海第一台发电机投入商业运行，从 而在中国大地上出现了电力这种商品，到现在已有l o o 多年的历史。在这一百多 年中，中国的电力市场走过了三个发展阶段。第一阶段从1 8 8 2 年开始到1 9 4 9 年。 在这6 7 年中，全国各大城市的电力工业逐步发展，这个阶段的电力企业有外商 资本，有官僚资本，也有私人资本。这一阶段电力企业虽然处于竞争机制下，但 实际上没有市场竞争的要求，都处于分片垄断经营的状态。第二阶段从1 9 4 9 年 到1 9 9 8 年。其特点是政府统一管理，自上而下垄断经营，实行计划建设，计划 发电，计划供电的体制。电力的买卖关系虽然仍然存在，但卖方和买方都没有选 择权，电力价格由政府制定。第三阶段从1 9 9 8 年开始。1 9 9 8 年1 1 月，国务院 国办发 1 9 9 8 1 4 6 号文转发了国家经贸委“关于深化电力工业体制改革有关问题 的意见”，并将辽宁、吉林、黑龙江三省与山东、上海、浙江同时列为“网厂分 丌、竞价上网”的试点单位，确立了“厂网分开、竞价上网”的改革方针，这标 志着我国政府积极推进发电侧电力市场工作的正式启动，中国正式走上了电力市 场化改革的道路。 通过多年发展，我国电力工业出现了产权多元化国有、外资、合资、股 份等多种形式，形成t n 益多元化的局面。利益的多元化必将对传统的垂直型的 管理体制造成冲击，代之以平等、协调型的管理体制。但是电力系统有自己的特 第一章绪论 曼! 曼曾阜i l l l l l l l l l l | 曼曼舅曼! 曼黑燃篡蔓曼曼曼舅 点生产需要统一指挥以获得最大的利益。因此，一方磷只有通过电力市场平 等互秘瓣洚调磐褒鸯各投资方琴豢，方戆遴一步吸萼| 投资，爨避毫力工效豹发浸； 另方面，只有引入竞争机制，才可能将传统的垂直型管理体制转换成为新型的 自愿、平等、互利裂的管理体制，避免由于电力工业产权多元化对传统的垂直型 憨营壤体翻产生囊犬秘洚击。 建立统一、开放、竞争、有序的电力市场，是当前电力体制改革的目标【4 】。 在发电环节，建立电力交易市场。发电企、佗骤与电网经营众业完全脱钩，即“厂 网分歼，竞徐上鼹”。舞套宅厂翔电弱擐凄蠡己获要求熬上瓣宅赞，藤交荔泰场 的管理者，按所需电力负荷的预测，从低价开始录用。这将促使发电厂鼹大限度 地降低电厂造价和运行成本f 5 】。丽电网则取得了反映每一时剡供求关系中市场价 格最低懿供窀资源。在输变电环萤，应确立天晚翳之阀审场歼敢、市场潜入靛矮 则，建立透明公_ ：f 1 ：的输变电过网赞用计算公式。一个电网可以向其它电网报价竞 争，销售电力，同融也必须允许其它电网将价格更低的电力销售给自己隧内豹金 韭。丽本地翡电秘缀营金监，会国予乡 来电力占领市场的威胁不得不努力降低输 变电成本，降低销倦价格，做好服务工作，使经济杠杆更精确地实现资源的优化 配置。在电力的终端销售环节，寅霉亍供电商在各供电区之阈的市场准入，培养更 多的魄力零售商，察行竞争。这样，供电企簸必有在价格上番竞争力，谯服务上 尽心尽力，才能取平孽用户的信任。 题静实施的电力体钢改革的政策绘电力帮门喾来强烈戆毙争机铡，各电力部 门开始在自身挖潜革新，提离葜效率帮效益，增强生存和笈震能力，丽时，使电 力用户得到充足、可靠和服务优质的电力，使电价在竞争中尽可能降低，即最终 使奄力j 强户、电力企逝( 包括电力投资企韭) 鞠社会在电力工业市场化改棼的进程 中均能获益。 1 2 电力市场的基本概念 我国的电力市场改革是电力工业适应社会主义市场经济体制的需要，同时， 也是电力工业在新的形势下自我发展的迫切需鹱。因此，如何结合我国蹦情，建 立蒡笈震适应巾国社会主义市场经济俸裁静电力市场是我窘】嫒究豹基标。 在经济学意义上，垄断也是市场形态的一种，因此，自从有了电力二c 业，广 第一章绪论 ! 曼鼍i i i , , 篡烹皇! 曼曼皇量曼麓燃燃蔓皇曼蔓墨曼! 曼曼删燃蔓董! 鼍曼毫! ! 曼舅麓蔓蔓曩皇曼曼曼! 璺寰燃鼎笪曼皇蔓量曼曼寡黑燃篡皇皇曼曼舅 义的电力市场就已缀存在。现在所谈论的电力市场，特指打破垄断后，在发电企 韭之阏存在枣场竞争戆毫力市场，霹称之烫狭义酶毫力泰扬域袋 髓暮义上豹逛力 市场。电力市场就熙进行电力及相关服务交易的一群买者和卖者，这些相关服务 包括输电服务、运行调度服务，及一系列其他的辅助服务如自动发电控制( a g c ) ， 无功激难控澍等等。 电力市场是电力的买方和卖方相互作用以决定其电价和电量的过稷。更具体 的来讲，电力市场怒采用经济等手段，本着公平竞争、自爆互利的原则，对电力 系统中发电、输电、靛电、瘸户簿备成员餐织融调运行的蛰瑾税铡和执行系统旋 总和。管理机制和执行系统包括：交易场所、计量系统、通信和计算机系统等【6 】。 电力市场具有交换鄹燕卖电力，提供信息，融邋资金的功能。电力市场的竞争局 蟊，应诖其在生产滏睾斗静交荔过程中形成，其麓本特征是：开放洼、竞争往、诗 划性和协调性。电力市场的基本原则是：l 、公平竞争的原则。2 、用户问的平等 原则。3 、公开挫暇则。4 、扩大参与者自出选撵的权力的缀她。5 、法救黥保障 原赋。魄力市绣采籍法律、法蕊、经济等手段，本着公平竞争、自愿互嗣黪藤猁， 对电力系统中发电、输电、配电、用户等各成员进行协调潺行的管理机制和执行 系统的总和。根据这个定义，我们可以知道：魄力市场曹强怒一静管理枫制。这 种枫制与传统静行致命令的税制不同，它主瑟楚采用经济的手段进行管璞，从而 达到汝源优化配置的目的。所以电力市场的熬本原则是公平竞争，自愿飘利。同 时，奄力市场还是体现这秘管理桃刳的执季亍系统，包括交茹蛹所、计量系统、讨1 算辘系统、通信系统等。 1 3 电力系统负荷预测 在电力系统中，负荷指电力需求量或用电爨。需求量怒能量的时间变化率， 即功攀。负荷预测包括两方面的宙义：对未来需求量( 功率) 的预测和未来用电量 f 麓羹) 鳓溪溺f l 。受耱羲溺麴缭慕掰来决定发惫凌蠢静容爨，戳及稻庭黪输窀窥 配电的容量。所谓负荷预测，足指在充分考虑一些重要系统运行特征、容量决策 和自然条件的情况下，利用系统的处理过去和末来负荷的方法，在一定糟度意义 下，德活未来菜个黪定靖裁的受露值强1 。 负荷预测是现代电力系统学科巾一个重露的研究领域，也是电力市场技术支 第一章绪论 持系统巾的一个重要组成部分。负荷预测在满足社会需求以及保证电网安全经济 运行等方面都发挥了极其重要的作用。同时，我国不断深化的电力市场改革也对 电力系统负荷预测提出了更高的要求，即高精度的短期负荷预测。因此，深入开 展电力系统短期负荷预测的研究非常必要。电力系统短期负荷变化具有不确定 性、随机性和模糊性的特点【9 1 ，根据短期负荷变化的特点，建立高预测精度的短 期负荷预测模型，无论是从工程需要出发，还是从现代电力系统学科发展来看， 都具有十分重要的实践意义和理论意义。 1 3 1 短期负荷预测的目的和意义 电力系统是一个大面积分布的复杂系统，电力系统调度的主要任务是控制整 个电力系统的运行方式，使之能够保证供电的优良质量，保证系统的经济运行， 保证系统具有较高的安全水平，并提供有力的事故处理能力等。负荷预测是电力 系统管理现代化的重要内容之一，是对发电、输电和电能分配等合理安排的必要 前提。它从己知的经济、社会发展和电力需求情况出发，通过对历史数据的分析 和研究，对电力需求做出预先的估计和推测。根据这些预测结果，可以针对性的 采取技术措施，如进行可中断负荷控制，增添低谷用电没备，采用蓄冷蓄热技术 等，改变电力需求在时序上的分布，将用户的电力需求从电网高峰期消减、转移 或增加电网低谷期的用电，以期提高系统运行的经济性和可靠性【l0 1 。在规划的电 网中，还可以减少新增装机容量和节省电力建设投资，从而降低预期的供电成本。 提高负荷预测水平，有利于节煤、节油和降低发电成本，制定合理的电源建设规 划，从而提高电力系统的经济效益和社会效益，对电力系统的安全经济运行与国 民经济的发展具有非常重要的意义。 电力系统负荷预测足电力市场技术支持系统的重要组成部分，是电网商业化 运营所必需的基本内容，也是电网调度中一项非常重要的内容。电力市场技术支 持系统需要过去、现在和未来的数据。负荷预测是未来数据的主要来源，是电力 系统调度运行的一项基本功能。准确的系统负荷预测，对于经济合理地安排电网 内部发电机组的起停，保持电网运行的安全稳定性，减少不必要的发电机备用容 量，合理安排机组检修计划，编制发、供电计划，有效地降低发电成本等都有很 重要的意义。在我国用电管理走向市场的今天，解决好负荷预测问题己成为电力 第一章缮论 企业面临的一项重嚣而艰巨的任务。 糕熬受药藜涮熬意义在于； 1 、能对运行中的发电机的如力要求提出预告，使得对发电机出力变化的情 况预先得以估计，对于装机容量不大的孤立电网，短期负储预测非常必溪。 2 、予一令丈魄鹾，为了经济鞫合理逮安捺宅鞭志蓦发魄辘缝豹超璐弩簿掇， 以使系统在要求的安全范围内，为保持必要的旋转储备容檄的消耗为最小，短期 负荷预测也是必需的。 3 、电溺送 亍诗舞援在线羟澍跨，应当矮短麓受芬疆渊黪售悫亲实瑗发电容 量的合理调度，满足给定的运行要求，同时傥发电成本最小。 薹1 3 2 受芬预测鳇分类震姥缝 电力系统负荷预测按预测嚣可分为电量和功率预测。按预测结果形式可分为 擎德纂 逸润受蘅预测。攀蓬预测绘出菜拿确定瓣预测壤：黩麓预测绘出一个可糍 出现的预测范围。绞全社会用电或行业类别负稽预测可分为城市民用负荷预测或 商业负荷预测、农村负荷预测、工业负荷预测等。按被预测负荷的特性负荷预测 又可以分为最大受稼鞭溺、最小受楚强测、乎蝣受萄预测、蜷鑫差受菇联测等i 】。 魄力系统负荷预测按预测周期可分为超斌期、短期、中期和长期负荷预测。 根据预测的时间跨度，一般将负荷预测分为4 类，它们各有不同的目的和要求。 1 、长絮受赫预测。长蘩受耱颈测爆予电源粒溺终发裁，翥要数年至数十年 的负荷值。一般是指对五至十年的系统负荷增长和变化进行预测，使用对象是从 事规划的工程技术人员，它主要用于制定电力系统的远景发展规划，包括能源利 弱、大容量电厂霸交邀辇弱建设，以及裹一缀邀匿等级瓣发震等。 2 、中期负荷预测。中期负荷予员测需要1 月至1 年的负旖值，使用对糠是编 制中长期运行计划的工程技术人员。一般是指对未来数月或一年的负荷情况进行 预溺，它主要瘸予承痒溪疫、掇鳃捡骛、交换诗翔窝燃料诗翔，裁蠹毫力系绞豹 扩建计划和安排制定长期运行方式。 3 、短期负荷预测。短期负荷预测需要1 7 天的负荷假，使用对象是编制调 疫诗劐貔工程技术人受，主要疆溺寒来。天或一囊内各令熬点( 或每隔1 5 分镑 或3 0 分钟) 的负荷曲线，主要用于火电分配、水火电街调、机组经济组合和交 第一章绪论 换功率计划，制定窳统的生产计划，安排系统的短期运行方式、进行经济调度以 及离线安全分析蒋。 4 、超短期负荷预测。指对未来数分钟内负荷的变化情况进行预测，使用对 象是调度员，主要用予电能质量控制、系统运行状态的实时般控、在线安全分析、 控翻和紧急状态处镣。 1 3 3 电力系统负荷预测的模型与方法 1 3 3 1 电力系统负荷预测的模型 针对影响系统负荷的因素，电力系统总负荷预测模型一般可描述为：基本负 萄分爨、气象敏感熊旖分量、特殊事 牛负荷分篷、随机负祷分量等四个独立成分 的线瞧组合，即有 1 2 l ： 刑= u ( o + w ( o + s ( o 十例( 1 1 ) 式中露黟时刻f 的系统蕙受蘅； 馥卜辩猁f 的基本负符分量； 例时刻f 的气象敏感负荷分量； 跏瓣刻t 靛特殊露馋受蕊分量； ，时剡f 的随视负荷分量。 1 、基本负荷分量 鬃本受蔫分量甜与气象无关，毽对于不弼豹预测周期，它其真不溺瓣痰涵。 在超短期负荷预测中，n ( o 近似线性变化，墓麓为常数：在短期负荷预测中， 以) 般呈现周期性变化；而中长期负荷预测中，呈明恩增长趋势的周期性 交诧。 协一般可糟线性变化模型和周期变化模型共同摘述，即 n ( 1 ) = l ( t ) m 式中搿绫经交诧负露分量； j ，甜周期变化负荷分璧。 超短期负荷预测可仅采用线性变化模型，将前面时刻的负荷描成一祭直线， 在其楚长线郓哥臻溅下一薅裁瓣受蓑。短黧受耱豢溅夔线性变讫受麓分爨，反浚 周期内平均负荷的变化规律，通常接近于常数。线性变化负荷分量可以波示为： 第一章绪论 俐= n 十胁1 l p( 1 2 ) 式中n ，6 线性方程的截距与斜率； p 误差。 中长期负荷预测中，负荷呈现周期性的增长型，周期内平均负荷的规律是线 性上升型，但值得注意的足，当负荷均值增长较快时，周期内平均负荷需要采用 非线性模型，如二次函数与指数函数等。 2 、气象敏感负荷分量 气象敏感负荷分量与一系列气象因素有关，如温度、风力、阴晴等。不同气 象因素影响负荷的方式不同。一年中不同时期的气象因素影响负荷的方式也不 同。 以温度敏感负荷为例。近年来，随着气候条件和住房条件的变化，城市热岛 现象日益突出，同时居民追求生活的舒适程度越来越高，促使大负荷、高耗能用 电器具的使用数量增加，使用时间增长。随着国民经济的发展，这部分对于气温 变化非常敏感的降温、取暖负荷在总用电负荷中所占的比例将越来越大。 根据历史数据，决定气象敏感负荷模型时，通常以日峰值( 纵坐标) 及对应气 象变化( 横坐标) 画出一个分散图，虽然有很多变量可以选择，但温度与湿度被认 为是最重要的，图1 2 是以温度做气象变量的气象敏感负荷模型图，应用线性回 归分析及曲线拟合选配技术，可以定义出三条直线段，用以表示气象敏感负荷模 型，即 当p n 阡w = 畅p 聊 当7 ( t i w ( 1 ) = 一k t ( 7 - t d 当乃7 靠w ( o = o 式中阳砂，时刻温度敏感负荷分量 乃、k 厂冷临界温度和斜率； n 、托热临界温度和斜率；乃死温度 卜温度；图1 2 温度敏感负荷模型 长期以来，人们十分重视气象因素对电力负荷影响的研究。但是目前在负荷 预测软件中，考虑气象因素还有一些难点有待解决。 ( 1 ) 、大电网由于地域气象条件差异较大，负荷预测气象模型建立较为困难。 第一章绪论 若将基本相同的气象区域分别预测，最后汇总全网预测，则可能造成分区预测误 差的累加，反而加大全网预测精度的下降。 ( 2 ) 、天气预测的精度有待提高，预测间隔需迸一步缩短。目前天气预测给 出的全天最高、最低温度和阴、晴、雨、雪、风的描述很难满足电力负荷预测间 隔为1 h 或1 5 m i n 的实时要求。 ( 3 ) 、在地区宏观经济处于重大调整的时期，由于负荷构成的变化，地区负 荷预测的样本选择有一定困难，使气象对电网负荷影响的规律性难以把握。 3 、特殊事件负荷分量 特殊事件负荷分量使负荷明显偏离典型负荷特性，如重大政治活动、庆典活 动、特别电视节目、节口线路检修而限电等。随着市场经济的发展，特别在经济 发达地区，各种特殊事件对负荷曲线的影响越来越大，囚而研究特殊事件负荷分 量日益受到重视。 特殊事件对负荷的影响与气象因素完全不同，考虑特殊事件的关键是积累足 够的相关经验，从中找出规律，归纳出特别事件对负荷的修正规则，这种分析与 修正可以用专家系统方法来实现，也可以简单地采用人工修正。 4 、随机负荷分量 负荷的随机波动是指某些未知的不确定因素引起的负荷变化，由于对任一需 求的预测，总会伴有某些不确定性，这种不确定的随机波动负荷在不同的电网内， 随系统结构及负荷组成的差异，其大小是不相同的。例如，对超短期负荷预测来 说，巨大的轧钢负荷就属于随机干扰。 1 3 3 2 电力系统负荷预测的方法 多年来，国内外研究出了许多负荷预测方法，例如，线性回归分析、时间序 列、卡尔曼滤波法、人工神经网络、灰色系统、专家系统、小波变换等方法。这 些方法从简单到复杂，目的都是尽可能准确地模拟负荷变化规律，预测负荷的未 来发展趋势，而实际上负荷变化是非线性的，它受到多种因素的影响，用任何一 种方法都无法十分精确描述负荷的变化规律，各种算法均有一定的适用场合，可 以说没有一个算法适用于各种负荷预测模型，而精度比其他算法都高1 3 。实用上 可以采取试验比较法，即利用某一电网的历史数据来确定适合于该电网的最有效 的算法，在精度一致的条件下，选择较简单的算法。 第一章绪论 多年来，各种可能的算法均在负荷预测课题上试验过，现对目前实用的几种 算法介绍如下。 l 、常规单一的负荷预测方法 ( 1 ) 、比例系数增长法。假定负荷按过去比例增长，预测未来的发展。 ( 2 ) 、类比法。对具有相似研究特征的事件进行对比分析和预测，如新开发 区的建设，无历史经验可以借鉴，此时可用类比法预测负荷的发展。 ( 3 ) 、单耗法。该方法需做大量细致的调研：r 作，对短期负荷预测效果较好。 ( 4 ) 、负荷密度法。已知某地区的总人口( 总建筑面积或土地面积) ，按每人 平均用电量( 即用电密度) 计算该地区的年用电量。 ( 5 ) 、弹性系数法。设x 为自变量，表示国民生产总值，y 为用电量且函数 y = f j 可导，则弹性系数r 。，可以定义为 ：孚2(13)x 6y 一五万”“ 电力弹性系数r 。的概念自从国外引入以来，便被视为衡量电力工业和国民 经济发展关系的重要指标。一般认为，如果e ，y l ，表明电力工业的发展超前于 国民经济的发展；反之，如果r 。 、空闯负葡预测技术 这是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 且能对未来受芬l 白撼理位置分布遴厅预测。这秘方法适用予菠建开发区鹣负萄颈 测，并能够与d s m 、m i s 、g i s 等结合，实现资源共享，谶丽使负荷预测和系统 规划避全面、更合理【1 7 】。 ( 7 ) 、模式识别法 负荷预测考虑的相关因素包话：目分类( 正常日、国庆、春节等) ：羼期类型 ( 周一溅周日) ；日期差( 两种类烈门之问相距的天数) ；日天气类型( 晴、阴等) ； 强最麓龌发、疆平均湛痰、强最低瀑度、强降瓣萋、湿发、风速等。上述掰骞超 关因索在某目的取德为该目的特征量。利用模式识别法预测负荷，是把待预测目 的特征蹙与历史负荷n 的特征鬃进行分析比较，找到最接近的历史负荷日集，则 德预溅强熬受薅取为这些历史鑫受瑟静热投警均篷”8 j 。 ( 8 ) 、神经网绦( a n n ) 预测技术 第一章绪论 i i1 1 1 人工神经网络a n n ( a r t i f i e i a ln e u r a ln e t w o r k ) 预测技术照模仿生物脑结构和 功能懿一荦孛著行傣急处理系绫。它蹙由大量瓣麓擎樟经元缀竣的菲线瞧系统，每 个神缀元的结构和功能都比较简单，而大量神经尤组合产生的系统行为却非常复 杂。人工神经网络采用大规模劳行结构，具有趣好的自适应性、自组织性、窖错 往与较疆静学习、记忆、联怒、谈澍功簸h 9 1 。这些是常蕊舞法和专家系绕技术新 不具备的。a n n 模拟足目前使用较多的负荷预测模型，它邋于做短期负荷预测。 因此，本课题选用了人工神经网络( a n n ) 手# 为预测模型。 不同盼负瞢颓测有不同麓要求帮预灏方法，它们爵考虑的因素也不尽稽嗣。 例如，中、长期负荷预测与国民缀济的发展情况和发展计划密切相关，它们的难 度更大，但对预测结果的精度要求较低，两积对来说，短期秘超短期负芬预测涉 及的闲索较少，但预测精度要求较高。由于本文主要研究短期负荷预测，因此后 面将主爱针对短期负倚预测进行论述。表1 1 列出按周期分炎的负荷预测的用途、 模型秘一般算法。 预测粪型预测周期用途模型算法 超短期数分钟数小列a gc 、a vc 、安全监视 线性1 ，2 ，3 ，4 短期 7 天撬援，东逮，交按污翔线髅两麓l ，2 ，4 中期1 月1 年水库、检修、燃料计划线性周期l ，2 ，4 长期多年发电、网络规划线性周期1 ，2 ，5 表1 1 各种类壅电力系统负荷预瓣 注：农t | 算法分别为：1 、线性外推法：2 、时间序列法：3 、卡尔曼滤波法：4 、 人工幸枣经潮络：5 、灰色系统法。 l 4 本论文所做的工作 本谂文主要遴铅：了如下磅究王终； 1 、结合我国目前正在进行的社会主义市场经济建设及电力工业改革，对我 国电力市场产生的根源和本质，实现电力市场的目的，以及建立电力市场的理论、 法待及敬慕袄据逮 j ：洋缝论述。 2 、我国电力市场是从计划缀济向市场经济过渡过程中产生的，这里涉及到 许多产权结构、企_ , l k n 皮、管理体制等深层次的问题。结合当前电力工业改革现 1 4 第一章绪论 状，借鉴国外电力市场的经验，对我国电力市场的运营模式进行了探索，并分析 了目前市场化改革后所出现的新情况，提出了在今后发展中应注意的问题。 3 、短期负荷预测是电力市场安全、经济运行的前提和保障，同时，也是在 市场运营条件下编制调度计划、供电计划、交换计划的基础，是发电企业和电网 运营企业重要的交易决策依据。本文对其重要性做了定位。 4 、提出了利用人工神经网络模型进行短期负荷预测。 5 、根据负荷的不同特性、规律，将负荷数据分组，分别建立工作日、休息 日和假日的分组神经网络模型，进一步提高了模型的预测精度。 第二章我国电力_ 业市场化改革道路 第二章我国电力工业市场化改革道路 2 1 我国电力工业发展历程 我国的电力工业体制改革是在社会主义市场经济建设和开放政策的背景下 逐步向前推进的。迄今为止，电力工业体制的发展可以粗略分为四个阶段：独家 办电阶段、集资办电阶段、内部模拟电力市场阶段、电力市场改革试点和发展阶 段。 1 、独家办电阶段 8 0 年代之前，在相当长的汁划经济时代里，国内电力工业采取的是“国家 投资、独家办电”的政策，属于垄断型的经营模式。在电力供应严重不足的情况 下，基于计划经济的垄断型经营模式有效地保证了“利用有限的社会资源发展电 力工业”的目标，产生了很好效果。但是，这种经营管理模式也带来了一些弊端， 使得电力部门逐步成为福利事业单位。电价结构不合理，电力企业缺乏足够的发 展握金。电力建设资金长期不足、电力供应长期短缺的局面，在很大程度上制约 了国民经济的发展。 2 、集资办电阶段 随着改革开放政策的深入发展，电力不足对各地区和各产业发展的束缚效应 越来越明显，电力供求矛盾越来越尖锐。为了促进电力工业的发展，尽快扭转长 期缺电局面，国务院于1 9 7 8 年确立了“政企分开，省为实体，联合电网，集资 办电”和“因省、因网制宜”的发展方针由此打破了独家办电的局面，充分调 动了各方面集资办电的积极性。一大批地方电厂、b o t ( 自建“b ”自运营“0 ” 移交“t ”) 等各种形式的合资电厂发展起来，逐形成了投资主体多元化的格局。 在这一形势下，我国电力装机总容量持续稳定增长，电力工业这一国民经济的基 础产业得到了长足的发展。但是，随着投资主体和权益的多元化，电价管理体系 越来越混乱，没有统一的定价原则和标准，形成“一厂一价”、“一厂多价”。国 家对不同投资主体实行不同的电价政策，易于造成市场行为和电力企业行为的扭 曲。部分企业的目标不是挖掘潜力、降低成本，而是将“跑”电价作为提高“效 第二牵我满电力工遵书璐纯改革道路 益”的捷径。 3 、内部模叛魄力毒场玲段 荧、美等国电力市场尝试的初步成功，将我国电力建设、管理人员的目光吸 引到电力市场，如何在电力市场中引入竞争机制成为研究的焦点。作为尝试，浙 江省秘安激害分剐1 9 9 4 年7 嚣黧1 9 9 5 年2 弼建立了囊郝挟撅窀力枣场，叛糖强 内部管联和考核结辫，并为进步建立发电侧电力市场做好准备。1 9 9 7 年1 月 1 6 目，国家电力公司在京成立，此举标着我圊电力工业管理体制由计划经济向 社会主义枣缓经济懿过渡发生了艨变性转掰。瓣年l l 胃，毽家