（电力系统及其自动化专业论文）基于net的负荷预测系统的研究与开发.pdf

硕士学位论文 - iii - abstract load forecasting is the foundation of power system operation and planning. and under the current power market, more functions and better capability is expected of load forecasting system. therefore, it is necessary to develop a new system based on appropriate forecasting strategy and new platform to meet the need of the market. the soft development faced to the web distributional application is in prevalence. and as the new platform for the web application of microsoft, .net is very powerful combined with the theory of multilayer architecture and it is an efficient technology to establish a new enterprise application system facing web application, especially for a large one. combined with the project of intelligent load analysis, forecasting and management designed by hunan hdwl electric and information technology co., ltd, this paper introduces the realization of an enterprise application system based on .net. distributional application developing, system architecture and major design are expounded. and data accessing solution is studied as well. the load forecasting system is a specialized application software. how to obtain the ideal effect is the final goal, except a good software structure, constructing a reasonable forecasting strategy is also very important, and it is one of the preconditions to a successful forecast. this paper researches the main content and the process of forecasting, then analyzes the correlation factors which interfere the forecasting. a novel forecasting strategy is proposed based on the thoughts of the hypothesized forecasting, similar day selection using weather characteristics and meteorological tendency and the technology of data mining and so on. the system constructs an integrative forecasting platform for a province and its sub area, combined with load analysis, load forecasting and management and it applies the most functions of load forecasting. the system is fairly intelligent in self-organization, self-learning and self-adaptation by extensively dealing with weather and other factors. and the application result verifies a successful system. key words: load forecasting; forecasting strategy; distributional application; .net framework; multilayer architecture - i - 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： 日期： 年 月 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，在_年解密后适用本授权书。 2、不保密。 （请在以上相应方框内打“” ） 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 硕士学位论文 - 1 - 第 1 章 绪 论 1.1 课题的研究背景及意义 电力负荷预测，对电力系统的安全、经济运行起着重要的作用，无论是有功 经济调度、水火协调、发电计划、系统安全评估，还是电力系统发展规划等都需 要有可靠的负荷数据作为前提1。在电力企业走向市场，电力市场日趋成熟的形 式下，对负荷预测这一基础工作提出了更高更新的要求。在科技进步推动产业迅 猛发展的今天，只有充分应用最先进的科学预测理论，并用最先进的计算机技术 将其实现，才能完善负荷预测的功能，满足市场的需求。在信息技术日新月异、 信息产业规模化的时代，结合科学理论，合理应用计算机技术，是传统的电力行 业革新的契机。对于电力系统负荷预测这一项电力系统中重要的基础技术来说， 应用信息技术提高自身技术含金量，适应新的市场需求是迫在眉睫的任务2。 目前，负荷预测系统普遍存在的问题是3： （1）系统老化 大多数系统都是在上世纪 90 年代开发完成。限于当时的技术水平，系统的适 应性差，随着时间的推移，预测精度下降，不能满足当前负荷预测工作的需要。 （2）缺乏对影响负荷的相关因素分析 限于过去的条件，在大多数系统中没有考虑气象等因素对负荷的影响，或只 是利用有限的气象信息（如最高、最低和平均温度），预测精度不高。目前气象 部门已能提供丰富的时段气象信息， 因此可充分利用这些信息提高预测的准确率。 （3）对负荷特性的分析不够 现有大部分系统对所预测范围内的负荷特性的分析简单粗略，有些甚至缺乏 此环节。而进行负荷特性分析，尽可能充分的把握负荷变化规律，对预测环节来 说至关重要。随着社会、经济的快速发展，电力系统日益庞大复杂，负荷特性发 生了很大的改变。尤其是随着电力市场的推进，负荷特性又呈现出许多新的特点。 所以，系统中应该非常注重对负荷特性的分析。 （4）省地负荷预测系统分离 目前，全省的负荷预测系统都是各地市独自建立起来的，在信息共享，统一 考核管理等方面没有一个统一的平台，十分不便，在一定程度上影响了预测精度。 基于.net 的负荷预测系统的研究与开发 - 2 - （5）使用灵活性差 现有系统大多采用 c/s 模式，负荷预报员只能在本地进行负荷预测。随着计 算机水平的发展，b/s 模式的交互功能和响应速度已完全可以达到 c/s 模式的水 平，而其开发简单、表现丰富、使用方便等优点非 c/s 所及。所以，可考虑采用 b/s 模式进行开发部署。 因此，有必要建设新的负荷预测系统，以适应当前电力市场化的需要。这包 括研究新的预测策略及选用新的开发平台进行设计开发。.net技术是微软推出的 一种web应用系统开发技术，其功能强大，在构建企业应用系统中起着重大的作 用，是当前构建新型的面向web的企业信息与应用系统、尤其是大型的企业信息 与应用系统的一种比较高效的开发技术，目前国内外已有许多相当成功的开发案 例4。 本文正是在此背景下，设计了基于.net 平台的负荷预测系统。用微软强大 的.net framework 编写基于 b/s 模式的负荷预测系统， 为全省电力系统各部门进 行详尽的数据分析和高质量的需求预测提供灵活的操作平台，使全省的负荷预测 水平跃上一个新的台阶，使负荷预测成为保证电力系统安全经济运行和实现电网 科学管理的基础。 1.2 课题的来源和目标 湖大华龙电气与信息技术有限公司研究开发的智能式负荷分析、预测与管理 系统，是适用于省、地级的负荷预测的大型系统。本系统在对湖南、湖北等省的 负荷预测实际状况进行充分调研的基础上，提出一套全新的负荷预测策略来组织 设计方案。并基于.net 平台进行开发，采用 b/s 的应用模式。系统试运行的效果 良好，实现了准确性、可靠性和智能性的目标。 （1）准确性要求 预测准确度是考核预测系统实用性的最重要指标。市场运营模式下，预测准 确度直接影响使用者的经济利益，对负荷预测的准确性要求更高。 （2）可靠性要求 可靠性是指确保预测不会出现异常结果。不可靠的预测即便其平均准确度很 高其实用性也不好。 预测的可靠性主要取决于所参考信息(包括负荷信息和其他相 关信息)的可靠性，尤其取决于这些信息的准确度。目前，短期负荷预测可靠性主 要靠人工干预预测过程和预测结果来保证。市场运营模式下，负荷相关信息复杂 硕士学位论文 - 3 - 化，随机性、社会性增大，许多影响因素存在不可测的特点。信息修正、相关信 息提取、干扰因素识别等工作要求预测人员凭经验来处理是不实际的。负荷预测 系统需要引进信息处理环节完成上述工作，提高预测参考信息的可靠性和利用效 率，进而自主完成可靠的负荷预测。 （3）智能性要求 市场运营模式下，影响系统负荷变化的信息丰富、复杂；同时，负荷预测还 有实时性的需求。通过预测人员对预测进行人工干预的方式来确保预测的准确性 是低效率和不实际的。负荷预测系统需要自动采集信息，智能分析和修正信息， 智能组织算法模型完成负荷预测。针对实时性要求，预测系统需要智能的监测和 识别实时信息偏差程度，判断是否需要重新完成预测，是否需要对计划进行修正。 本文作者在攻读硕士学位期间，全程参与了此系统的开发，承担了系统总体 设计及负荷特性分析、中长期负荷预测、预测结果分析等部分功能模块的开发工 作。此课题即作者在结合自己参与项目的基础上，对基于.net的负荷预测系统开 发技术的研究和开发经验的总结。 论文对负荷预测系统的理论问题进行了研究，并结合具体的工程项目进行了 应用研究，介绍了如何利用.net技术来实现一个企业应用系统，详细阐述了系统 架构、总体设计、详细设计及功能实现等内容。 1.3 本文的主要内容及组织结构 本文共分五章，组织结构如下： 第一章是绪论，简要介绍了论文研究背景和内容，包括负荷预测系统的应用 现状、存在的问题以及发展趋势等。此外说明了本课题的来源和目标。 第二章探讨了电力系统负荷预测的相关理论知识，如电力系统负荷预测的特 点、要求与原理及预测的主要内容与步骤等，并分析了负荷相关因素以及当前电 力市场化形式下负荷预测呈现出的一些新的特征，还对负荷预测方法和策略进行 了阐述并提出了本文的预测策略。 第三章介绍了.net平台，包括对相关理论和技术的阐述，以及web应用中的 多层架构体系的思想等。 第四章是系统的总体设计，包括系统设计原则，系统性能和功能要求，总体 架构与设计，主要功能模块的设计等。 第五章描述了系统的详细设计及主要功能的实现。 基于.net 的负荷预测系统的研究与开发 - 4 - 文末总结回顾了系统的开发，对本系统进行了评价，对系统将来需要完善的 地方进行了阐述，提出了一些新的研究方向。 硕士学位论文 - 5 - 第 2 章 电力系统负荷预测概述 2.1 电力系统负荷预测的特点 电力系统负荷预测是指从已知的经济、社会发展和电力系统需求情况出发， 在正确理论的指导下，通过调查研究掌握大量翔实的历史数据并加以分析的基础 上，运用可靠的方法与手段，探索事物间的内在联系和发展规律，以未来年份经 济、社会发展情况的预测结果为依据，对电力负荷的发展趋势做出科学合理的估 计与预测。负荷预测的目的的是得到合理可信的电力负荷预测结果，核心是根据 预测对象的历史资料，建立数学模型来表述其发展变化规律2。 由于负荷预测是根据电力负荷的过去与现在来推测它的未来数值，所以这一 工作所研究的对象是不肯定事件，它具有以下特点： （1）预测结果不准确性。电力负荷的未来发展要受到各种复杂因素的影响， 而且各种影响因素也是变化的，如社会经济发展、人口增长、全球气候变化、新 技术发展、能源产业政策等，人们对有些因素能预先估计，有些则不能或很难准 确预测5。同时，科学的预测方法与理论的不断更新，将影响到预测精度。 （2）预测的条件性。各种电力负荷预测都是在一定条件下做出的。这些条件 有必然条件和假设条件，按必然条件做出的负荷预测往往是可靠的，按假设条件 做出的预测准确性显然具有条件性。 （3）预测的多方案性。基于负荷预测的不准确性和条件性，我们可以从不同 的侧重点和前提条件出发进行负荷预测，即负荷预测存在多方案性。 由于负荷预测具有以上几个显著特点，显然不可能存在某种方法，它在任何 时候、任何地点，对任何对象，都具有普遍的适用性。因此要搞好负荷预测，必 须做好以下工作： 1搜集和掌握大量的历史数据 历史资料是进行电力系统负荷预测的基础，既要收集负荷数据，又要收集影 响负荷变化的相关因素数据。这些资料的来源途径主要有两种： （1）国家相关部门及相关机构定期或不定期发表的报刊、资料、文献及出版 物。 （2）预测人员通过调查获得的资料。对历史资料要进行整理与校核，力图保 证完整性与准确性，对异常数据需修正或剔除。做出客观而全面的统计分析，为 预测工作打好基础。统计分析的目标是选出有代表性的、真实与可用程度高的资 料，作为预测的基础数据。 基于.net 的负荷预测系统的研究与开发 - 6 - 2采用新的科学预测理论与分析方法 由于预测量发展变化的规律复杂多样，采用单一方法进行预测，很难取得令 人满意的效果，这就要求负荷预测模块建立完备的预测模型库。其次，预测方法 本身应能具备较强的适应性，应该能够在多种预测模型得到的结果基础上，进行 合理的综合分析、优化组合，得到最接近于客观规律、可靠性好、预测精度高的 综合模型5。 同时，还必须注意与负荷预测相关领域的发展动向，使电力负荷预测的理论 基础保持先进性、前瞻性。 2.2 电力系统负荷预测的要求与原理 2.2.1 电力系统负荷预测的要求 电力负荷预测是依据负荷历史资料及相关影响因素建立一个模型，然后对该 模型进行评价后用来预测，无论采用什么计算方法，都离不开建立在历史数据及 相关因素上的预测模型，模型精度在一定程度上决定了预测的准确性。 负荷预测模型应能满足下述要求： （1）提供包含有长期预测、中期预测、短期预测、超短期预测等各种方式的 预测手段，而且预测的时间间隔可由用户自定义。 （2）预测模型应能反映负荷随季节、星期及一天内24小时等周期性波动的特 点，又能反映负荷自然增长的内在规律，同时能反映负荷受气温、降雨、日照等 气象条件的影响。预测模型应体现出“近大远小”的规律，即近期负荷变化趋势 对未来负荷变化的影响往往大于早期负荷趋势所产生的影响5 （3）对于包括节假日在内的广义特殊事件的负荷预测应建立专用预测模型， 且能提前预测。 （4） 提供各种类型的预测方法与模型， 并且能对历史数据的合理性进行检查、 修正，具备误差分析和自动不良数据检测、辨识功能。 （5）预测系统应当既可进行整个区域或电网系统的负荷预测，又能进行分地 区电网系统的负荷预测；既可以进行离线负荷预测，也可以进行实时在线负荷预 测；还能自我学习，从而有效提高预测结果精度。 2.2.2 电力系统负荷预测的原理 负荷预测工作就是根据电力负荷的发展变化规律，预计或判断其未来发展趋 势和状态的活动，因此必须科学地总结出预测工作的基本原理，用于指导负荷预 测工作。 （1）可知性原理 也就是说，预测对象的发展规律、其未来的发展趋势和状况是可以为人们所 硕士学位论文 - 7 - 认知的，客观世界是可以被认知的。人们不但可以认识它的过去和现在，而且还 可以通过总结它的过去和现在推测其将来。这就是预测活动的基本原理。 （2）可能性原理 因为事物的发展变化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 这个过程的延续。它强调了预测对象总是从过去到现在，再从现在发展到未来。 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来的趋势和特性保 持下来、延续下去，因此了解事物的过去和现在，并掌握其规律，就可以对未来 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，但事物发展之间还是存在着相似 之处，人们可以利用这种相似性原理进行预测。在多数情况下，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另一事物过去一个阶段的发展过 程和发展状况相类似，人们就可以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过程和状况，这就是相似性原理。而且可以说，现有的大 部分预测方法本质上都基于相似性原理6-7。 （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 上就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之间存在着差距时，可以利用 这个差距，对远期预测值进行调节，以提高预测的准确性。 （6）系统性原理 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，在预测中都要进行考 虑，即预测对象的未来发展就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有关。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，才有高质量的预测，才能为决策 者提供最佳的预测方案。 2.3 电力系统负荷预测的内容与步骤 负荷预测通常按预测时段分为长期预测、中期预测、短期预测和超短期负荷 预测等几类8，它们的预测内容分别有： 基于.net 的负荷预测系统的研究与开发 - 8 - 1长期预测 （1）国民经济发展情况的预测。包括对未来经济增长、产业结构及其产值、 电力需求侧管理(dsm)、人口、电价、气温等因素的假设。 （2）综合指标预测。包括各行业产值单位耗能、人均用电量等，其中年度负 荷曲线及其特征值，如年最大负荷利用小时数，是一个重要的指标，它是确定电 力系统中电源结构、调峰容量需求、运行方式及能源平衡的主要依据。 （3）长期电量预测。包括各行业用电量、购售电量、线损率等。 （4）长期电力预测。包括年平均负荷、最大负荷、最小负荷、平均最大负荷、 平均最小负荷、最大峰谷差、最小峰谷差、平均峰谷差等。 2中期预测 （1）中期电量预测。 （2）中期电力预测。 3短期预测 进行包括正常日、节假日在内的日负荷曲线预测。其中最常用的是对未来日 24点、48点或96点的负荷预测。 4超短期负荷预测 进行几分钟到几十分钟的系统负荷与母线负荷的预测，它是生成实时发电计 划的基础，精度要求较高，误差应控制在1%以内。 电力系统负荷预测一般分为如下几个步骤： （1） 确定预测目标。 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，编制全国 电力规划，就要预测全国范围内的电力、电量需求量；编制大区网局或地方(省、 地、县)电力局的发展规划，就要预测大区电网或地方电力局范围内的电力、电量 需求量。预测的内容包括电力、电量、电力负荷的地区分布，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， 如短期、中期及长期预测。 （2）基础资料的分析。在对大量的资料进行全面分析之后，选择其中有代表 性的、真实程度和可用程度高的有关资料作为预测的基础资料。对资料中的异常 数据进行分析，做出取舍或修正。 （3）预测模型的选择。根据所确定的预测内容，对预测对象进行客观、详细 的分析；根据历史数据的发展情况，并考虑本地区实际情况和资料的可利用程度， 选择建立合理的数学模型9。 （4） 模型参数辨识。 预测模型一旦建立， 即可根据实际数据求取模型的参数。 （5）应用模型进行预测。根据求取的模型参数，应用该模型对未来时段的行 为做出预测，给出“上、中、下”几个可能的、较为可靠的预测方案。 硕士学位论文 - 9 - （6）预测结果的评价。对多种方法的预测结果进行比较和综合分析，根据经 验和常识判断预测结果是否合理，对结果进行适当修正，得到最终的预测结果。 2.4 影响电力系统负荷预测的主要因素 许多因素都会对负荷预测的精度产生不良影响，如何排除各种不确定因素的 负面影响一直是科技工作者追求的主要目标。 首先应该确定哪些是主要影响因素， 再分析其影响负荷变化的性质和程度。 1气象因素的影响 可以说，气候因素是负荷预测尤其是短期负荷预测最大的影响因素之一，多 年来大多数学者及相关科技工作者在负荷预测的研究中都聚焦于对气候因素的影 响分析10-12。气候因素有很多，但主要以气温、降雨和湿度为主。随着空调器具 的普及，气候变化对负荷的影响愈来愈显著，生活用电的比例逐年增加。这种趋 势在我国许多大中城市的电网中己经出现。此外，严重自然灾害如洪涝、大旱等， 也会造成电力负荷的大幅度波动。 2宏观产业结构调整的影响 宏观产业结构调整必然会影响电力需求的变化。譬如，国家对基础设施建设 项目实行“宏观调控”，会直接“刺激”或“抑制”国民经济的发展和耗电大企 业的用电，造成电力负荷的显著变化。 3能源市场变化的影响 从整个能源消耗市场来看，电力市场只是其中的一个组成部分。事实上，用 户消费能源的种类和数量与能源价格和易用性均有关系。在一定条件下，用户选 择电力消费和其他能源消费的比重可能发生变化，有时甚至发生逆转。譬如，管 道煤气价格的提高会使居民用电迅速增加；电价居高不下或供电网络不完整，则 会导致农村用户将电力能源消费改变为其他能源的消费。可见，电力消耗与其他 能源的消耗之间有着密切的联系13-14。国内外能源价格的调整都会对电力负荷产 生一定的冲击。因此，在进行负荷预测时应该关注能源市场的变化，考虑各种替 代能源的供需状况和价格因素，并尽可能在负荷预测模型中予以考虑。 4环境保护的影响 全面实行和强化环境保护对电力工业也有较大的影响。一方面，生产、生活、 服务等行业对清洁的电力能源的需求更为迫切，从而增加电力消费支出的力度； 另一方面，电力企业强化治污，执行环境保护标准，必然会增加电力商品的成本， 不利于降低电价，这反过来会影响那些实力较弱或消费能力有限的用户对电力的 需求1。因此，进行负荷预测时最好根据系统的具体情况，恰当地考虑近期和未 来的环境保护对电力消费的影响。 5人口因素的影响 基于.net 的负荷预测系统的研究与开发 - 10 - 人口数量 、人口结构、家庭规模、住宅小区的特性会直接影响居民生活用电 的需求。因此，在对生活用电进行负荷预测时，要适当考虑这些因素。 6国民经济发展速度偏离预期造成的影响 过高估计国民经济发展速度，导致负荷预测结果偏高，备用容量偏多，效益 下降。过低估计国民经济发展速度，导致负荷预测结果偏低，紧急状态时系统发 电容量和备用容量不足， 限制用电， 对工农业生产和人民生活造成严重影响15-16。 2003年上半年我国部分电网出现的电力供应紧张状况，在很大程度上应归咎于前 期对国民经济发展速度的过低估计。为此，2003年国家不得不对“十五”电力规 划重新进行调整。此外，大量高耗能、重污染的小火电厂的存在，因其运行曲线 难以准确把握而会影响到整个系统负荷预测的准确性。 7实施需求侧管理带来的影响 需求侧管理(dsm)是近30年来在欧美国家兴起的调荷、节电系统工程17。一 般是电力公司为鼓励用户调整电力需求的时间和大小，采取错峰、避峰措施，采 用节能和“绿色”电器，调整电力消费模式，而采取的一种管理模式。近年来， 世界各国普遍通过技术、经济、行政等手段，采用需求侧管理手段改变用户负荷 曲线的形状，调整用户侧的电力需求。此外，将dsm与综合资源规划有机结合， 可使电力企业、用户和社会三方同时受益。日前，我国大多数电力企业都接受了 需求侧管理的思想，意识到需求侧管理是一种需求资源，直接影响负荷水平的高 低。因此，在今后的负荷预测工作中，应该考虑实施需求侧管理所带来的影响。 8电价弹性带来的影响 电力市场引入了实时电价制度，不同关口或节点的电价均不相同，而且每个 时段都要调整一次。对大型用户、供电商或零售商而言，及时适应期货市场和现 货市场电价的变化、调整用电或售电策略是非常自然的事情。当预期电价上扬时， 电力消费受到抑制；预期电价下降时，电力消费将会增加。由此可见，在电力市 场环境下建立各类负荷的电价弹性响应模型，进而修正和完善现有的负荷预测模 型将是十分必要的。 负荷预测在电力系统规划和运行方面具有重要地位，它对国家的能源建设、 人民生活和整个社会效益的发挥起着重要的作用。在当前电力市场化形成下，要 研究新的预测方法和策略，减少各种主要因素的影响，提高预测精度，使负荷预 测工作科学化、规范化和制度化。从经济角度看，负荷预测实质上是电力市场需 求的预测。负荷预测的准确度对电力公司具有较大的影响。预测值太低，可能导 致切负荷或减少向相临供电区域售电的收益；预测值太高，会导致新增发电容量 甚至现有发电容量不能充分利用，即有些电厂的容量系数太小，造成投资浪费和 资金效益低下。 硕士学位论文 - 11 - 2.5 电力市场环境下负荷预测的新特点 随着我国电力市场改革的不断深入，以及市场竞争机制的进一步完善，为用 户提供安全、可靠、经济的电能将是电网运营企业的首要目标。电网运营企业作 为电力市场的参与主体之一，必须力争完成网供电量、负荷预测和低谷电量比等 三大指标，其中负荷预测的考核将按照在允许误差范围内以基本电价购电，超出 允许误差范围电价按110%-200%浮动的原则1 。也就是说，较准确的负荷预测就 使得电网运营企业可在电力市场中以较便宜的电价购电。因此，负荷预测将在电 网运营企业的经营管理活动中发挥着不可缺少和不可替代的重要作用。 对于电网运营企业来说，无论是提高电网安全性，改善电能质量，还是提高 电网经济效益，负荷预测也都是极其重要的。其意义在于： （1）负荷预测是电力系统生产运行的基础。为了能对运行中的发电厂的出力 要求提出预告，使得对发电机组出力变化的情况得以估计，负荷预测是必要的。 电网每日的电力电量平衡和机组开停机计划的制定、发购电计划和计划检修的安 排、有功功率经济调度的实现、水库调度和水火电机组调峰容量的协调，都必须 建立在负荷预测的基础之上。 （2）负荷预测是电力系统安全经济运行的基础。对于一个大电网，为了经济 和合理地安排本网内各发电机组的起动与停机，以使系统在要求的安全范围内， 为保持必要的旋转备用容量的耗费为最小，负荷预测也是必须的。电网调度机构 在进行电网在线控制时，就可以应用负荷预测信息来实现发电容量的合理调度， 在满足系统安全稳定的运行要求下，进行经济调度。 （3）负荷预测还直接关系电力市场的运营成功与否。如果负荷预测不准确， 导致发电机组开机不合理或机组备用容量不足，从而影响电能质量，被迫拉闸压 负荷甚至发生电网事故，对电力企业或用户的经济效益都是重大损失，同时与建 立电力市场的初衷也是背离的。所以，精确的负荷预测总是人们所希望的，然而， 精确的负荷预测并不是很容易做到的。 这是因为: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。某些复杂的因素，即使知道它们会对电力 系统的负荷发生影响，然而，要定量地准确判定它们的影响，常常是困难的。主 要是因为这些影响因素一般很难用一个准确的关系式表示出来，同时这些因素可 能是彼此相关联的。没有一种足够完善的理论方法适用于所有的负荷预测场合。 在预测中所出现的很多实际问题，还决定于预测人员自身的判断能力与经验。同 时，在电力市场环境下，负荷预测又呈现出一些新的特点。原先的ems中，负荷 预测结果主要应用于电力系统经济调度，保证全网发电成本最低，减轻agc机组 的调节压力，在电网安全经济运行中占有重要地位2。在电力市场运行模式下， 各个电厂作为独立的经济实体，通过竞价上网，电网发电计划的安排不再按全网 基于.net 的负荷预测系统的研究与开发 - 12 - 发电成本最小，而是以购电成本最小为目标，调度人员根据负荷预测的结果和电 厂报价计算市场清算电价，安排机组发电计划，预测结果直接影响电网和各电厂 的经济利益。为充分发挥市场作用，减少调度人员人工干预，要求预测值与实际 负荷的偏差必须小于网上的agc调节容量。由于目前电网agc调节容量一般较 小，对负荷预测的精度提出了更高的要求。 负荷预测在计划体制下与电力市场中的应用主要表现在以下几个不同点: （1）负荷规律。计划体制时期由于装机容量不足，被迫采取计划用电、超计 划限电拉路的用电政策，因此预测结果不能真正反映负荷的自然特性，而电力市 场时期装机出现富余，采取鼓励用电政策，以供定发，负荷自然特性得以充分反 映，有利于研究其内在规律。 （2）预测负荷周期。计划体制下的负荷预测是对未来计划执行日的负荷情况 进行预测， 其预测间隔为一小时， 即全天24点； 电力市场中的预测间隔为半小时(或 15分钟)，即一个周期48(或96)点。 （3）预测发布。计划体制下每日16:00左右做出次日的预测结果，仅提交计 划人员使用，不对各电厂发布；而电力市场中的负荷预测结果要求于交易周期的 前一工作日10:00发布，以作为电厂报价的依据。 （4）预测精度要求。计划体制下负荷预测的主要目的是保证电网安全，要求 晚峰及低谷两时段的预测值相当准确，以便提前安排足够的高峰、低谷备用容量。 电力市场运营的目的是在保证安全的基础上降低全网的购电费，因此对负荷预测 的精度要求极高。它表现在以下几个方面。 负荷预测是制订发电计划的基础。预测偏差直接影响了电网的竞争电价， 从而会影响电网或电厂效益。 负荷预测是发电厂报价的依据。 发电厂根据负荷预测分析市场的供求状况， 确定自己的报价策略。 负荷预测是计划执行的关键。发电计划转交调度执行期间，若负荷预测偏 差很大，必然要增加值班调度员修改发电计划的工作量，严重时可能威胁电网安 全。 通过以上比较可以看出，电力市场运营对负荷预测提出了更高、更严格的要 求，提高预测精度是负荷预测的重中之重。 依据我国现行市场运行规则，发电市场成员有电网经营企业和发电企业。发 电企业的主要职责是提供发电服务和辅助服务。电网经营企业是取得国家专营权 的、管理和调度电网的国家级电网公司和省(市)电力公司，现阶段是发电市场的 单一购买者。在电网经营企业内部建立的电网调度交易中心，代表电网经营企业 负责电网调度，并且负责发电市场的运行管理18。 电网调度交易中心的主要职责是：依据市场规则，运行和管理电力市场；建 硕士学位论文 - 13 - 立、维护和公布目前所有市场成员的注册登记；征求市场成员的意见；定期公布 市场运行报告，以便市场成员对其管理市场的职能进行监督。 根据发电市场运行规则赋予电网调度交易中心的职能，只有交易中心才能利 用其特殊地位，收集整理市场各成员具有保密权的信息，经过市场分析与评估， 分析计算之后，发布不涉及各市场成员商业机密的公共信息，供市场各方用于决 策。这些信息应分别与短期和中期市场分析与评估的时限对应，包括： （1）预测的电力系统最大负荷及所需的备用容量； （2）预测的系统用电量； （3）预测的系统可用发电容量之和； （4）预测可能发生的电力系统安全稳定的破坏； （5）预测可能发生备用短缺的时段； （6）预测可能发生供电短缺或供电过剩的时段； （7）预测可能发生的由于网络约束而影响发电调度的时间、地点。 2.6 负荷预测方法综述 作为电力系统领域的一个传统研究问题，负荷预测一直是国内外学者及相关 科技工作者关注的热点，多年来提出了许多预测方法。众多的学者不遗余力地进 行负荷预测的研究，其主要出发点大多是运用更为先进的理论提高预测的精度， 为电力系统的经济性和安全性提供有力保障。总的来说，负荷预测方法可分为三 大类： 1经验方法 经验预测方法主要依靠专家或专家组的判断，不是依靠数量模型。目的不是 弄清电力负荷变化的轨迹和结构，而是给出一个方向性的结论，当然预测结果也 可能是数值型的5。经验预测方法主要有：专家预测法；类比法；主观概率预测 法等。 2经典方法 经典预测方法种类很多，经过人们的多年研究和应用，是比较成熟和稳定的 预测方法。现有的负荷预测系统中大多采用了经典预测技术。该类方法主要有： 单耗法；负荷密度法；比例系数增长法；弹性系数法；趋势外推法；时间序列法； 回归分析法等。值得一提的是，当今许多学者对经典预测方法在进一步研究和改 进，体现了该类方法强大的生命力19-23。 3现代预测方法 20世纪80年代后期，一些基于新兴学科理论的现代预测方法逐渐得到了成功 应用。这其中主要有灰色数学理论、专家系统方法、神经网络理论、模糊预测理 论等。该类方法主要有：灰色理论预测法；专家系统法；模糊控制方法；bp神经 基于.net 的负荷预测系统的研究与开发 - 14 - 网络模型；小波分析法等。现代预测方法是当今负荷预测领域研究的热点，许多 文献在这些方法的基础上进行了深入的研究，出现了大批改进型新方法24-31。另 外，文献32将遗传规划方法引入负荷预测，还有卡尔曼(kalman)滤波33-34、优 选组合预测35-37等新的预测方法。 负荷预测方法是随着电力系统及其他相关领域的理论、技术的不断发展而不 断得到改进和创新的。各类方法往往是从不同的角度对负荷预测进行研究，自然 也各具优缺点，常常只适用于某些特定的场合。应该对具体情况进行科学、合理、 充分的具体分析基础上选择相应的方法来使用。 2.7 负荷预测策略 科学的预测是进行决策的依据和保证，而理想的预测效果是建立在先进合理 的预测策略之上的。如前所述，由于影响负荷变化的不确定性和不可控性因素太 多，负荷预测是一项难度很大的工作。随着预测方法不断的改进和创新，实现高 准确率的预测已具有坚实的基础。然而，数学模型是理想抽象，负荷发展的自然 规律很难用单一数学模型加以描述，必须用许多预测模型的有机组合，即综合预 测模型，才能形成对负荷发展自然规律的更贴切或完备的描述2。所以，如何充 分考虑各类相关因素、如何根据所研究区域范围内的具体情况及所能利用的预测 技术手段来构建先进而合理的预测策略，理应成为负荷预测工作，尤其是设计开 发负荷预测系统时要关注的焦点问题。 本文所讨论的预测策略的构建，本质上就是如何将一个或多个预测模型应用 于实际的负荷预测，包含了两层含义：一是如果使用单个模型，如何在对负荷相 关因素进行充分分析的基础上，将相关因素的影响性质和影响程度体现到模型当 中去，譬如神经网络模型中的输入的确定；二是使用多个模型即采用综合模型方 法的情况，如何确定多个模型的最佳组合，它包含选择哪几种预测模型进行预测 结果的组合、如何优化各种模型的权重使预测精度达到最高、如何确定预测样本 的历史可信度，使预测模型尽可能反映近期负荷变化的规律等内容。 文献38提出了一种使用自适应滚动优化技术的多模型组合预测方法，并提 出“虚拟预测”策略；组合预测模型是目前研究应用较多的，许多文献对如何确 定组合预测模型权重进行了探讨，如文献39讨论了用直接搜索迭代法求解来获 得可变权组合模型的组合权重问题，文献40提出确定组合预测权重的最小二乘 法得到了组合预测权重的解析表达式，文献36 提出了“最优拟合模型”不等于 “最优预测模型”的观点并讨论了“较优预测模型”的实现策略，文献41 针对 电力负荷预测中的模糊性引入三角模糊数的一些基本理论、采用层次分析法对专 家判断结果进行处理以得到方案层各方案的最优权重，文献42 根据模式识别的 基本原理并结合虚拟预测提出了以得到一个唯一的综合预测曲线为目标的优化模 硕士学位论文 - 15 - 型，文献43 应用 odds-matrix 方法来定量确定每种单一模型的权重、通过权重 分布函数判断各个预测模型的显著性；文献10-12对如何考虑气象因素的策略进 行了研究；文献44-45在如何合理选择神经网络输入方面提出了一些新的方法。 另外，文献46-51对数据挖掘技术在负荷预测中的应用策略进行了研究，从 数据处理利用的角度为预测策略增添了新的内容。 在参考现有的各类预测策略基础上，紧密结合实际情况，本文提出了与所要 设计开发的系统相适应的预测策略，总体思路如图 2.1 所示。 单一模型预测 根据气象特征和趋势选择相似日 气象因素相关性分析 气温、降雨积累效应分析 气温、降雨延迟效应分析 组合模型预测虚拟预测 确定权重 气象因素影响分析 小水、火电 能预知的负荷变化 其它相关因素影响分析 模型库 初始 预测结果 最终 预测结果 确定模型参数 修正 模型组合 图图 2.1 预测策略思路示意图预测策略思路示意图 预测策略的具体内容主要有：虚拟预测；横向预测与纵向预测相结合；气象 特征与气象趋势相结合的相似日选择；数据挖掘技术等。 2.8 本章小结 本章首先对电力系统负荷预测的特点、要求与原理及预测的主要内容与步骤 进行了探讨；然后详细分析了影响负荷预测的相关因素以及当前电力市场化形式 下负荷预测呈现出的一些新的特征；最后对负荷预测方法和策略进行了讨论并提 出了与本文所研究的系统相适应的预测策略。 基于.net 的负荷预测系统的研究与开发 - 16 - 第 3 章 基于.net 平台开发负荷预测系统相关技术 3.1 分布式应用开发概述 随着计算机技术的发展和应用的深入， 分布式技术在构建企业级的应用程序 中更加广为流行。 如 dcom、 javarmi、 corba 等， 当然也包括本文要讨论的.net 中的分布式技术。 3.1.1 分布式应用程序 分布式应用程序很难进行确切的定义，可以简单地认为：分布式应用程序就 是将对整个应用程序的处理分成几个部分，分别在不同的机器上运行的程序，即 “化整为零” 。这里“分布”一词包括两层含义：地理上的分布和数据处理的分布。 而在网络上，分布式应用对用户来说应该是透明的，即使是在不同的位置，企业 不同的业务部门也应该协调分工合作52。 这里要强调的是，应用程序设计的一个关键要素是应用软件系统的结构，系 统结构决定了应用程序的各个部分如何交互，同时也决定了系统每个部分实现的 功能。 分布式应用程序的开发是随着软件系统体系结构的不断发展而形成的一种 新的开发模式。它随着计算机技术的不断发展，特别是网络应用的发展逐渐成熟 起来。 先看一下分布式应用体系结构的演变过程。 1文件服务器模式 文件服务器模式是最早采用的数据库应用结构，该模式思想是应用程序在单 台机器上开发、编译和运行，客户通过终端执行应用程序，这种开发的实质与一 个单机版的应用开发无本质区别。只是把服务器看作是一个存放数据的文件服务 器。 通常情况下， 数据存放在桌面型数据库文件里， 如当时流行的 foxpro、 paradox、 access 等数据库。这种伪 c/s 结构最大的缺点是数据处理没有服务程序来维护， 网络性能差，处理网络数据的速度慢，甚至会造成网络拥塞。当用户量或数据量 大到一定程度时就会有数据掉失的危险，数据安全不容易保证。 2两层客户机/服务器（c/s）开发模式 尽管文件服务器的开发模式存在种种弊端， 但可以认为它是客户机/服务器模 式（client/server，简称 c/s）的雏形。随着 c/s 开发模式的流行，在上世纪 80 年代，由于人们对友好人机界面的追求以及微机技术、网络技术的快速发展和成 熟，c/s 结构应用逐渐普及，数据库应用开始转向真正的 c/s 结构，也就是所谓 硕士学位论文 - 17 - 的两层结构。 传统的 c/s 结构一般分为两层：客户端和服务器端。其基本工作原理是：客 户程序向数据服务器发送 sql 请求，服务器返回数据和结果。客户端负责实现用 户接口功能，同时封装了部分或全部的应用逻辑。服务器端的数据库服务器主要 提供数据存储功能，也可通过触发器和存储过程提供部分应用逻辑。 c/s 结构在近十几年里不但得到广泛的应用，而且相当成功。成为各类应用 程序开发的首选模式。 然而随着信息系统结构的复杂和