（电气工程专业论文）电网规划中负荷预测的分析与研究.pdf

硕七学位论文 摘要 负荷预测是电网规划中的基础性工作，它为电网规划提供了必不可少的基础 数据，其精度的高低直接影响着整个规划工作的优劣。负荷预测涉及的范围广瑟， 影响负荷的因素很多且具有不确定性，预测的方法和模型众多且各有其优缺点和 适用场合，预测的思路也千差万别，所以准确的负荷预测难度很大。 本文分析和探讨了电网规划中负荷预测涉及的各项内容，包括预测的对象、 预测的原理、预测的内容、预测的流程、预测的模型以及预测的思路等，全面地 对电网规划中负荷预测进行了剖析，是对它的一个整体性的研究，其中重点是对 预测模型和预测思路的分析和研究。 对于预测模型，本文对适用电网规划负荷预测的各种单一模型进行了详细的 分析和统计，总结了它们的优缺点和适用范围。对组合预测模型也进行了分析和 研究，对其中常用的方法和当前研究的热点课题进行了探讨，总结了组合预测模 型的优势和应用的难点，并创新地提出了一种基于误差预测修正的组合预测模型。 该模型是最优组合预测的一个新的思路，能够很好地挖掘负荷发展的内在规律， 有较高的预测精度。 对于预测思路，本文根据历史数据的积累情况不同把规划区分成老区和新区 两种类型，并针对两种类型的地区提出了相应的预测思路，预测思路对负荷预测 精度的提高很有帮助，也是全文的一个亮点。 在提出组合预测模型和预测思路的基础上，对某地区进行了负荷预测，通过 计算表明了所提出的模型和思路的可行性。 关键词：负荷预测；电网规划；组合预测；预测思路；误差预测修正 a b s t r a c t l o a df o r e c a s t i n gi so n eo ft h eb a s i cw o r k s0 fp o w e r n e t w o r kp l a n m g i t p r o v i d e sn e c e s s a r ya n db a s i cd a t af o rp o w e rn e t w o r kp l a n n i n g ，t h ep r e c i s i o no f t h e s e d a t ad e c i d e st h eq u a l i t yo fp o w e fn e t w o r kp l a n n i n g l o a df o r e c a s t i n g i n 甲o l v e s e x t e n s i v ed o m a i na n dh a sm a n yu n c e r t a i ni n n u e n c ef a c t o r s ， a n de a c hm e 也o do r m o d e lf o rl o a df o 佗c a s t i n gh a si t so w na d v a n t a g e s ，f a u l t sa n da p p l i c a t i o nr a n l 笋，a n d t h ep r e d i c t i n gi d e av a r i e sg r e a t l y ， s 0i ti s0 fg r e a td i f f i c u l t y t 0f o r e c 穰l o a d a c c u r a t e l y t h i sp a p e fa n a l y z e sa n dd i s c u s s e se v e r ya s p e c t so fl o a df o r e c a s d n gi n v o h e di n t h ep o w e rn e t w o r k sp la n n i n g ，w h i c hi n c l u d i n go b j e c t ，p r i n c i p l e ，c o n t e n t ，f l o w ，m o d e l a n dm e t h o do fl o a df o r e c a s t i n ge t c t h el o a df o r e c a s t i n gi np o w e r n e t w o r kp l a n n l n gl s s t u d i e ds y n t h e t i c a l l y ，w h i c he m p h a s i z e so nt h em o d e la n dm e t h o do fl o a df o r e c - s t i n g a st ot h em o d e i ，e a c hs i n g l em o d e ls u i t e dt o t h el o a df o r e c a s t i n gi np o w e r n e t w o r kp i a n n i n g i s a n a l y z e d a n dd i s c u s s e di nd e t a i l ， w h i c h a d v a n t a g e s ， d i s a d v a n t a g e sa n da p p l i c a t i o nr a n g ea r es u m m a r i z e d o nc o m b i n e df b r e c a s t i n g ，t h e m o d e li ss t u d i e di nt h i sp a p e r ，t h em e t h o di nc o m m o nu s ea n dh o tt o p i ci nc r r e n t s t u d vi sd i s c u s s e d ，t h ea d v a n t a g e sa n dd i f f i c u l t i e si na p p l i c a t i o na r es u m m a r i z e d ，t h e n ， an e wm o d e lb a s e do ne r r o rf o r e c a s t i n gm o d u l a 6 0 ni sp r o p o s e d ，w h i c hc a nd i s c 0 v e r t h ei n h e r e n tl a w so fl o a dd e v e l o p m e n ta n di so ft l i g h e rp r e c i s i o n a st 0t h em e t h o do fl o a df o f e c a s t i n g ， b a s e d0 nt h ed i f f e r e n tc 0 i l e c t i o no f h i s t o r i c a ld a t a ，t h ep l a n n e da r e af a l l si n t o 俺，ok i n d s - t h eo l da f e aa n dt h en e w o n e c 0 r r e s p o n d i n gf o f c c a s t i n gm e t h o di sp r o p o s e da c c o r d i n g t oe a c hk i n d ，w h i c h 耵a i l e d t oi n c r e a s et h ep r e c i s i o no fl o a df o r e c a s t i n ga n d i sak i n do fc r e a t i o ni nt h i sp a p c r l a s t l y ，b a s e do nt h ep r o p o s e dm o d e la n dm e t h o d ，a ne x a m p l ei sg l v e n ，p f d v l n g t h a tt h em o d e la n dm e t h o dp r o p o s e di sf e a s i b l e k e yw o r d s ：l o a df o r e c a s t i n g ；t h ep o w e r n e t w o r kp l a n n i n g ；c o m b i n e df o r e c a s t i n g ； t h ef 研e c a s t i n gm e t h o d ；e r r o rf o r e c a s t i n ga m e n d m e n t 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： 嘞、f 氢搬日期：扣年j 月抄日 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 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“ ) 作者签名：饰轴虱肄 导师签名：池匆烈 日期：汩譬年歹月扣日 日期：谛 月v 、日 硕上学位论文 第1 章绪论 纵观当前的社会与经济发展，电力的使用已渗透到社会、经济、生活的各个 领域。电力发展和应用的程度，已经成为衡量社会现代化水平高低以及物质文明 和精神文明高低的重要标志之一。 作为电力工业中一个热点问题，电网规划工作从电力系统诞生之日起至今一 直深受关注，尤其是近几年，随着“两型一社会的建设和我国城农网改造步伐的 加快，电网规划工作更是受到了前所未有的重视。而提高电网规划水平的关键在 于提高负荷预测的准确性，但由于社会发展速度的不断加快以及诸多因素的影响， 准确的负荷预测变得越来越困难，如何提高负荷预测准确性已经成为当前电力工 作者研究的一个热点话题。 本章阐述了电网规划中负荷预测的背景和研究意义，综述了国内外负荷预测 的现状及存在的一些问题，最后扼要介绍了本文主要研究内容。 1 1 电网规划中负荷预测的背景和研究意义 电网规划中的负荷预测是电网规划的基础也是电力系统建设的依据，它的准 确性直接影响着电网规划质量的优劣。因此如何利用现有资料并合理运用各种预 测方法，得到符合实际情况的预测结果，为电网规划提供科学的基础，是电网规 划工作者面临的重要问题。 1 1 1 背景知识 电网规划中的负荷预测属于电力负荷预测的一种，它既有所有电力负荷预测 的共性，又有它应用于电网规划的特性，因此要做好电网规划中的负荷预测需要 对以下几个概念有深入的理解： 1 电力负荷预测 电力负荷预测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 与社会影响的条件下，研究或利用一套系统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，确定未来某特定时刻的负荷数值【1 1 。 电力负荷预测是根据电力负荷的过去和现在来推测其未来数值，所以它所研 究的对象是不肯定的事件。只有不肯定事件、随机事件，才需要人们采用适当的 预测技术，推知负荷的发展趋势，这使负荷预测具有时间性、不准确性、条件性 及多方案性等明显的特点。电力负荷预测常常按时间期限进行分类，分成以下四 种： 电网规划中负荷预测的分析与研究 长期负荷预测：一般指1 0 年以上并以年为单位的预测，用于电源规划和电网 规划等等。 中期负荷预测：指5 年左右并以年为单位的预测，主要是确定水库的运行方 式、设备大修的计划和配网规划等。 短期负荷预测：指一年之内以月、周、天、时为单位的负荷预测，用于安排 日调度计划或者周调度计划，包括确定机组的启停、水火电的协调、联络线交换 功率、负荷经济分配、水库调度和设备检修等。 超短期负荷预测：指预测未来1 h 、未来0 5 h 甚至未来1 0 m i n 的负荷。用于 安全监视、预防性控制和紧急状态处理。 其中中长期负荷预测主要是用于制定电力系统的建设规划，为所在地区的电 网发展、电网建设、电力工业布局、能源平衡、地区间的电力余缺调剂以及电网 资金和人力资源的需求平衡提供可靠的依据。本文研究的负荷预测属于中长期负 荷预测的研究范畴。 2 电网规划 电网是由输电、配电两大部分有机构成且不可分割的一个整体。随着人类环 保意识的不断提高及现代电力的不断发展，电源( 发电厂) 一般都规划建设在远 离城市负荷中心的城市郊区，因此电厂发出的电能需要通过高压输电网输送至城 市负荷中心，然后通过降压设备及低压网络将传送的电能送至城市各个用电单位， 电网规划工作就是对这些输送和分配电能的设备进行规划和设计的工作。 电网规划是一个复杂的问题，需要确定的决策是大量的，这些决策在时间上 和空间上是相互影响的，目前尚无法统一在一个模型中考虑，只能将其分解成相 对简单的子问题，再通过子问题之间的迭代进行协调。电网规划研究可以按照时 间长短分类，也可以根据问题的不同来划分。 。1 “。 按照时间上的划分，电网规划研究可以分为【3 】： 远景规划研究：通过对未来各种发展情形的简单分析，给出根据环境参数进 行技术选择的一般原则，作出电压等级、输电方式等的初步选择。远景规划一般 相对于一个较长的水平年，如2 0 3 0 年。 长期规划研究：用于估计实际电网的长期发展，时间跨度在1 0 2 0 年间，长 期规划研究一方面可以修正远景规划研究所作出的技术选择，另一方面又可以指 导短期规划研究，确保短期决策与长期的发展相一致。 短期规划研究：用于制定输电网络的扩展决策，确定详细的网络方案，一般 针对一个较短的水平年，如5 年。 按照问题划分，电网规划研究包括： 负荷预测：研究未来电网负荷的时间分布和空间分布，是电网规划决策所必 须的基础工作。 硕l ：学位论文 网架规划： 无功规划： 备的决策。 潮流分析： 合要求。 确定网络最优的网架结构以满足有功负荷传输的需要。 用于确定电容器、电抗器、静止补偿系统和发电机组调节器等设 潮流分析目的是验证不同工况下节点、线路的电压和潮流是否符 稳定性分析：是验证系统发生正常扰动( 如负荷及发电机正常变化) 或严重 扰动( 如短路、断线等) 后能否保持静态或暂态稳定性。 短路电流分析：获得由于短路电流增大所引起的变电站制约程度，并确定解 决问题的途径。 可靠性分析以及经济性分析和评估等等：这些一般作为规划方案提出后的详 细分析、校验手段。 电网规划中变电站、线路容量的配置及潮流、短路、稳定计算都要根据负荷 预测的结果进行，因此负荷预测是电网规划的基础性工作。 3 电网规划中的负荷预测 电网规划中的负荷预测属于中长期负荷预测研究范畴，它为电网规划提供基 础数据。它本身有以下的基本属性： 预测目标：电网规划中的负荷包括规划期内系统的年发电量和年用电量，以 及系统的年最大负荷，电网规划中的负荷预测指的就是以这些量为目标的预测工 作。 其中年发电量和年用电量之间有如下关系： 色a + + q ( 1 1 ) 式中：曰。年发电量 a 。年用电量 虬年网损电量 c 。年厂用电量 年用电量和年最大负荷之间有如下关系： ，t 一= 乒 ( 1 2 ) m 缸 式中：只哪年最大负荷 a 。年用电量 年最大负荷利用小时数 预测期限：远景规划一般预测期为2 0 到3 0 年，长期规划为1 0 到2 0 年，短 期规划一般为5 年。 预测间隔：电网规划的近五年需要得到每年的预测结果，以一年为预测间隔， 电网规划中负荷预测的分析与研究 远景展望规划以5 年或者1 0 年为预测间隔。值得注意的是电网规划的制定一般与 地区5 年规划同周期，目的是为了更好地利用地区规划对国民经济的预测结果， 也能使得电网规划更好地配合地区五年规划。 1 1 2 电网规划中负荷预测的特点 负荷预测在经历了产生、应用和发展等阶段后，形成了当前负荷预测的分析 思路以及方法和技术，即形成了当前负荷预测的特征。了解和掌握这些特征，对 负荷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。电网规划中负 荷预测有电力负荷预测的共同特点，也有其应用于特殊领域的独特之处。经过归 纳总结，电网规划中负荷预测有以下几个特点： ( 1 ) 电网规划中负荷预测是预测间隔最小为一年的预测，因此影响其负荷变化 的因素与长期性的因素相关，例如国民经济发展、气候等等，短期因素对此类负 荷影响较小。 ( 2 ) 电网规划的负荷预测不仅要进行地区年用电量和年峰值负荷的总量预测， 还要确定负荷增长在地理上的分布，即空间负荷预测。这样才能够确定未来新增 设备的规格、时间和地点等，才能对电网做出合理的规划。 ( 3 ) 电网规划中负荷预测是研究不确定性问题的理论与方法，是一个新的正在 探索的领域，因此其预测的结果应是一个概率的值。 ( 4 ) 电网规划中负荷预测的机理是一个数学建模的过程，而不同的数学模型的 使用条件是有一定的限制的，因此模型的应用分析及其评价工作非常重要。 ( 5 ) 影响电网规划中负荷预测精度的因素很多。包括气候、政治、经济、形势 等且不同时期不同地区其影响的程度也是变化的，故其影响程度不能一概而论。 ( 6 ) 电网规划的负荷预测工作不仅仅依赖于科学的预测模型，准确的预测还必 须建立在预测人员丰富的经验之上。 1 1 3 电网规划对负荷预测的要求 由于负荷预测在电网规划中的地位特别、作用重大，因此电网规划对负荷预 测工作有以下两点要求： ( 1 ) 预测结果必须有较高的准确性。负荷预测的准确性对电网规划有着显著的 影响，它直接影响到投资及运行的合理性，直接关系到电网的安全、经济、可靠 运行，因此必须尽可能地提高预测的精度。为了能够做到预测的精度较高，就要 求在预测过程中应该多掌握经济发展数据，多了解政府的发展规划，尽最大可能 对未来经济的发展有比较好的把握，采用科学的、先进的和理论上比较完善的方 法进行预测，对影响负荷的因素进行全面的考虑，并找出主要影响因素和次要影 响因素，最后还要注意理论与实际的结合，科学方法与人为经验的结合，努力做 到预测不脱离实际，充分利用负荷预测人员的经验和科学先进的预测方法提高预 4 硕十学位论文 测精度。 ( 2 ) 负荷预测的结果必须为电网规划后续工作所需要。负荷预测的内容取决于 电网规划的目标和内容，为了确定规划年的输配电系统所需的设备容量，必须先 对供电区域作与规划年相应的负荷总量进行预测；为了确定变电站设备的合理分 布，要求对供电区域内进行分块负荷预测，分块的目的是为了在配电设备布局耐 有一定的分辨度，使规划设计的系统布局和实际负荷尽可能一致。因此，负荷预 测的结果必须针对电网规划的目标和内容，为电网规划的后续工作提供科学有用 的依据。 1 1 4 课题的研究意义 近年来，随着我国经济的持续快速发展，我国城市化进程逐步加快，随之而 来的是各地对城市总体发展规划的高度重视，各地纷纷进行城市的重新规划或扩 展规划。因此，如何进行与之配套的电网规划也得到了全国各级城市规划和电力 部门的高度重视。 电网规划是电力建设的前提。电能是目前世界各国能源消费的主要形式之一 电能作为一种特殊的能源，不能大量储存，它的生产、运输、销售和消费要求同 时完成。用户对电能的不断增长，只有通过电力系统本身的基本建设，以不断扩 大电力系统的规模才能满足。因此做好电力工程建设的前期工作，落实发、送、 变电本体工程的建设条件，协调其建设进度，其意义重大。电网规划正是电力工 程建设前期工作的重要组成部分，科学合理地进行电网规划是实现未来电网经济 性和安全性的先决条件，可以给国家建设和发展带来巨大的经济和社会效益。 负荷预测是电网规划的基础。它的质量的高低直接影响着电网规划质量的优 劣。准确预测未来城市对电力的需求量和未来城市电网的供电容量，对城市供电 电源点的确定和发电规划具有重要的指导意义；对负荷分布的地理位置、时间和 数量进行的预测，是高压变电站选址定容的基础，其准确性决定了城市电网规翊 方案的可操作性和适应性。因此，负荷预测工作是电网规划的基础，也是电网规 划中最重要的功能模块之一。 总之准确的负荷预测是设计优秀的电网规划的基础，优秀的电网规划是建设 坚强电网的前提，坚强的电网是地区经济快速发展的强力支持，因此，做好电网 规划的负荷预测是一项十分有意义的工作。 1 2 电网规划中负荷预测方法研究的现状和存在的问题 随着负荷预测技术的发展和改进，电网规划中负荷预测技术也随之发展和成 熟起来，但是由于预测技术本身的一些缺陷和电网规划中负荷的一些特性，此项 技术还有待进一步的研究。 电网规划中负荷预测的分析与研究 1 2 1 研究的现状 长期以来，国内外学者对电力负荷预测的理论进行了广泛而深入的研究，己 经形成了诸多预测方法。如趋势外推预测技术、时间序列预测技术、回归模型预 测技术、灰色模型预测技术等。电网规划中的负荷预测属于电力负荷预测中的中 长期负荷预测，上述模型在中长期负荷预测中有重要的研究价值，它们的发展现 状如下： 趋势外推法就是通过找出负荷发展中的趋势，对未来负荷做出预测。适合中 长期电力负荷预测的趋势外推法主要有增长趋势预测和季节趋势预测。趋势外推 类预测方法当前发展已经相当成熟，不过它有预测精度比较低的缺点。 时间序列法是一种传统的电力负荷预测方法。时间序列分为平稳时间序列和 非平稳时间序列。一般可将负荷序列通过某些变换近似看作平稳序列。对于平稳 时间序列主要有自回归模型a r ( p ) 【5 击】、滑动平均模型m a ( q ) 【7 卅、自动回归滑动 平均模型a r m a ( p ) 等几类常用的随机模型【8 _ 引。该方法充分利用了负荷历史数据， 但对其它影响负荷发展的因素欠考虑。因此，时间序列法对负荷发展比较平稳的 地区有较好的预测效果，但对经济发展波动较大的地区预测效果欠佳。对于历史 样本数据较少的情况，也不适用。 回归分析法是中长期电力负荷预测中最常用的一种方法。主要分为一元线性 回归【1 0 l 与多元线性回归【1 1 l 两种。后者的因变量是随着若干个自变量而变化的，比 较符合负荷发展的特点。由于电力负荷发展受到诸多定性与定量因素影响，采用 传统的回归分析法所得的预测结果不很理想，目前已有采用遗传规划法【1 2 】、模糊 线性回归【13 1 、模型参数扩展【1 4 】及参数抗差估计图【1 5 】等方法主要从函数关系和参 数选择两方面对回归分析法进行改进的研究。 灰色系统理论是我国学者邓聚龙教授于1 9 8 2 年在国际上首次提出的。目前已 经在各领域得到广泛的应用。灰色模型法预测方法简单，样本需求量不大，在样 本数量不充足的情况下采用此方法可以得到较好的预测效果，灰色系统通用模型 为g m ( 1 ，n ) f 1 6 17 1 ，其中g m ( 1 ，1 ) 最为常用。中长期电力负荷预测的方法很多， 每种方法均有各自的特点和适用范围。除上述方法外，还不断有学者用证据理论、 系统动力学【1 引、模糊数学【1 9 l 、粗糙集理论【2 0 】等对预测方法进行改善。 近年来，随着电力市场化改革的推进，影响负荷发展的不确定性因素增多， 采用单一方法进行电力负荷预测己不能达到很好的预测效果。组合预测法是一种 新型预测方法，它的基本思想是将不同的预测方法优势互补加以组合，形成一种 新的预测模型，或者是根据预测环境，将多种方法得到的预测结果以不同的权重 加以组合。当前组合预测的算法很多，文献f 2 1 2 3 1 详细介绍了当前流行的几种组 合预测方法。组合预测能够将各种单一预测模型的优势互补，达到单一预测模型 坝十学位论文 难以达到的预测精度。对组合预测的研究是当前预测模型研究中的热点。 1 2 2 存在的问题 负荷预测技术发展到今天，理论和模型已经很多，但仍然存在一些问题困扰 着预测人员，主要有以下几点： 1 预测精度难以提高 负荷预测作用的大小主要取决于预测精度，所以如何提高预测精度是目前研 究电力负荷预测理论与方法的重点。精确的电力负荷预测是不容易做到的，因为： ( 1 ) 未来各种可能引起负荷发生变化的情况，并不能事先确切地全部掌握。 ( 2 ) 随着电力系统规模的日趋庞大，社会的迅猛发展，影响负荷变化的因素越 来越多。 ( 3 ) 某些复杂的因素，即使知道它们会对负荷发生影响，但要定量地准确判断 其影响常常是困难的，例如近年来的气候变化很快，对负荷的冲击就很明显。 ( 4 ) 数据资料可能不全面和不确定。 ( 5 ) 没有一种足够完善的理论方法完全适用于所有的电力负荷预测场合。 ( 6 ) 在预测中所发生的许多实际问题，还决定于预测人员自身的判断能力和经 验。 2 计算的复杂性问题 尽管说随着计算机的发展，各种软件的相继问世，可能这一缺点会变得微不 足道，但这不意味着我们能够很轻松地得到预测结果，许多预测方法都需要迭代 计算才能进行建模和预测，往往预测精度只提高一点点，而计算量要成千上百倍 的增加。 3 数据难以收集 电网规划中负荷预测所需要收集的数据众多，包括负荷的历史数据和社会经 济的历史与规划数据，在实际规划过程中，有些数据不能直接得到，有些数据能 得到但不精确，甚至有些根本得不到，这些都将给负荷预测工作带来麻烦，对预 测的精度有一定的影响。 1 3 本文的主要研究内容 电网规划中负荷预测涉及的知识和技术很多，本文对其进行了全面的介绍和 分析，其中重点是预测模型的分析和研究，同时对预测思路的研究也是本文的一 个主要内容。 本文共分为五章。各章节安排如下： 第一章为绪论，概述了电网规划中负荷预测的背景和研究意义，现状以及当 前存在的问题，最后介绍了本文主要工作和本文的组织结构。 电网规划中负荷预测的分析与研究 第二章为电网规划中的负荷预测的概述，首先介绍了电网规划中负荷的基本 情况，然后对电网规划中的负荷预测的原理、流程、内容进行了详细的介绍，最 后对负荷预测产生误差的原因和各类误差计算方法进行了叙述。 第三章为预测模型的分析和研究，是本文的重点和关键。首先介绍了电网规 划中负荷预测的各种单一模型，文中把当前的单一预测模型分为空间静态类和时 问动态类，分别列举了两类中几种经典的预测模型，并分析了这些模型的优缺点 和适用场合。然后介绍了组合预测模型，包括它的原理、常用的组合方法、研究 的热点问题和应用的难点等等，最后提出了本文的创新和关键基于误差预测 修正的组合预测模型，并对这个模型的原理、建立的过程、优越性和缺点都进行 了详细的分析和研究。 第四章为电网规划中负荷预测的思路和实例分析，根据地区的历史数据积累 情况不同制定了相应的预测思路，并通过实例证明了这些思路的可行性。 最后为结束语，总结了论文的工作和成果，并提出了进一步研究的方向。 8 - 硕十学位论文 第2 章电网规划的负荷预测的概述 电网规划中的负荷预测工作涉及大量的内容，本章首先介绍了预测的对象即 电网负荷的情况，包括负荷的分类、负荷曲线及其特性指标及影响负荷的因素， 然后介绍了电网规划中负荷预测的原理、流程及内容，最后对负荷预测误差的产 生原因和计算指标进行了分析与介绍。本章是对电网规划的负荷预测工作的一个 全面概述，是对其更深入研究的铺垫。 2 1 电网规划中的负荷 电网规划中的负荷包括规划期内的年发电量、年用电量以及系统的年最大负 荷，了解负荷的特性有利于我们更好的进行负荷预测。 2 1 1 负荷的分类 电网规划中的负荷按照不同的方式可以分为不同的种类，相同种类的负荷有 他们共同的属性，掌握这些共同的特性有利于进行负荷预测。 1 电力负荷按照物理性能分类 电力负荷按照物理性质可以分为有功负荷和无功负荷。有功负荷把电能转换 为其他能量，是在用电设备中实际消耗的电能。无功负荷一般由电路中储能元件 引起，在晶闸管控制的电路中，由触发器引起的电流畸变形成了在逆变和整流过 程中消耗的无功功率。 电网规划中除了需要考虑有功负荷的电力平衡外，还需要进行无功平衡，并 对无功问题进行分析。 2 电力负荷按突然中断供电造成的损失程度分类【2 4 l 电力负荷按国家制定负荷分级标准可分为一、二、三级负荷。 第一级负荷，对这一级负荷中断供电的后果是极为严重的。例如，可能发生 危及人身安全的事故；使工业生产中的关键设备遭到难以修复的损坏，以致生产 秩序长期不能恢复正常，造成国民经济的重大损失；使市政生活的重要部门发生 混乱等。 第二级负荷，对这一级负荷中断供电将造成大量减产，使城市中大量居民的 正常生活受到影响等。 第三级负荷，不属于第一、二级的、停电影响不大的其他负荷都属于第三级 负荷，如农村的公共负荷等，对这一级负荷的短时间供电中断不会造成重大损失。 第一、二级负荷需要双电源，在电网规划当中是一个值得十分注意的问题。 电网规划中负荷预测的分析与研究 3 电力负荷按电能的生产和销售分类 电力负荷按电能的生产、供给和销售过程，可分为发电负荷、供电负荷和用 电负荷。系统的发电负荷为一个系统中各发电厂同一时间的实际发电出力合计值， 系统发电负荷扣除厂用电后就是系统的供电负荷，供电负荷扣除线路及变压器损 失后，就是系统的用电负荷。 厂用电率为厂用电负荷占本厂发电负荷的百分数。各地区的电厂由于电源结 构、机型和燃料种类的差异，厂用电率是不同的。一般应按本地区的电源结构和 厂用电率实际情况进行分析后确定本系统的厂用电率。 4 电力负荷按用电特性分类 电力负荷按用电特性又可分为一般负荷和特殊负荷。特殊负荷对电力系统有 特殊的影响。例如电气化铁道负荷，为单相整流型负荷，会引起所供电的系统产 生负序和谐波问题，轧钢负荷是冲击负荷，会引起系统电压剧烈波动及机组产生 功率振荡等问题。对于这类负荷需要研究其对所供电的电力系统的影响，并研究 措施予以解决。 5 电力负荷按照所属行业分类【2 5 】 电力负荷按照所属行业分类，可分为城乡居民生活用电和国民经济行业用电。 国民经济行业用电共分7 大类： ( 1 ) 农、林、牧、渔、水利业：包括这些行业的生产用电及有关的服务业用电。 ( 2 ) 工业：包括有重工业、轻工业和农副产品加工及乡村办的工业企业的生产 用电，其中重工业一般指制造生产资料的工业，轻工业一般指提供生活消费品和 制作手工器具的工业。电力工业生产耗用的厂用电及损失，也列入工业用电中。 ( 3 ) 地质普查和勘探业：包括矿产、石油、海洋、水文地质调查业、水文、工 程和环境地质调查业等的用电。 ( 4 ) 建筑业：凡属于建筑业生产经营活动过程的用电，即包括各行各业与建筑 业有关的用电。 ( 5 ) 交通运输、邮电通信业：交通运输业用电除包括铁路、公路、航空、水上 运输用电外，还包括石油、天然气、煤炭等的管道运输业用电。邮电通信业用电 包括邮政业、电信业的用电。 ( 6 ) 商业、公共饮食业、宾馆、广告、物资供销和仓库业的用电。 ( 7 ) 其它事业：包括房地产管理业、公共事业、居民服务和咨询服务业、卫生、 体育和社会福利、教育、文化艺术等的用电。 不同行业的负荷有其共有的特性，利用这种共性进行分行业负荷预测，然后 统计得到总的负荷，在实际负荷预测中应用很普遍，也是一种相当科学的预测方 法。 硕十学位论文 6 电力负荷按在电网中用电层次分类 电力负荷按在电网中的用电层次分类，包括有变电所、分区及全网负荷等。 一般用变电所负荷确定变压器容量及台数，这也是电力系统进行潮流计算的基础 分区负荷用以确定地区间的功率交换，从而确定假设地区间联络线的必要性。全 网负荷用以进行电力平衡，确定系统中必需的装机容量。 各变电站、各分区的综合用电最大负荷不是等于各用户最大负荷值的直接相 加，而应乘以一个小于1 的同时率k ，这是因为各用户的最大值不可能同一时麴 出现，一般同时率的大小与电力用户的多少、各用户的用电特点的有关，每个系 统应根据实际统计资料确定。对历史同时率的统计，有利于把握同时率的变化趋 势，对负荷预测结果进行分解和汇总时使用，同时也可以验证分块、分区及总量 预测结果之间是否匹配 2 1 2 负荷曲线及其特性指标 电力负荷随时间在不断变化，一般用负荷曲线来描述。负荷曲线可显示在一 段时间内负荷随时间的变化规律。负荷曲线不仅对电力运行调度和用电管理很有 用处，而且在电网规划设计中也需以其为分析依据 1 负荷曲线的种类【2 】 ( 1 ) 根据负荷的持续时间，可分为周负荷曲线、日负荷曲线、月负荷曲线和年 负荷曲线。 ( 2 ) 根据负荷的性质，可分为有功负荷曲线和无功负荷曲线。 ( 3 ) 根据统计的范围，可分为个别用户负荷曲线、变电站负荷曲线、发电厂负 荷曲线和电力系统负荷曲线。 ( 4 ) 通过对原始数据加工，可得到代表日负荷曲线、日负荷持续曲线、年最大 负荷曲线、年持续负荷曲线以及日电量累积曲线和年电量累积曲线等。 依时序变化的负荷曲线称为负荷分布曲线，它反映在统计期内电网中电力负 荷随时间变化的关系，如图2 1 。 屯网规划中负荷预测的分析与研究 p 时序( h ) ( a ) 日负荷曲线图 ( b ) 年负荷曲线图 ( c ) 年负衙持续曲线( d ) 电量累计曲线 图2 1 负荷曲线 2 负荷曲线的特性指标【2 】 负荷曲线的特性指标主要有以下几个： ( 1 ) 负荷率厂：测计时段内负荷曲线中平均功率与最大功率的比值： 厂- 等 ( 2 1 ) ( 2 ) 最小负荷率口：测计时段内负荷曲线中最小功率与最大功率的比值： p 口一手 ( 2 2 ) 上述两个指标越大，说明负荷曲线越平稳，对应的电力负荷波动越小，通常 口 厂 1 ，其值的大小主要受用户的性质、类别、构成、生产班次及对应网络内 工业用电、动力用电、生活用电等所占比例的影响。不同的用户、不同的电网会 有不同的口、厂值。 ( 3 ) 最大负荷利用小时数乙：假定测计时段电压与功率因素都不变，在时段t 内某元件在变化电流下所通过的电能等于在最大电流下持续时间乙所通过的电 能，则称乙为最大负荷利用小时，如果t 为一年的话乙为年最大利用负荷小时 数k 。 乙一 ( 2 3 ) ( 4 ) 年最大负荷利用率卢：该年最大负荷利用小时数与全年小时数的比值，即： 硕i ：学位论文 卢。蒜 2 4 ) 。 8 7 6 0 。 ( 5 ) 月用电不均衡率仃：月平均日电量与最大日电量的比值称为月用电不均衡 率仃，即： 口拿 ( 2 5 )口- 卫( z 5 ) a 耐 ( 6 ) 年负荷率6 ：全年实际用电量与全年按最大负荷用电所需电量之比值，即： n 壶 q 6 ) 8 7 6 0 巴 ( 7 ) 年负荷增长率m p ：本年度最大负荷与上年度最大负荷的比值减1 ，即： 一咕红一1 ) 1 0 0 ( 2 7 ) ( 8 ) 电量年增长率y p ：本年度用电量与上年度用电量的比值减1 ，即： 。e 一1 ) 1 慨 ( 2 8 ) 2 1 3 影响负荷的因素 影响负荷的因素很多，归纳起来有以下几类： 1 经济发展水平及经济结构调整的影响 经济发展水平是决定负荷的主要因素，经济的快速发展将引起对电力需求的 增大，然而经济发展跟负荷的内在关系非常复杂，却很难明确地描述出来，一般 使用电力弹性系数来反映它们之间的变化关系，电力弹性系数是指用电量的年平 均增长率与国内生产总值的年平均增长率的比值，在某一特定的历史发展阶段， 电力弹性系数有一个大体比较稳定的数值范围，就是说在这个阶段经济发展越快， 电力负荷增长也越迅猛。 经济结构的调整对负荷也有很大影响，一个地区经济结构由以农业为主转向 以工业为主时，往往负荷增长会很快，正是这个原因。经济结构对负荷的影响还 往往体现在对负荷曲线的影响上，以工业为主的地区负荷曲线一般比较平坦，而 以农业为主的地区负荷曲线波动比较大。 2 电力消费结构变化的影响 工业用电单耗大于农业和第三产业，因此，电力消费结构的变化必然使得电 力负荷发生变化，用电量与年最大负荷的比值是年最大负荷利用小时数，用电结 构的变化通常对它影响很大，工业用电比重增大时，乙。增大，工业用电比重减 小时，乙。减小。 电网规划中负荷预测的分析卜i 研究 3 气候变化和自然灾害的影响 气候变化对负荷影响非常明显，近百年来全球正经历着一次以变暖为主要特 征的气候变化，最近2 0 年又是这1 0 0 年中最暖的时期。气候变暖加剧了电力供需 矛盾，尤其是盛夏高温期间，全国各地大部分地区出现了严重的缺电限电局面 已有研究表明，在所有气象因子( 气温、湿度、降水量、风、云量、日照等) 中，气 温与用电量的相关性最高，这主要是受制冷和制热设备的影响。但当前气候对中 长期负荷的影响大多是一种定性的分析，由于气候本身难以进行定量的分析，导 致气候对负荷的影响很难用一种数学方式表达出来，当前也没有一种中长期负荷 预测模型能够周全地考虑气候对负荷的影响。 自然灾害对负荷的影响是巨大的，往往灾害可以使整个地区的负荷发生剧烈 的变动，在负荷预测当中，只能忽略自然灾害对负荷的影响，在对负荷进行分析 和处理时，对自然灾害引起的反常负荷也需要经过处理才能使用。 4 电价的影响 电价对负荷的影响是显而易见的，电价是影响电力负荷的直接因素，因为电 力也是一种商品，在一定的范围内，电价和负荷的关系能够满足商品价值规律， 电价高时，负荷下降，电价低时，负荷上升。但电力是一种特殊的商品，人们生 活离不开它，因此电价和负荷的关系不是简单的商品价值规律所能描述，制定合 理的电价结构与电价形成机制是电力行业的当务之急。 5 收入水平、生活水平提高和消费观念变化的影响 收入水平、生活水平提高和消费观念的现代化都使得生活当中的用电设备增 加，从而使得用电量和年最大负荷都增大。随着经济的快速发展和社会的进步， 收入水平、生活水平及消费观念都在朝好的方面发展，都使得电力负荷的发展速 度越来越快。 6 需求侧管理措施的影响 需求侧管理的内容主要有以下几个方面【2 6 j ： ( 1 ) 削峰，降低电力系统的高峰负荷。 ( 2 ) 填谷，用户多用电力系统的低谷电力，提高电网低谷时期用电量。 ( 3 ) 移峰填谷，将用户高峰时期的用电转移到低谷去使用。 ( 4 ) 整体性节电，通过节电设备的推广应用来提高终端的用电效率。 ( 5 ) 策略性负荷整体上升，当电力系统出力富余时，采取措施让用户多用电。 ( 6 ) 可变负荷方式，通过改变用户的用电方式来改变用电负荷。 从需求侧管理的内容可以清楚地看出它对负荷的影响，不过当前需求侧管理 在中国的应用比较少，它对当前负荷的影响不是很明显，但从长期考虑，需求侧 管理必然在中国电力行业广泛实施，因此在远景预测时，它对负荷的影响需要适 当考虑。 硕卜学位论文 7 电力供应侧的影响 我国很多地区在负荷高峰期间进行拉闸限电，它对负荷的影响显而易见。电 网建设及配电网改造也会对负荷产生大的影响。一般情况下这些影响都是负面的， 使负荷达不到应有的水平，在进行负荷预测和数据分析时，要充分考虑它们对负 荷的影响。 8 政策因素的影响 在中国，政策因素对负荷的影响是很大的，如能源市场变化、环保要求、宏 观产业结构调整等，政策可以直接影响到经济发展水平、经济结构、用电结构、 电价等，甚至可以直接影响负荷，政策对负荷的影响大小和作用，取决于政策的 具体内容，这也是进行中长期负荷预测时必须考虑人为因素影响的重要原因。 总之，充分分析事物发展的前提条件，努力寻找事物发展的限制性因素，在 预测电力负荷时是很有用的。它可以使我们从诸多不定情况中看到很多可定因素。 国民经济发展经常在变，对未来的看法也经常会变，要防止高时常看高、低时常 看低的情况。过去的负荷预测中，对新工业区的预计负荷往往达不到，因工业设 备从投产到达到设计能力，需要一定的时间。而对于老工业区常会出现意想不到 的负荷上涨现象，因其有发展潜力。在负荷预测中，如果将一切可能均考虑进去， 则预测结果必然偏高，如果一切计算都要有可靠根据，则预测结果必然偏低。 2 2 负荷预测的原理 负荷预测工作是根据电力负荷的发展规律，判断和预计负荷未来发展趋势和 状况的活动，这项活动基于以下基本原理： ( 1 ) 可知性原理：作为预测的对象，电力负荷的发展规律、未来的发展趋势和 状况是可以为人们所知道的。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。 ( 2 ) 可能性原理：事物的发展变化是在内因和外因共同作用下进行的。内因的 变化及外因作用力的大小不同，会使事物的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。 ( 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的过程。其 未来发展是这个过程的延续。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。它认为事物发展变化过程中会将某些原有特征保持下来，延续下 去。电力系统的发展变化同样存在着惯性，这种惯性是我们进行负荷预测的主要 依据。 ( 4 ) 相似性原理：在很多情况下，作为预测对象的一个事物，其现在的发展过 程和发展状况可能与过去的另一事物过去一定阶段的发展过程和发展状况相类 似，人们可以根据后一事物的已知发展过程和发展状况，来预测所预测对象的未 电网规划中负荷预测的分析l j 研究 来发展过程和状况，这就是相似性原理。目前，预测技术中使用的类推法和历史 类比法就是基于这个原理的预测方法。 ( 5 ) 反馈性原理：反馈就是利用输出返回到输入端，再调节输出结果。预测的 反馈性原理实际上是为了不断提高预测的准确性而进行的反馈调节。当预测结果 和经过一段实践所得到的实际值存在差距，可利用这个差距对预测模型进行调节， 提高预测的准确性。反馈性预测的实质就是将预测的理论值和实际相结合，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：这个原理认为预测对象是一个完整的系统，它本身有内在的 系统，它与外界的联系又形成了它的外界系统。这些系统总和成一个完整的总系 统，预测对象的未来发展是系统整体的动态发展，也是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相互作用和相互影响密切相关的。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。 总之，这些原理是我们进行负荷预测的依据，也是各种预测模型建立的基础， 电网规划中负荷预测须遵循这些原理，建立适合自身领域的预测模型。 2 3 负荷预测的流程 电网规