（电气工程专业论文）省地一体化负荷预测与管理平台的研究与实现.pdf

硕： 学位论文 摘要 负荷预测和管理是一个值得人们不断深入研究的课题，是一个复杂的系统工 程，包含广泛的内容和众多的要素。经过长期的研究，大量算法模型层出不穷， 但实际应用的效果证明单一算法上的改进很难将预测效果持续维持在较高的水 平上，因此需要一套经过全面分析、精心设计和有效组织的平台来满足负荷预测 和管理实际工作的需要。 论文以省地一体化负荷预测与管理平台的研究与实现为背景，对负荷预测和 负荷管理进行了总结性的统计与分析，负荷预测包括超短期、短期和中长期负荷 预测，每一种都有其内容、作用、特点和常用的算法模型，负荷管理包含的内容 更为广泛，这些在文中都给予了相应的阐述。在长达半年多对湖南电网负荷预测 和负荷管理工作的实际调研之后，找出了影响湖南电网负荷预测水平的主要影响 因素。其中，小水电现状、气象预报的准确程度和负荷预测人员配置是影响目前 湖南电网负荷预测水平的突出问题，接着依据调研结果和实际需求，提出了该平 台设计和实现的六个关键性的技术问题，并逐一分析了每一个技术难点。 论文对该平台的体系流程、网络、功能模块、数据库进行了分析和设计，并 介绍了该平台的应用开发框架、系统功能模块和技术特点。该平台以负荷预测和 负荷管理为核心，囊括多种功能，能够满足当今快速发展的电力市场对于电力负 荷预测的精度的要求，并解决了当前电力系统中一些负荷预测软件功能单一、可 操作性不强、模型适用范围小的问题。最后，对该平台在湖南省电力公司的实际 应用情况进行了总结，证明其为负荷预测及其相关工作的强有力的辅助工具。 关键词：电力系统；负荷预测；负荷管理；省地一体化；平台；n e t 省地一体化负荷预测与管理平台的研究与实现 a b s t r a c t l o a d f b r e c a s t i n ga n dm a n a g e m e n ti st h es u b je c td e s e r v e dt ob er e s e a r c h e d d e e p l y ，i ti sac o m p l e xs y s t e m se n g i n e e r i n ga n dc o n t a i n se x t e n s i v ec o n t e n t sa n d n u m e r o u sf a c t o r s a f t e r1 0 n g - t e r mr e s e a r c h ，m a n ya l g o r i t h m sa n dm o d e l sa p p e a r e d ， b u tt h ep r a c t i c eh a sp r o v e di ns o l ea l g o r i t h mi m p r o v e m e n ti sd i f f i c u l tt om a i n t a i n f o r e c a s t i n ge f f e c tt oah i g h e rl e v e l t h e r e f o r ew en e e dac o m p r e h e n s i v ea n a l y z e d ， c a r e f u ld e s i g n e da n de f f e c t i v e0 r g a n i z e dp l a t f b r mt om e e tt h ep r a c t i c a ln e e d t h i s p a p e ri n t r o d u c e st h es t u d ya n dr e a l i z a t i o no fp r o v i n c ea n dr e g i o n i n t e g r a t i o n l o a df o r e c a s t i n ga n dm a n a g e m e n tp l a t f o r ma n ds u m m a r i z e sa n d a n a l y z e sl o a df 6 r e c a s t i n ga n dm a n a g e m e n ts t a t i s t i c a l l y l o a df o r e c a s t i n gc o n t a i n s u l t r a s h o r t - t e r m ，s h o r t t e r ma n d1 0 n g - t e r ml o a df b r e c a s t i n g ，a n de a c hh a si t sc o n t e n t s ， c h a r a c t e r i s t i ca n dc o m m o n l yu s e da l g o r i t h m s ，a n dl o a dm a n a g e m e n tc o n t a i n sm o r e e x t e n s i v ec o n t e n t s ，t h e s ea r ea l ls u m m a r i z e di n t h i s p a p e r a f t e rm o r et h a ns i x m o n t h sr e s e a r c hi nh u n a nl o a df o r e c a s t i n ga n dm a n a g e m e n tw o r k ，t h ea u t h o rf i n d s o u tf a c t o r st h a ti n n u e n c eh u n a nl o a d f b r e c a s t i n gl e v e l ，e s p e c i a l l y t h es m a l l h y d r o p o w e rs t a t u s ，t h ea c c u r a c y0 fw e a t h e rf b r e c a s t i n ga n dl o a df b r e c a s t i n gs t a f 矗n g ， a n dt h e n ，p r o p o s e ss i xk e yt e c h n i c a li s s u e st h a te x i s ti nd e s i g na n di m p l e m e n t a t i o n 0 ft h ep l a t f o r m ，a n da n a l y z e st h et e c h n i c a ld i f f i c u l t i e so n eb yo n e t h i sp a p e ra n a l y z ea n dd e s i g n st h es y s t e m p r o c e s s e s ，n e t w o r k ，f u n c t i o n a l m o d u l e sa n dd a t a b a s eo ft h ep l a t f o r m ，a n di n t r o d u c e st h ea p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n t f r a m e w o r k ， t h es y s t e mf u n c t i o nm o d u l e sa n dt e c h n i c a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h e p l a t f o r m t h ep l a t f o r mi m p l e m e n t sv a r i e t y0 ff u n c t i o n sw i t hc o r eo fl o a df o r e c a s t i n g a n dm a n a g e m e n t ，s 0i tc a nm e e tt h en e e do fl o a df o r e c a s t i n gp r e c i s i o nu n d e rt h e c o n d i t i o no fq u i c ke v o l u t i o no f e l e c t r i c i t ym a r k e t a t p r e s e n ta n ds o l v es o m e p r o b l e m se x i s t i n gi ns o m eo t h e rc u r r e n tl o a df o r e c a s t i n gs o f tw a r e s ，s u c ha sw e a k 0 p e r a b i l i t y ，s i n g l ef u n c t i o na n dn a r r o ws c o p eo fa p p l i c a t i o n0 ft h em o d e l s f i n a l l y ， t h i sp a p e rh a sc a r r i e do nt h es u m m a r yt 0t h i sp l a t f o r ma p p l i c a t i o ns i t u a t i o ni nh u n a n e l e c t r i c i t yp o w e rc o m p a n y t h ea p p l i c a t i o nr e s u l t sp r o v e dt h ep l a t f o r mt ob ea p o w e r f u la u x i l i a r yt 0 0 lf b rl o a df o r e c a s t i n ga n dr e l a t e dw o r k k e yw o r d s ：p 0 w e rs y s t e m ；l 0 a df o r e c a s t i n g ；l o a dm a n a g e m e n t ； p r o v i n c ea n dr e g i o ni n t e g r a t i o n ；p 1 a t f o r m ；n e t 省地一体化负荷预测与管理平台的研究与实现 插图索引 图5 1 ( 湿度，负荷) 散点图2 7 图5 2 ( 温度，负荷) 散点图2 7 图5 3 夏季日最高温度变化量和最大负荷变化量的变化曲线比较2 8 图6 1 平台体系框架图3 2 图6 2 系统网络结构3 2 图6 3 平台功能结构图3 3 图6 4 开发框图3 7 图7 1c s 部分主界面4 1 图7 2b s 部分主界面4 2 图7 3 短期负荷预测界面4 2 图7 4 地调计划负荷实时接收界面4 3 图7 5 算法模型库_ 4 3 图7 6 负荷分析模块4 4 图7 7 变电站、分类负荷管理模块4 4 图7 8 小水电管理模块4 5 图7 9 考核管理模块4 5 图7 1 0 数据接收发送模块4 6 v 硕士学位论文 附表索引 表2 1 负荷预测分类表7 表4 1 湖南2 0 0 0 2 0 0 7 年电网统调负荷特性一1 8 表4 22 0 0 7 年1 1 2 月湖南电网负荷特性统计1 8 表4 32 0 0 4 年底装机5 m w 及以上并网小水电统计列表2 0 表4 4 湖南电网年用电量1 亿k w h 及以上用户2 3 表5 1 算法模型库。3 0 表7 1 短期负荷预测效果表。4 6 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本 声明的法律后果由本人承担。 作者签名：琴 易d日期：山珞年5 月如日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并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。本人授权湖南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、缩印或扫描等复制手段保 存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密囹。 ( 请在以上相应方框内打“ ) 作者签名： 导师签名： 日期：厶耐年 日期：伽睁 歹月办日 期v 日 硕上学位论文 1 1 研究背景及意义 第1 章绪论 近年来，随着我国国民经济和电力工业的长足发展，电力市场化i l 】改革越来 越为人们所重视，并已提上了电力工业发展的日程。2 0 0 3 年6 月国家电监会向 国家电网公司及有关发电企业下发了关于开展华东电力市场试点工作的通知， 决定在华东地区进行电力市场建设试点。2 0 0 6 年华中电力市场全面启动，9 月 2 5 2 6 日，华中电监局在长沙举办了电力市场化改革与华中电力市场建设方案研 讨会，将为推进华中电力市场建设起到积极作用。2 0 0 6 年0 9 月湖南电网电力交 易中心正式成立并投入运营，标志着湖南电力市场建设、电力发展改革进入了一 个新的历史阶段。 随着电力市场化改革的不断推进和深入，电力部门为促进自身由传统集中 垄断模式向市场模式的加速转变，引进多种电力市场技术支持及辅助系统。其中 电力负荷预测系统是电网调度机构制定发供电计划和做好电网供需平衡的关键， 也是电力市场运行的基础之一。 特别是由于经济结构调整，我国用电市场出现了缓和，电力设备出现了部分 闲置，发电机组平均运行小时逐年下降，直接影响电力企业的经济效益。特别是 厂网分开，采取合约电量+ 竞价上网模式运作后，各类用户构成的各种各类负荷， 分别呈现出不同的特性和大小。由于电能不能大量存储，要求发电功率时时刻刻 跟踪负荷变化，做到供需平衡。 科学的预测是进行决策的依据和保证，负荷预测是电力企业制订基建计划、 发供电计划、燃料计划、财务收支计划等各项重要经营计划的基础，也是计划、 规划工作的重要组成部分，其目的是为合理安排电源和电网的建设进度提供宏观 决策的依据，使电力建设满足国民经济增长和人民生活水平提高的需要。 在长期的负荷预测研究中，通过调研，我们对负荷预测及其相关工作形成了 如下两点基本认识： ( 1 ) 负荷预测是一个系统工程，单一算法上的改进很难将负荷预测准确率持 续维持在较高的水平上。 ( 2 ) 目前，各级电力企业中都有专职电力负荷预测人员，这些预测人员在日 常工作中积累了大量的专家经验，但由于受到技术手段和其他因素的影响，他们 仍然使用较为落后的方式来完成日趋复杂的负荷预测工作。因此，迫切需要一套 具备先进的体系结构，能够提供全方位的技术支持、多种解决方案，切实满足电 省地一体化负荷预测与管理平台的研究与实现 力负荷预测工作实际需要的系统平台来加快负荷预测及其相关工作的技术改造 工程。 因此我们在此基础上研究并开发了该套省地一体化负荷预测与管理平台，来 加快电网负荷预测及管理工作的技术改造过程。 1 2 项目来源及其主要研究内容 1 9 9 8 年湖南省电力公司调度通信局和湖南大学研发了全网负荷预测系统， 并成功应用于实际工作中。但随着负荷预测工作的发展和计算机技术的不断进 步，原有的系统已经不能满足新形势下工作的需要，呈现出了一系列的弊端，主 要表现在： ( 1 ) 系统功能单一； ( 2 ) 预测方法手段不够丰富，没有形成算法模型库； ( 3 ) 没有完备的日常基础数据的积累和汇总，随着测量、采集以及气象预报 等方面技术的不断进步，出现了大量新的基础性的数据，但这些数据在 原系统中却无法进行有效地应用； ( 4 ) 分析、统计、报表等业务性的功能薄弱，无法满足现在的实际需要： ( 5 ) 不具备规范化的负荷管理功能； ( 6 ) 未有效地将影响湖南电网运行方式的小水电纳入整个系统中进行综合考 虑； ( 7 ) 可扩展性差，经过多年的应用，目前的维护成本非常高。 基于上述原因，全网负荷预测系统的整体功能和预测效果已经不能满足 实际工作的需要，而现行的预测方法主要是在相似日的基础上，依靠预测人员的 经验来完成次日的负荷预测。各地调的技术手段更加落后，基本上没有使用负荷 预测软件，主要依靠人工统计置数的办法来制作第2 天的预测曲线。 不仅仅在负荷预测方面，负荷管理方面存在的问题同样突出。在日常工作， 负荷预测人员要进行大量的数据汇总、统计分析和报表等管理工作，但仅仅依靠 手工统计分析，不仅要花费大量的时间和精力，而且从事的大多都是重复性的工， 作。对要进行统计分析的数据本身而言，也需要日常的积累，没有初期全面的分 析、规划和设计以及日常大量的积累，在极端情况下，会出现急需的数据找不到 或根本不存在。因此，大力加强负荷管理工作，将负荷管理作为功能模块镶嵌入 负荷预测系统中，形成负荷预测与管理平台，可以极大的提高日常工作的工作效 率和质量。 为了解决这些突出的问题，特别是为了提高短期负荷预测的准确率，从2 0 0 7 年开始，开展了提高湖南电网负荷预测水平的专题研究，认真分析了影响湖南电 网负荷预测准确率的主要原因和因素，并进行了相关的总结。但从结果来看，湖 硕士学位论文 南电网的日均负荷预测准确率不高，处于全国同业对标的中端位置，与先进水平 的差距比较大。因此，如何提高湖南电网的短期负荷预测水平，是目前湖南电网 技术改造工作的突出内容。 基于上述原因，湖南省电力公司调度通信局委托湖南大学开发新一代的负荷 预测系统，而本课题正是来源于该项目。 1 3 项目的总体原则和规范标准 省地一体化负荷预测与管理平台是以电力需求分析预测理论为核心，基 于计算机、网络通信、信息处理技术及安全管理模式的综合信息系统，以多种技 术手段对电力负荷分析、预测和管理工作的标准化、自动化、科学化和敏捷化提 供保证。 1 3 1 总体原则 根据负荷预测工作的特点，电力负荷预测与分析系统的设计要特别遵循以下 原则： ( 1 ) 负荷预测系统的建设应遵循总体设计与详细设计( 其中包括数据库、数据 流程、各功能模块的详细设计) 相结合，分步快速实施的方针； ( 2 ) 系统的整体设计应紧密结合湖南省各级电力公司的实际情况，不但要满足 于现时电力规划、计划工作的需要，而且要具有良好的适应性和前瞻性， 有助于为将来电力进一步发展做探索性的研究； ( 3 ) 在设计中，应充分保证系统的开放性、可扩展性、可靠性、安全性、实用 性，并充分考虑系统它相关系统的接口与协调； ( 4 ) 系统应注重系统平台的稳定，采用开放式、分布式体系结构，以利于系统 的集成扩充和发展，适应技术发展和电力逐步完善的需要； ( 5 ) 在网络结构设计上应注意局域网和公用网之间的衔接和数据交换，考虑身 份鉴定，密码设计等安全措施，保证系统的安全。同时，还应注重整个系 统的数据流向及数据间相互关系的建立： ( 6 ) 应采用国际标准、国家标准、行业标准及通用技术； ( 7 ) 应采用最先进的技术和多层体系结构进行设计； ( 8 ) 应考虑系统管理功能，考虑数据备份，系统故障全停等意外情况下的应急 措施和恢复措施。 1 3 2 规范标准 系统应符合下列组织颁布的相关标准或与之相当的其它国际组织相关 标准： 省地一体化负荷预测与管理平台的研究与实现 ( 1 ) i e c 国际电工学会； ( 2 ) a i e e 美国电气工程师协会： ( 3 ) a n s i 美国国家标准化协会； ( 4 ) m s s 制造标准化协会； ( 5 ) n e c美国国家电气标准； ( 6 ) i s o 国际标准化组织； ( 7 ) t c p i p 网络通讯协议； ( 8 ) i e e e 8 0 2 局域网标准： ( 9 ) g b 中华人民共和国国家标准； ( 1 0 ) 中华人民共和国电力行业标准。 1 4 本文的主要工作 本课题通过收集国内外该方面研究和应用的先进成果，结合湖南省的电力 供应状况、电网负荷特点和湖南气候气象特点，确定平台的内容和重点所在，设 计并搭建平台的总体结构，同时以实用性和稳定性为核心，明确平台的体系结构 和业务流程，力求能满足电网负荷预测工作实际应用的需要。 本文总结分析了负荷预测和负荷管理的内涵，用两种分类方法对负荷预测进 行了分类汇总，并按照负荷预测在时间域上和目的的不同划分为超短期、短期、 中长期和节假日预测。讨论了超短期、短期、中长期、节假日预测的含义、作用、 特点、目前主要的预测模型和方法，并指出了各自研究的重点和热点所在。而负 荷管理的内容相对而言比较众多，本文主要介绍了目前的考核与奖罚管理机制， 其中包括两个方面：一、省调对地调的负荷预测准确率考核与奖罚；二、对气象 单位气象预报准确程度的考核与奖罚。 对影响湖南电网负荷预测准确率的主要因素进行了汇总分析，从六个主要因 素入手，分析了各个因素的现状，并依据湖南电网在实际运行中所产生的实际数 据，通过分析和汇总这些数据，看到了目前湖南电网负荷预测和负荷管理的特 点和不足之处。 依据在实际中大量的调研和对平台业务的需求分析和详细设计，指出了该平 台设计和实现的六个关键技术性问题，通过分析和讨论这六个关键性的技术问 题，我们可以有效地把握平台设计和实现的核心和重点，即这是该平台的特色所 在，在软件实现和使用阶段，都充分的体现了这六个核心问题。 最后，在研究的基础上，设计开发了省地一体化负荷预测与管理平台， 并将该平台在湖南电网的应用情况进行了介绍，总结了该平台在实际应用中的表 现和存在的不足之处，在下一步的工作中提出了相应的改进意见。 4 硕上学位论文 2 1 综述 第2 章负荷预测研究 负荷预测【2 巧】是电力系统领域的传统研究问题，是指从己知的电力系统、经 济、社会、气象等已知因素出发，通过对各类历史数据的统计、分析和研究，分 析各种影响电力负荷的要素与电力负荷之间内蕴的联系，找出其中规律性的变 化，对负荷的未来发展趋势做出科学合理的估计和推测。 电力系统负荷预测包括最大负荷功率、负荷电量及负荷曲线的预测。最大 负荷功率预测对于确定电力系统发电设备及输变电设备的容量是非常重要的。为 了选择适当的机组类型和合理的电源结构以及确定燃料计划等相关内容，还必须 预测负荷及电量。负荷曲线的预测可为研究电力系统的峰值、抽水蓄能电站的容 量以及发输电设备的协调运行提供数据支持。 负荷预测活动基于以下的基本原理： ( 1 ) 可知性原理； ( 2 ) 可能性原理； ( 3 ) 连续性原理； ( 4 ) 相似性原理； ( 5 ) 反馈性原理； ( 6 ) 系统性原理。 虽然影响电力负荷变化的因素众多，但归纳起来，都可以分为如下几类： ( 1 ) 负荷构成，即组成负荷的各种负荷的数量和比例； ( 2 ) 政策、经济因素，这类为长期因素，最主要反映负荷长期趋势，如增长、 下降或平稳趋势； ( 3 ) 时间因素，如：日期类型、季节等因素； ( 4 ) 气象因素，是短期负荷预测中最重要的因素，主要包括：温度、降雨、 湿度、风速等，还有体感温度【6 - 7 】等综合性的气象指标； ( 5 ) 电力市场条件下的一些因素，如：电价、需求侧管理【8 】等因素； ( 6 ) 重大社会事件、活动等可提前预知的因素； ( 7 ) 各种随机出现的不可预知的因素。 2 2 负荷预测的分类 负荷预测的分类【3 。5 l 【9 】是一个有争议性的问题，按照不同的标准会有不同的 省地一体化负荷预测与管理甲台的研究与实现 分类结果。 按照负荷的构成电力系统负荷一般可以分为城市民用负荷、商业负荷、农 村负荷、工业负荷以及其他负荷等，不同类型的负荷具有不同的特点和规律。 城市民用负荷主要是城市居民的家用电器，它具有年增长的趋势，以及明 显的季节性波动特点，而且民用负荷的特点还与居民的日常生活和工作的规律紧 密相关。 商业负荷，主要是指商业部门的照明、空调、动力等用电负荷，覆盖面积 大，且用电增长平稳，商业负荷同样具有季节性波动的特性。虽然商业负荷在电 力负荷中所占比重不及工业负荷和民用负荷，但商业负荷中的照明类负荷占用电 力系统高峰时段。此外，商业部门由于商业行为在节假日会增加营业时间，从而 成为节假日中影响电力负荷的重要因素之一。 工业负荷是指用于工业生产的用电，一般工业负荷的比重在用电构成中居 于首位，它不仅取决于工业用户的工作方式( 包括设备利用情况、企业的工作班 制等) ，而且与各行业的行业特点、季节因素都有紧密的联系，一般负荷是比较 恒定的。 农村负荷则是指农村居民用电和农业生产用电。此类负荷与工业负荷相比， 受气候、季节等自然条件的影响很大，这是由农业生产的特点所决定的。农业用 电负荷也受农作物种类、耕作习惯的影响，但就电网而言，由于农业用电负荷集 中的时间与城市工业负荷高峰时间有差别，所以对提高电网负荷率有好处。 从以上分析可知电力负荷的特点是经常变化的，不但按小时变、按日变， 而且按周变，按年变，同时负荷又是以天为单位不断起伏的，具有较大的周期性， 负荷变化是连续的过程，一般不会出现大的跃变，但电力负荷对季节、温度、天 气等是敏感的，不同的季节，不同地区的气候，以及温度的变化都会对负荷造成 明显的影响。 电力负荷的特点决定了电力总负荷由以下四部分组成：基本正常负荷分量、 天气敏感负荷分量、特别事件负荷分量和随机负荷分量。 如果从另一个角度来分析，即按照电力负荷预测的目的和时间域上的差别 可以分为如下四类：超短期负荷预测、短期负荷预测、中长期负荷预测和节假日 负荷预测。其中，节假日负荷预测其实是属于短期负荷预测类别中间特殊的一类， 由于其所呈现出的变化规律明显区别于短期负荷预测中间其他类别的日期负荷 的变化，因此在处理中要做特殊考虑，单独列出来。如下表2 1 ： 硕十学位论文 2 3 超短期负荷预测 超短期负荷预测【3 5 】【9 】是指对未来5 m i n ，1 0 m i n ，1 5 m i n 或一小时的电网负荷 做出的预测。在e m s 中，超短期负荷预测的结果主要用于电力系统在线经济调 度，以保证全网发电成本最低，减轻a g c 机组的调节压力，在电网的安全经济 运行中占有重要的地位。具体来讲，这类预测主要用于以下五个方面： ( 1 ) a g c 调频，一般需要5 1 0 s 的负荷数据【1 0 】； ( 2 ) 安全监控，一般需要1 1 0 m i n 的负荷数据： ( 3 ) 指导调度员控制联络线交换功率在规定的范围，一般需要5 1 5 m i n 的负 荷数据； ( 4 ) 预防控制和紧急状态处理，一般需要1 0 6 0 m i n 的负荷数据： ( 5 ) 触发电力市场小时交易计划编制软件。 按照如上的这些功能需求，超短期负荷预测一般具备如下特点： ( 1 ) 预测时间短： ( 2 ) 温度等气象要素对负荷的影响可以忽略不计； ( 3 ) 要求预测速度快，响应快，而且还需具备在线预测功能； ( 4 ) 要求预测精度高； ( 5 ) 负荷变化具有连续性。 目前超短期负荷预测的方法模型众多【1 1 1 ，常用的有时间序列法【4 1 、卡尔曼 滤波法【12 1 、线性外推法【13 1 、替代法1 1 3 】和神经网络【1 4 l 等。而在实际应用中，通常 各种方法都有其不能使用的情况，这时就需要有效的组织预测手段，使预测方法 具备自适应、自调整、自学习的功能或经由预测人员进行干预，从而保证预测效 果。 省地一体化负荷预测与管理甲台的研究与实现 2 4 短期负荷预测 短期负荷预测，本文特指日短期负荷预测，是预测未来一天的2 4 点或9 6 点电力负荷，是负荷预测中的难点和热点所在。常年来，国内外众多的专家学者 对该领域进行了大量的研究探索，取得了一系列卓有成效的成果，由于国内外一 些具体条件和情况的差异，因此国内外在短期负荷预测方面的研究存在不同的侧 重点。由于影响短期负荷变化的因素很多，而且其中又存在很多的非线性随机因 素，所以至今仍然没有一种通用的解决方案。 短期负荷预测理论的核心在于负荷变化的相似性，具体表现在每日的电力 负荷与相邻日期的负荷在负荷水平和负荷曲线形状上具有很大程度的相似性。这 种相似性的是由人们日常的生产生活规律性所决定。 短期负荷预测的作用主要如下： ( 1 ) 火电分配，一般需要1 天到7 天的数据； ( 2 ) 水火电协调，一般需要1 天到7 天的数据； ( 3 ) 机组经济组合，一般需要l 天到7 天的数据； ( 4 ) 联络线交换功率计划，一般需要1 天到7 天的数据； ( 5 ) 电力市场日交易计划。 短期负荷预测的特点： ( 1 ) 负荷变化具有连续性，即每一日开始时间的负荷都和昨日结束时间的负 荷相联系，在正常情况下负荷是连续变化的，没有突变； ( 2 ) 呈现出日周期性，同一地区在时间跨度不大的情况下，每日的负荷曲线 呈现出一定程度的相似性，变化具有很强的规律性； ( 3 ) 受气象要素影响很大，并且随着调温负荷在总负荷中所占的比重不断增 加，这种影响呈不断增大的趋势； ( 4 ) 受节假日、重大事件活动影响的负荷必须与正常的负荷进行区分。 由于短期负荷预测是负荷预测中研究的重点所在，因此在该领域存在大量 的预测方法、模型及其组合。但这些方法和模型基本上都从属于如下几类：考虑 日期类型的预测方法、考虑相似性的预测方法、考虑各种气象要素的预测方法、 神经网络【1 4 ，1 5 1 、模糊预测1 1 6 】以及各种组合预测等，文献【1 7 ，1 8 】对这方面进行了 很好的总结。 2 5 中长期负荷预测 中期负荷预测是指1 2 年以内，月或季的负荷预测，长期负荷预测是指1 1 0 年的月、季、年的负荷预测。中长期负荷预测的内容一般包括：需求电量、最大 电力负荷、负荷率、典型持续或时序负荷曲线。 & 硕上学位论文 中长期负荷预测的作用主要表现在： ( 1 ) 水库调度，一般需要1 个月到1 2 个月的数据； ( 2 ) 机组检修安排，一般需要1 个月到1 2 个月的数据； ( 3 ) 联络线交换计划，一般需要1 个月到1 2 个月的数据； ( 4 ) 燃料计划，一般需要1 个月到1 2 个月的数据： ( 5 ) 电网规划； ( 6 ) 电力市场中长期预测评估。 中长期负荷预测的特点： ( 1 ) 具有较强的周期性，如：季周期、年周期等； ( 2 ) 和具体地区的国民经济未来发展规划密切相关； ( 3 ) 预测精度要求相对较低。 中长期负荷预测的预测方法一般可分为两部分，1 ) 模型预测法：产值单耗 法、弹性系数法、年最大负荷利用小时数，时间序列预测方法【3 4 1 ，神经网络法 等，这类方法简单实用。2 ) 非模型预测法：专家调查法、灰色预测法【1 引、模糊 预测法等，这些方法一般用在部分因素很难用确定的数学模型给予描述的情况 下。 2 6 节假日负荷预测 节假日( 主要指春节、五一、国庆和元旦) 的负荷特性往往和正常工作日和双 休日的负荷特性不同，一般工业负荷减少，商用负荷明显增加，因此会表现出不 同的负荷特性。 重大节日负荷的变化规律和正常工作日情况显著不同，受干扰因素众多。“五 一、十一”因为在春秋季，受温度影响相对比较小( 也有温度变化较大导致负荷突 变的情况) ，在预测时候需要建立独立的预测模型，由于节假日历史数据有限， 并且有很大的负荷年增长率的影响，在预测节假日时可以采用传统的基于统计学 原理的预测方法，并且需要考虑负荷逐年增长的趋势，才可能得到较为准确的结 果。“元旦”和“春节”由于处在对温度比较敏感的冬季，所以温度是不可忽略的影 响因素。 节假日负荷具有历史数据少、负荷模式难于确定及易受各种随机波动因素 和潜在人为干扰影响的特点，因此其预测精度难以保证。 特别是春节期间，用电负荷的特殊性质完全不同于正常的工作日、休息日 的负荷特性，因此必须采用历史相似节假日的负荷特性加以约束。而其基本负荷 随年度变化( 增长或消退) ，性质还必须参考正常工作日的比较。另外从历史经验 看，一些重大社会活动的变化情况对节日期间的负荷影响比重较大，这也是负荷 预测所必须考虑的。由于其已经事先安排，可提早获得相应的资料。对于这种影 省地一体化负荷预测与管理平台的研究与实现 响因素必须结合历史经验进行适当的量化处理，以便于程序处理。虽然负荷预测 有很多方法，简单的有，复杂的也有，线性的有，非线性的也有，但每一种算法 都有其局限性或适应场合。根据各种方法的优点和不足，以及针对不同情况的预 测精度的差异，将几种方法有机地结合起来，最终达到比较高的精度。对于运行 部门来讲这种方法实现起来比较困难，一方面对历史数据要求高，另一方面各种 方法结合起来有较大的难度，但的确是一种提高负荷预测精度的有益思路。 因此系统在进行特殊节假日的负荷预测时，以多种算法模型综合组合预测 的方式组织预测过程，参考往年节假日的负荷曲线趋势和水平，确保节假日负荷 预测效果。如，文献1 2 0 】考虑节假日年变化趋势建立了模糊神经网络预测模型： 文献【2 1 l 提出应用多目标遗传算法和关联规则算法提出一个基于模糊规则的电力 负荷模式分类系统。在此分类系统中采用多目标遗传优化算法从众多模糊分类规 则中自动挑选出具有较好识别性能和可解释性的模糊规则，并利用模糊关联规则 挖掘通过启发式规则选择改善遗传算法的搜索性能，从而进行特殊节假日的负荷 预测。 2 7 负荷预测研究中的几点体会 负荷预测从预测流程上可以划分为三个阶段：预测前的准备，预测过程中 和预测后评价回顾阶段。在以往的负荷预测研究中，往往强调的是预测过程中， 即研究的重点在于各种预测模型和算法及其组合。而我们在负荷预测的研究中， 体会到负荷预测和负荷管理是一个复杂的系统工程，仅仅强调负荷预测中这个阶 段是很难达到理想的效果的，因此，我们将负荷预测按照其预测流程进行细分， 分别讨论每个阶段的内容和需要注意的地方。 2 7 1 预测前 预测前从功能上可以划分为三个阶段：负荷数据及其他数据的原始积累和 汇总、数据的统计分析、事前估计及趋势辅助分析。 数据的积累是统计和分析的基础，只有日常进行了大量数据的汇总，才能 更有效、更全面的把握负荷的变化规律。 数据统计分析主要包括对负荷自身变化规律的统计分析和负荷与影响负荷 变化的各种要素之间的分析。常用的分析方法有：统计分析方法、相关系数分析、 灰色关联分析、回归分析、数据挖掘等。 事前估计及趋势辅助分析是在数据统计分析的基础上，在负荷预测前对负荷 未来的变化趋势的总体上的估计。有了日常的大量积累，在每一次做负荷预测前， 就可以做到心中有数。 硕十学位论文 2 7 2 预测时 电力负荷的变化既具有较强的规律性，又有很强的随机过程，在未来的电 力负荷即和过去的负荷水平和相关又和系统当前运行状态紧密联系，同时还受多 种随机或突然状况的影响。因此，在负荷预测过程中，要特别注意两个方面：第 一、是提出的负荷预测模型必须能够考虑多种因素，具体来讲有以下几个方面： ( 1 ) 模型要能反应负荷变化的周期性特点，其中包括日周日、周周期，季周 期等多种周期性； ( 2 ) 模型要能体现气象要素对负荷的影响； ( 3 ) 模型要能反映负荷的自然增长规律； ( 4 ) 模型要遵从“近大远小”的特点； ( 5 ) 对节假日要建立专门的预测模型，不能和普通日同等对待； ( 6 ) 模型要具备在线预测功能。 第二，预测过程要紧密结合预测人员的专家经验，即要提供丰富多种的专 家干预手段，利用预测人员对本地负荷变化的了解和事前分析，进行相应的干预 和修正。 2 7 3 预测后 。 在以往的负荷预测中，当负荷预测结果出来，一次负荷预测过程就结束了， 很少有人进行或软件提供了事后分析功能。事后分析，即为负荷预测人员提供一 种进行预测结束后的智能分析功能，来对前一天的负荷预测情况进行综合评价分 析，用来回答预测的准，是那里准，不准，是由于什么引起的，并能对预测步骤 的每个环节进行误差分析，统计出每个环节引起的误差。 具体来讲，事后误差分析的主要指标为： ( 1 ) 绝对误差与相对误差； ( 2 ) 平均绝对误差； ( 3 ) 均方误差； ( 4 ) 均方根误差； ( 5 ) 标准误差； ( 6 ) 关联度误差分析：关联度是灰色系统理论提出的一种技术方法，是分析 系统中各因素关联程度的方法，或者说是关联度量化的方法，其基本思想是根据 曲线间相似程度来判断关联程度，实质上是几种曲线间几何形状的分析比较，即 认为几何形状越接近，则发展变化趋势越接近，关联程度越大。 ( 7 ) 后验差检验。后验差检验是根据模型预测值与实际值之间的统计情况， 进行检验的方法，其内容为：以残差为基础，根据各期残差绝对值的大小，考 察残差较小的点出现的概率，以及与预测误差方差有关指标的大小。 省地一体化负荷预测与管理平台的研究与实现 这样，经过事后分析，预测人员能有效的回顾整个预测过程，总结并分析 预测中间存在的问题和不足之处，有助于积累宝贵的专家经验，以在以后的负荷 预测工作中进行更好的改进。 值得我们关注的是，文献【2 2 】中分析了负荷历史数据，负荷预报模型以及预 报误差之间的关系，构建了一种基于统计分析的负荷规律性评价方法。在此基础 上，建立了预估负荷预报误差极限的分析方法。文献【2 3 】提出了一种内蕴误差评价 的电力系统短期负荷预报方法，该方法可以有效的诊断导致预报误差的主要因 素，并在预报前估计预报误差的上下限。 2 7 4 负荷预测应注意的问题 对于电力负荷预测方法的研究与选用，应该主要解决以下问题： ( 1 ) 在进行数据处理分析和建立预测模型的过程中，要充分考虑外界因素 ( 经济、政策等) 的变化，以及未来相关因素的不确定性对中长期负荷预测结果的 影响。 ( 2 ) 注意模型参数随环境和相关因素的改变而出现的趋势适应问题，并在模 型使用过程中，对预测专家的经验和意见加以有效的利用。 ( 3 ) 对于影响负荷变化的多方面因素的综合作用，要运用不同方法的组合来 开展研究工作。 2 8 小结 本文主要在前人的基础上对负荷预测做了一个整体性的介绍和总结，包括 负荷预测的含义和目的、负荷预测的分类、超短期负荷预测，短期负荷预测，中 长期负荷预测，特殊节假日负荷预测的目的、作用和特点。最后，结合自身的负 荷预测研究经验，将负荷预测流程进行了划分，提出了每个阶段的一些心得。 硕士学位论文 第3 章负荷管理研究 3 1 综述 为了加强地区负荷预测专业管理，提高负荷预测水平，结合电力系统实际 情况，必须进行充分的负荷管理研究，从而制定高效的负荷管理办法，满足负荷 管理工作的需要。采用经济的、技术的和行政的手段来控制电力系统负荷的增长 速度及调整电力系统的负荷曲线求得最佳经济效益。根据我国多年的统计，电力 负荷以每年百分之几到百分之十几的速度在增长，而且有些负荷系数又很低，最 大负荷与最小负荷的差别非常悬殊，因此单靠增加发电设备来满足负荷增长的需 要，对整个国民经济来说是极不合理的。2 0 世纪7 0 年代以来世界各国都发生能 源短缺的现象，各国的电力公司基本建设的投资也十分短缺，随着电力系统规模 不断扩大，电力基本建设的速度也愈来愈缓慢。因此从整个国民经济来考虑，有 计划地指导和控制电力负荷的增长速度，指导负荷的调整，限制某些负荷在系统 尖峰负荷时用电，尽量减小尖峰负荷的数值，使系统综合负荷曲线更平坦，充分 发挥已有发电设备及供电设备的利用率，这就是负荷管理的目的。概括来讲，负 荷管理主要有三种措施，分别为： 经济措施，主要是采用分部电价的办法，将系统尖峰负荷的电价提高到低谷 负荷时的电价的几倍以上，尽量鼓励用户不在高峰负荷时用电，将可以移动的负 荷放在后半夜低谷负荷时使用。另外还有规定各个负荷的最高用电量，对超过部 分提高电价。 技术措施，主要是使电力系统联网。电力系统联网的规模愈大，系统各部分 的最大负荷就愈不会在同一时刻出现，有一个错峰效应。这样可以充分利用整个 电力系统的发电设备的容量，起削峰填谷的作用。另一个措施是在系统出现类峰 负荷时自动切除一些不重要的负荷( 例如有的国家有大量的电加热水的负荷，大 工厂的修理车间的负荷等) 或者将其移至其他时间用电。这种切负荷可以直接控 制某一个大用户内部某一个车间或某一个大容量的用户设备。电力系统只要发一 个信号就可以同时切除不同地点的一批负荷。在西欧常用的方法是音频控制，即 用音频信号叠加在输电线路或配电线路上，直接送到用户切除某一部分事先规定 好的负荷。在美国则多用无线电控制的方法来切除系统中的某一批负荷。这些都 是简易遥控的方式。中国的供电部门已开始试用音频控制的方法。 行政措施，大力宣传及推动节电措施；实行计划用电，对各个用户限定全月 ( 或年) 的用电量及允许的最大功率：错开大工厂的上班时间；工厂实行轮休日 省地一体化负荷预测与管理甲台的研究与实现 制度；在某些企业中推行深夜上班的制度；要求工厂在系统尖峰负荷时安排检修 等等。工业发达国家由于空调使用较为普遍，夏季的尖峰负荷大于冬季尖峰负荷， 因而希望将夏季休假安排在夏季尖峰负荷时，以降低系统的尖峰负荷。 3 2 负荷管理的内涵 具体来讲，负荷管理的具