（统计学专业论文）基于多项回归神经网络的江苏省长期电力负荷组合预测模型研究.pdf

江苏大学硕士学位论文 摘要 对负荷进行中长期预测，有利于决定未来新发电机组的安装，决定电网的增 容和改建，也有利于国民经济健康、协调、快速地发展。负荷预测核心问题是预 测的技术方法，如何改进和简化方法，提高负荷预报的精度，使预测手段和结果 满足市场经济的电力发展要求。本文主要研究电力系统负荷长期预测技术。 本文首先介绍了与电力负荷预测相关的概念、分类和特性，并概述了电力负 荷预测的技术发展状况。很多学者已对电力负荷预测技术有长期的研究，也有很 多成功的应用案例。但是电力负荷的发展规律具有很强的地域特性，实践中不存 在通用的预测软件。因此，本文分析了江苏电网电力供需形势、消费结构和发展 趋势，并对现有的较为成熟的预测理论与方法作了系统的总结与分析，适当借鉴 其它领域预测工作中的成功经验后，将预测方法应用于江苏省全社会用电量的研 究，得到了适合江苏省用电量预测的模型。 回归分析是一种被普遍应用的统计分析与预测技术。但当自变量高度相关时， 回归系数用普通最小二乘法就很难估计。本文所建立的以人口、收入、g d p 等指标 为自变量的回归模型中，自变量之间高度相关。因此，本文研究了用逐步回归法 剔除模型中的弱相关变量，用岭回归法的有偏估计量获得更加稳定的估计，用偏 最小二乘回归法提取重要成分后回归，最后得到三个回归模型。 每种模型的预测结果反映了其对历史序列变化规律的拟合以及对未来变化 规律的推测，因此各单一预测方法的结果时好时坏，需要通过组合预测来提高预 测精度，组合模型的关键是权重的取得。本文将神经网络技术与回归模型相结合， 将通过各回归方法得出的预测值作为输入，实际用电量值作为输出，确定神经网 络的拓扑结构，利用神经网络在处理非线性、不确定性或模糊关系方面具有的独 特优势来确定各回归预测方法的变权系数，最后用训练好的神经网络预测江苏省 全社会用电量。结果显示，组合预测的精度明显高于单个模型。 关键词：电力负荷( 用电量) 预测、多重共线性、逐步回归、岭回归、偏最小二 乘回归、b p 神经网络、组合预测模型 i - i - r 江苏大学硕士学位论文 a b s t r a c t m e d i u ma n dl o n g t e r ml o a df o r e c a s t i n gb e n e f i t st h ed e c i s i o no ft h ef u t u r e i n s t a l l a t i o no fn e wg e n e r a t i n gu n i t sa n di n c r e a s i n gc a p a c i t yo ra l t e r a t i o no f t r a n s m i s s i o n l i n es y s t e mo fe l e c t r i cp o w e r , b u ta l s ob e n e f i t st h eh e a l t h y , h a r m o n ya n d f a s td e v e l o p m e n to fn a t i o n a le c o n o m y t h ec o r eo fl o a df o r e c a s t i n gi sf o r e c a s t t e c h n i q u e s ，h o w t oi m p r o v ea n ds i m p l i f yt h em e t h o d s ，a n de n h a n c et h ea c c u r a c yo fl o a d f o r e c a s t i n g ，t om e e tt h ed e v e l o p m e n td e m a n d so ft h em a r k e te c o n o m y t h el o n g t e r m l o a df o r e c a s t i n gt e c h n i q u e si np o w e rs y s t e mw e r es t u d i e di nt h i st h e s i s f i r s tt h ee l e c t r i c i t yl o a df o r e c a s tr e l a t e dc o n c e p t s ，c l a s s i f i c a t i o n sa n di d e n t i t yw e r e i n t r o d u c e d ，a n dt h e nt h ed e v e l o p m e n to fl o a df o r e c a s t i n gt e c h n i q u ew a so u t l i n e d m a n y s c h o l a r sh a v er e s e a r c h e dl o n g t e r me l e c t r i c i t yl o a df o r e c a s t i n gt e c h n o l o g ya n dt h e r ea r e m a n ys u c c e s s f u la p p l i c a t i o n so fc a s e s b u td i f f e r e n tp l a c e s h a v ed i f f e r e n tl o a d c h a r a c t e r i s t i c s ，s oi np r a c t i c et h ea l l - p u r p o s es o f t w a r ei sn o te x i s t e d t h e r e f o r e ，t h e s u p p l ya n dd e m a n dm a r k e t ，t h ec o n s u m p t i o ns t r u c t u r e a n dt r e n d so fj i a n g s u s t r a n s m i s s i o n l i n es y s t e mo fe l e c t r i cp o w e rw e r ea n a l y z e d ，a n dt h ee x i s t i n gm a t u r e t h e o r ya n dm e t h o d sw e r ea l s oa n a l y z e d ，a n ds u c c e s s f u lf o r e c a s t i n gm e t h o d si no t h e r a r e a sw e r es t u d i e d a f t e rt h a t ，af o r e c a s t i n gm o d e l w h i c hi sm o s ts u i t a b l ef o re l e c t r i c i t y c o n s u m p t i o ni nj i a n g s up r o v i n c ew a sd e s i g n e d r e g r e s s i o na n a l y s i s i saw i d e l y a p p l i e ds t a t i s t i c a la n a l y s i sa n df o r e c a s t i n g t e c h n i q u e b u ts i n c et h ev a r i a b l e sa r eh i g h l yr e l e v a n t ，t h ec o e f f i c i e n te s t i m a t e db y o r d i n a r yl e a s t s q u a r el a ww i l lb ed i f f i c u l t p o p u l a t i o n ，i n c o m ea n dg d pw e r et h e i n d e p e n d e n tv a r i a b l e si no u rr e g r e s s i o nm o d e l ，a n dt h e yw e r eh i g h l yr e l e v a n t s ot h r e e r e g r e s s i o nm o d e l sw e r ed e s i g n e di nt h i st h e s i s ，t h e yw e r es t e p w i s er e g r e s s i o nm o d e l w h i c he l i m i n a t e dt h ew e a kr e l e v a n tv a r i a b l e s ，r i d g er e g r e s s i o nm o d e lw h i c hi sb e i n g u s e dt oo b t a i nm o r es t a b l ee s t i m a t e s ，a n dp a r t i a ll e a s t s q u a r er e g r e s s i o nm o d e lw h i c hi s b e i n gu s e dt oe x t r a c tt h ei m p o r t a n te l e m e n t s t h ef o r e c a s t i n gr e s u l t so f e a c hm o d e lr e f l e c ti t sf i to fh i s t o r i c a ls e q u e n c ea n dg u e s s o ff u t u r ec h a n g e s t h u st h er e s u l t so fas i n g l em e t h o da r ei n - a n d o u t ，b u tt h ec o m b i n e d m o d e lc a ni m p r o v ef o r e c a s t i n ga c c u r a c y t h ep r o b l e mo fc o m b i n e dm o d e li si t sw e i g h t s n e u r a ln e t w o r kt e c h n o l o g ya n dr e g r e s s i o nm e t h o d sw e r ec o m b i n e di n t h i st h e s i s f o r e c a s t i n gv a l u e sf r o md i f f e r e n tr e g r e s s i o nm o d e l sw e r ep u ta si n p u t s ，a n dt h ea c t u a l e l e c t r i c i t yc o n s u m p t i o nw a sp u ta so u t p u t s i n c en e u r a ln e t w o r kc a nd e a lw i mn o n l i n e a r , i f 江苏大学硕士学位论文 u n c e r t a i n t yo ra m b i g u i t yr e l a t i o n s ，i tc a l lh e l pd e t e r m i n et h ew e i g h t so fc o m b i n e dm o d e l f i n a l l ye l e c t r i c i t yc o n s u m p t i o ni nj i a n g s up r o v i n c ew a sp r e d i c t e du s i n gt r a i n e dn e u r a l n e t w o r k r e s u l t s s h o wt h a tt h ec o m b i n e dm o d e li sm o r ea c c u r a t et h a nt h ei n d i v i d u a l m o d e l k e y w o r d s ：l o a df o r e c a s t i n g ，m u l t i c o r r e l a t i o n ，s t e p w i s er e g r e s s i o n ，r i d g er e g r e s s i o n ， p a r t i a ll e a s t s q u a r er e g r e s s i o n ，b pn e u r a ln e t w o r k ，c o m b i n e df o r e c a s t i n g m o d e i i i l 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。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部 内容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 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密回。 学位论文作者签名：舔熟、l 2p 。# 年6 月7 日 指导教师签名。| 铲 1 年i 月7 日 4 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。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结果由本人承担。 学位论文作者签名：籍豫扎 日期：秒j 年6 月7 日 江苏大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 论文的研究背景和意义 负荷预测是从已知的用电需求出发，考虑政治、经济、气候等相关因素，探 索用电负荷与主要影响因素之间的内在联系和发展变化规律，对未来的用电需求 做出的预测。电力系统负荷需求预报是电力系统运行、控制和规划不可缺少的一 部分，负荷预报的结果己成为经济调度和推行电力市场化的必要基础。 对负荷进行中长期预测，有利于决定未来新发电机组的安装，决定电网的增 容和改建。也有利于维持社会的稳定和创造良好的投资环境。2 0 0 0 年以后，我国 电力消费增长速度迅速上升，由于在建能力过低，电力装机增长速度下降，2 0 0 1 年重又出现电力供应短缺苗头，2 0 0 2 年出现了局部地区、局部时段电力供应短缺 现象，2 0 0 3 年夏天开始更是出现了大面积缺电的现象。江苏地处经济发达的长江 三角洲，随着国民经济的高速增长和人们生活水平的提高，对用电的需求迅速增 长。“八五”以前，江苏省连续1 0 多年缺电，其中最主要原因是境内经济高速增 长，用电负荷猛增，单纯依靠中央财政拨款建设电源难以满足社会经济发展的需 要，电源建设大大滞后于经济发展。到“八五”、“九五”期间，国家实行投资体 制改革，采用集资办电，扩大电力建设资金的来源，改变了电力投资紧张的局面， 随着电源建设的力度加大，用电紧张的情况逐年得到缓解。“九五”期间以来，逐 步达到供需平衡，实现了近年来社会经济与电力供应协调发展的良性局面；“九五” 后期，江苏用电需求又呈迅速增长的势头，特别是地处苏南负荷中心的苏州、无 锡地区全年用电量增长迅速，年均增长1 6 以上。在用电高峰期产生电力缺口，只 能通过拉闸限电抑制需求。面对电力供给偏紧的局面，政府可以加大电力投资来 缓解电力短缺，但是也不能盲目的投资，需要合理规划，因此中、长期负荷预测 是非常必要和紧迫的。 电力是一种敏感性商品，不足的电力供给不仅对江苏省的经济增长产生了负 面影响，而且也会影响社会的稳定和投资环境。电力也是一种特殊的商品，它的 生产、供应、销售、使用是同时完成的，且不能大量储存。因此，为了保证电网 安全稳定运行，确保居民生活和重要生产的可靠用电，确保江苏省经济的持续发 江苏大学硕士学位论文 展和社会的和谐稳定，必须在准确预测将来用电量需求的基础上，合理地加大电 力投资。 负荷预测水平已经成为衡量一个电力企业管理是否走向现代化的显著标志之 一，尤其是在用电管理走向市场的今天，用电负荷预测问题显得更加重要而艰巨。 国家电力经济政策指出，未来电力生产和供应等各个环节中，将更加突出电力商 品交易的经济性原则和公开性原则。国家电力公司在2 0 0 1 年伊始，公布了电网调 度公开化的规定，要求各级电力企业将电网负荷的需求统计数据和预测数据作为 一项基本信息向社会公布。在参与电力市场建设过程中，对电力企业来说，加强 电力需求预测在发电和供电过程中占有一定的地位。 负荷预测核心问题是预测的技术方法，或者说是预测数学模型及其解法。随 着现代科学技术的不断进步，许多专家和学者对理论创新和研究逐步深入，开发 了很多预测模型和软件。但是电力企业走向市场的形势对电力负荷预测提出了新 要求，如何改进和简化方法，提高负荷预报的精度，使预测手段和结果满足市场 经济化的电力发展，能有效地提高电力系统运行的经济效益和系统的安全，是现 在和今后研究的重点课题。 1 2 负荷预测发展和研究现状 1 2 1 基本概念 国内外学者对电力负荷预测进行了大量的研究，其中很多预测是关于电力负 荷的，有中长期的，有短期的，还有超短期的，也有少部分是关于用电量的。本 文研究的即是负荷的预测，也是用电量的预测。 1 负荷、负荷预测及用电量 负荷指发电厂、供电地区或电网在某一瞬间所承担的工作负荷。对用户来说， 用电负荷指连接在电网的用户所有用电设备在某一瞬间所消耗的功率之和“3 。 负荷预测是从已知的用电需求出发，考虑政治、经济、气候等相关因素，对 未来的用电需求做出的预测。负荷预测包括两方面的含义：对未来需求量( 功率) 的预测和未来用电量( 能量) 的预测。电力需求量的预测决定发电、输电、配电系 统新增容量的大小；电能预测决定发电设备的类型( 如调峰机组、基荷机组等) 。负 荷预测的目的就是提供负荷发展状况及水平，同时确定各供电区、各规划年供用 2 江苏大学硕士学位论文 电量、供用电最大负荷和规划地区总的负荷发展水平，确定各规划年用电负荷构 成o 。 用电量：是指电网( 或电力企业) 的售电量与自备电厂自发、自用电和其售 给附近用户的电量之和“1 。 2 用电量与负荷的关系 负荷可指电力需求量或者用电量，而需求量是指能量的时间变化率，即功率， 其单位是千瓦( k w ) ，按时间可分为年、月：日、时、分负荷。而电量是一段时间 内使用的能量，单位是千瓦时( k w h ) 。用公式表示如下： 报告期负荷= 报告期电量报告期日历小时数 虽然负荷和用电量是不同的概念，其预测方法可以相同，因此本文中阐述的 负荷方法也适用于用电量预测。 1 22 负荷预测分类 通过查阅相关文献“伸“”1 ，负荷预测主要有以下三种分类方法。 1 负荷预测按时间分类 电力负荷中经常按时间期限进行分类，通常分为长期、中期、短期和超短期 负荷预测。长期负荷预测一般指1 0 年以上并以年为单位的预测，中期指5 年左右 并以年为单位的预测。他们的意义在于帮助决定新的发电机组的安装( 包括装机 容量大小、形式、地点和时间) 与电网的规划、增容和改建，是电力规划部门的 重要工作之一。 短期预测则是指一年以内以月为单位的负荷预测，还指以周、天、小时为单 位的负荷预测，通常预测未来一个月度、未来一周、未来一天的负荷指标，也预 测未来2 4 小时中的负荷。其意义在于帮助确定燃料供应计划；对运行中的电厂出 力要求提出预告，使对发电机组出力变化事先得以估计；可以经济合理安排本网 内各机组的启停，降低旋转储备容量：可以在保证正常用电的情况下合理安排机 组检修计划。 超短期负荷预测指未来l 小时、未来半小时甚至未来l o 分钟的预测。其意义 在于可对电网进行计算机在线控制，实现发电容量的合理调度，满足给定的运行 要求，同时使发电成本最小。 江苏大学硕士学位论文 2 负荷预测按行业分类 负荷预测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 负荷的负荷预测。其中，城市民用负荷预测主要指城市居民的家用负荷预测；商 业负荷预测和工业负荷预测是指各自为商业和工业服务的负荷进行预测；农村负 荷是指广大农村所有负荷( 包括农村民用电、生产与排灌用电以及商业用电等) 的预测；而其他负荷预测则包括市政用电( 如街道照明) 、公用事业、政府办公、 铁路与电车、军用等等负荷的预测。虽然可以这样分类，但并不严格。 3 负荷预测按特性分类 根据负荷预测表示的不同特性，常常又分为最高负荷、最低负荷、平均负荷、 负荷峰谷差、高峰负荷平均、低谷负荷平均、平峰负荷平均、全网负荷、母线负 荷、负荷率等类型的负荷预测，以满足供电、用电部门的管理工作的需要。 1 2 3 负荷预测的常用方法 预测是人们根据可获得的历史和当前的资料、数据利用一定的科学方法与手 段，对人类社会、政治、经济、军事、科学技术等发展趋势做出科学预测，以指 导未来行动的方向，减少处理未来事件的盲目性。”。随着科学方法与手段的进步， 负荷预测的方法也在不断发展。但是负荷预测是一个相当复杂的问题，不同电力 系统由于负荷特性不同，适合的预测方法就不同。即使同一电力系统，根据预测 时间的远近和负荷特性的变化，不同时期也可能采取不同方法。常用的定量预测 方法可分为回归分析法、时间序列法、人工神经网络法及其他方法或其组合。 1 回归分析法 回归是研究自变量与因变量之间的关系形式的分析方法，其目的在于根据己 知自变量来估计和预测因变量的总平均值。在回归分析中，自变量是随机变量， 因变量是非随机变量，由给定的多组自变量和因变量资料，研究各因变量和自变 量之间的关系，形成回归方程。 在负荷预测问题中，回归方程的因变量一般是负荷，自变量是影响负荷的各 种因素，如国家政策、社会经济、人口、气候等。 2 时间序列法 时间序列法把负荷数据当作一个随时间变化的序列进行处理，寻找历史数据 随时间的变化规律，利用该规律外推预测。 4 江苏大学硕士学位论文 3 人工神经网络法 人工神经网络方法的优点是可以模仿人脑的智能化处理，对大量非结构性、 非准确性规律具有自适应功能。在负荷预测问题中，将对负荷影响最大的几种因 素作为输入神经元，负荷作为输出，建立好模型之后，要预测将来的负荷，只要 将对应的自变量输入一个函数即可算出。 4 其他方法 随着人工智能技术的不断发展和完善，人们又提出了以下几种方法：模式识 别法、模糊预测法、灰色理论预测法、专家系统法等。 进行预测往往要用到数学模型，而数学模型大多只包括所研究现象的某些主 要因素，对于错综复杂的负荷变化来说，这样的模型只是一种简化了的负荷状况 的描述，与实际负荷之间存在差距，这个差距就是预测误差。研究误差产生原因 和大小不但可以认识预测结果的准确程度，也可以帮助选用恰当的预测方法。计 算和分析误差的方法和指标主要有绝对误差、相对误差、平均绝对误差、均方误 差、标准误差等。 1 2 4 负荷预测研究现状 上世纪末以来，西方一些发达国家相继推动了电力市场的发展，实施了适合 各自国情的自由电力市场改革，这些国家的电力工业进行打破垄断、解除管制、 引入竞争、建立电力市场的电力体制改革，目的在于更合理地配置资源，提高资 源利用率，促进电力工业与社会、经济、环境的协调发展。随着竞争的引入，电 力市场供需发生了极大的变化，负荷预测成为建设电力市场，实现促进电网和供 电企业参与市场竞争，提高电力行业经济效益和社会效益目的基本工作内容之一。 我国对负荷预测的重视程度经历了一个认识的过程。在1 9 7 0 年到1 9 9 6 年的 缺电时期，由于控制用电、控制报装等客观原因，造成负荷预测的准确度不高， 并且对新方法的应用力度不够。1 9 9 7 年后，我国电力市场供需矛盾缓解，局部地 区供大于求，甚至出现了供电负增长，电力发展由资源约束转向了需求约束。2 0 0 2 年开始又出现电力供给偏紧的局面，特别是经济发达地区在用电高峰期出现严重 短缺。在这种情况下，用电预测的重要性和迫切性被提到了新的高度，同时也对 预测的精度提出了更高的要求。 中、长期电量预测一直是一个被广泛研究的课题，围绕电量预测国内外有大 江苏大学硕士学位论文 量相关的文献，其方法大体可归结为三类，分别是回归分析、时间序列和人工智 能方法。同时随着现代科学技术的快速发展，理论研究的逐步深入，以灰色理论、 人工智能、模糊数学等为代表的新兴交叉学科理论的出现，也为负荷预测的飞速 发展提供了坚实的理论依据和数学基础，负荷预测的新技术层出不穷。 g e n a s r 等学者( 2 0 0 0 年) 建立了战后黎巴嫩电力消费的经济计量模型， 该模型引入了g d p 、总进口和温度这三个影响电力消费的决定因素，使用普通最小 二乘回归方法建立回归模型，然后用残差修正模型进行修正，分阶段建立预测模 型。c h e c h i a n gh s u 等学者运用人工神经网络方法建立了台湾区域负荷预测模型， 引入地区g d p 、地区人口和地区最高温度为输入神经元，输出为区域最高负荷。 a j i t h a b r a h a m 和b a i k u n t h n a t h 使用模糊人工神经网络方法建立了维多利亚地区的 负荷需求模型，通过与神经网络预测方法和时间序列预测方法的比较，证实该方 法在预测时间和精度上有优势。牛东晓等学者提出了季节性负荷预测的组合优化 灰色神经网络模型，研究了同时考虑两种趋势的复杂季节型负荷预测问题。游仕 洪等学者介绍了模糊组合预测对电力系统中长期负荷预测的方法和冗余方法在组 合预测中的应用。还有很多中国的学者运用新技术如遗传算法等提出了新的更好 的预测方法，并针对具体的例子作分析。 1 3 论文的主要工作 如上所述，科技工作者在电力负荷预测领域开展了长期的研究，不少的负荷 预测方法和成果被发表。本文的研究工作得益于这些理论成果，对现有的较为成 熟的预测理论与方法作了系统的总结与分析，适当借鉴其它领域预测工作中的成 功经验，将预测方法应用于江苏省全社会用电量的研究，通过几种方法的比较， 也提出了一些新颖的方法，得出了最适合江苏省用电量预测的模型。 本文以江苏省为实际的研究对象，第一部分概述了负荷预测的重要理论意义 和国内外在该领域内的研究现状和应用价值，以及基本算法，包括它的分类与特 性，电量预测的常用方法等。 第二部分主要分析了江苏电网电力供需形势、消费结构和发展趋势，并且分 析了影响江苏省负荷的因素，发现用电量的增长与经济发展有着密切的联系，经 济越发达，对电的需求越大，电力的发展应比经济发展适当超前。最后确定了引 江苏大学硕士学位论文 入研究中的指标变量，包括反映三产年增加值，人民人均年收入和人口的六个指 标。 第三部分首先阐述了多重共线性问题，包括其产生的原因、影响、诊断和解 决方法。并对江苏省负荷影响因素进行诊断和分析，得到这些自变量之间存在相 当强的相关性。然后利用能消除多重共线性的回归方法进行预测。使用的方法有 逐步回归、岭回归和偏最5 - 乘回归。结果表明逐步回归的预测效果较好，但是 剔除了一些重要影响因素；岭回归和偏最d , - - 乘回归的预测效果相差不大，但是 岭回归的最佳的偏倚系数目前没法确定，回归方程的确定一定程度上取决于经验； 偏最4 , - - 乘回归的可操作性较强，但是交叉有效性的计算比较复杂。每种方法都 有其固有的缺陷，再加上电力负荷的复杂性，各单一预测方法的结果往往不理想， 需要通过组合预测来提高预测精度。因此本文将神经网络技术与回归模型相结合， 将通过各回归方法得出的预测值作为输入，实际用电量值作为输出，确定神经网 络的拓扑结构，利用神经网络在处理非线性、不确定性或模糊关系方面具有的独 特优势来确定各回归预测方法的变权系数，最后用训练好的神经网络预测江苏省 全社会用电量，获得了较好的预测效果。 第四部分是结论和展望。电力市场供需平衡对发展经济、节约能源、保护环 境等方面具有重要意义。装机容量不足将导致电力短缺，以至使国民经济其他部 门中大量生产能力无法发挥作用，从而严重制约着国民经济的顺利发展；装机过 多，则使大量机组处于闲置状态，造成浪费。电力行业本身具有两重性，既是能 源生产行业也是能源和资源消耗行业；既为清洁生产和生活提供基础和条件，本 身又是一个污染大户。因此电源规划变得异常重要，而负荷预测是电源规划的前 提，尽量提高负荷预测的精度是刻不容缓的。组合预测方法能很好地提高预测精 度，但是各种预测方法的权系数如何取得，以及组合前使用多少种预测方法最合 适，这些都是要解决的问题。 江苏大学硕士学位论文 第二章江苏省电力消费状况分析 2 1江苏电力供需形势分析 2 1 1 电力供应能力 在良好的宏观经济环境下，江苏电力生产继续保持较快增长，2 0 0 5 年1 月到 9 月累计发电量1 3 1 8 7 l 亿千瓦时，同比增长2 3 2 ，2 0 0 4 年的发电量接近1 9 9 9 年的两倍。当2 0 0 2 年夏季出现高峰时段供电紧张时，江苏更加快了新发电机组投 产进度，装机容量增速加快，2 0 0 3 年增速比上年同期高2 8 7 个百分点，2 0 0 4 年 增速有所缓和，比1 9 9 9 年增加3 1 4 。近6 年来年均装机容量达到了2 0 5 1 万千瓦。 截止2 0 0 4 年1 2 月3 1 日，江苏全网统调装机容量2 3 9 7 9 2 万千瓦，比2 0 0 3 年增 长8 6 ，其中水电机组( 抽水蓄能) 1 0 万千瓦，占0 4 ，其余为火电机组。近六 年来的装机容量和主要电厂( 仅指发电在5 0 0 千瓦及以上的电厂) 发电量见表2 1 ， 装机容量年增长率见图2 一l 。 表2 - 1 江苏省历年装机容量 年份 1 9 9 92 0 0 02 0 0 12 0 0 22 0 0 32 0 0 4 l 装机容量( n - t - k )1 8 2 5 1 8 9 51 9 4 02 0 4 22 2 0 82 3 9 8 i 发电量( 4 l f f - e 4 、时)8 4 4 4 5 9 7 0 3 41 0 4 0 1 21 1 6 7 4 81 3 3 6 7 61 5 3 9 4 9 资料来源：历年江苏统计年鉴 图2 - 1 装机容量年增长率 江苏电网2 0 0 4 年底统调装机容量及分类构成见表2 - 2 和图2 2 。从机组数量 8 江苏大学硕士学位论文 来看，1 0 万千瓦以下机组1 0 1 台，占总装机数的5 0 ，但由于单机装机容量较低， 小机组总装机容量只有4 0 3 1 7 万千瓦，仅占全省总装机容量的1 6 8 1 ；而3 0 6 0 万千瓦的机组总数只有3 3 台，却占全省总装机容量的4 4 3 6 ，贡献率最大； 6 0 万千瓦以上的大机组很少，只有2 台。从社会经济和电力事业的发展需求来看， 今后新装机组将大力发展大中型机组，以提高发电效率，满足社会对电力的需求； 而由于小机组效率一般较低，自动化水平不高，在新建电力系统中应用会较少， 并且已装的效率低下的小机组将被逐步淘汰。 表2 2 江苏电网2 0 0 4 年底统调装机容量 电厂数量( 座)机组数量( 台) 装机容量( 万千瓦) i o 万k w 以下( 不含1 0 万) 1 0 14 0 3 1 7 1 0 2 0 万k w ( 不含2 0 万) 4 25 5 4 9 5 2 0 3 0 万k w ( 不含3 0 万) 1 22 5 6 3 0 6 0 万k w ( 不含6 0 万) 3 31 0 6 3 8 6 0 万k w 及以上 21 2 0 合计6 2 2 0 22 3 9 7 9 2 资料来源：江苏省电力公司网站h t t p ：w w w j s e p c t o m c n d w d d z j l l h t m 机组数量( 台) 装机容量( 单位：万千瓦) 图2 2 机组数量和装机容量构成饼图 2 1 2 电力需求情况 2 0 0 5 年，由于加快了电网和发电机组的建设，江苏供电形势得以缓和。江苏 江苏大学硕士学位论文 省电力需求继续保持旺盛增长，2 0 0 5 年1 月到8 月累计用电量1 4 3 2 7 1 亿千瓦时， 同比增长2 1 1 ，其中工业用电1 1 5 6 0 3 亿千瓦时，同比增长2 2 4 。据测算，统 调最高用电需求已高达2 6 1 0 万千瓦，最大用电量比2 0 0 4 年增加5 5 0 万千瓦，增 长1 7 5 。考虑到区外来电( 省外来电) 和电网留有一定的事故备用，最大电力缺 口可能在6 0 0 万千瓦。 21 3 电力供应紧张的原因 江苏电力短缺具有较长的历史，1 9 6 6 1 9 9 6 年是处于不同程度的缺电时期，其 中最主要原因是境内经济高速增长，用电负荷猛增，单纯依靠中央财政拨款建设 电源难以满足社会经济发展的需要，电源建设大大滞后于经济发展。该时期的缺 电具有四大特点：长期缺电使得人们从心理上得到适应，对拉闸限电习以为常； 工业用电比重大，生活用电比重小，及拉闸限电使得负荷率居高不下；处于商品短 缺时期，大多数商品供不应求，企业竞争的压力不大；外资企业少，改善投资环 境的压力不大。到“八五”、“九五”期间，国家实行投资体制改革，采用集资办 电，扩大电力建设资金的来源，改变了电力投资紧张的局面，随着电源建设的力 度加大，用电紧张的情况有了6 年的电力供需形势的缓解，但是2 0 0 2 年后，缺电 的特点发生了变化。首先，用户对拉闸限电的承受能力己降低，人们从心理上很难 再适应限电。其次，随着生活水平的提高，居民生活用电比重增大，使得负荷率 下降。最后，我国已加入w t o ，限电对国内企业参与国际竞争，及对建立良好的投 资环境吸引外资等方面都会产生负面影响。因此，电力短缺对经济、社会方面的 影响将远远大于以前。 经过6 年电力供应基本充足而突然又出现用电紧缺，综合分析2 0 0 2 年夏季以 来，我国高峰时段供电紧张的原因主要有三点： 1 国民经济快速增长 电力作为一种特殊的商品具有两大特性：电力具有在生产、输送与消费同时 瞬间完成的特性；电力不可储存的特性。由此决定了电力需求与经济发展的紧密 相关性。首先，工业产值是国内生产总值的主要组成部分，而电力消费的产业结 构以工业为主，江苏省工业发达，企业众多，高速增长的工业经济引发电力需求 激增。其次，政府采取加强对固定资产的投资以及积极创造较好的投资环境吸引 外来投资等一系列有力措施，带动了基础产业及加工业的快速发展，需要大量的 1 0 江苏大学硕士学位论文 钢铁、冶金等建材，这些都是高耗能产业，成为全省电耗强度增加的原因之一。 另外，房产投资开发增长迅速带动建筑业用电增加。最后，随着人们生活水平的 提高和收入的逐步提高，使人们更注重生活的舒适程度，消费向享受型转变。城 市居民正逐步进入家电更新换代和家庭生活全面电气化阶段，空调等大功率电器 的使用率和拥有率，随着住房条件的改善，得到快速提高，不仅一家多台，而且 功率越来越大，特别是在盛夏和寒冬，更是用电的高峰期。 2 资源优化配置能力不足及电煤供应紧张 由于我国地区经济发展的不平衡，能源资源分布的不平衡，资源优化配置的 能力受到约束；江苏省发电企业以燃煤发电为主，电煤告急加剧了电力供应的紧 张局面。由于煤炭市场已经放开，电煤价格低，煤炭企业不愿意提供。国有重点 煤矿电煤供给可以通过行政手段实现，近一半由国有地方和乡镇提供的电煤就比 较困难。煤炭所需运力不足也是造成部分地区煤炭供应紧张的一个重要原因。我 国煤炭资源主要集中在山西、陕西、内蒙等中西部地区，而煤炭需求集中在经济 发达的沿海地区，因此煤炭运输量大。各大区域电网联网还没有形成规模，大区 电网间电力交换受到约束等多种制约因素，也导致了江苏等经济增长较快的地区 电力供应不足。夏季整个华东地区的电力供应都比较紧张，只有福建由于雨水量 多，电力可能会有盈余，所以外购电量不太多。 3 电网负荷率下降 电网负荷率是描述电力负荷特性的重要指标，负荷率高意味着负荷曲线比较 平缓，峰谷差较小，电网需要的发电设备调峰容量小，从而可以提高发电设备的 利用率，对电网的安全运行及经济效益都有益。随着装机容量和用电量的不断增 加，调峰难度也随之加大，特别是用电结构发生的变化，使居民用电、第三产业 用电及非工业用电大幅度增加，造成电网峰谷呈逐渐加大的趋势，峰谷差拉大， 使得低谷时段约束了发电设备的出力，而高峰时段发电设备调峰容量又不足，季 节调峰和分时调峰问题日益突出。随着连云港核电站投产发电，山西、三峡等西 电东输工程完工并投产送电，这些还将使江苏电网峰谷差的矛盾进一步扩大。 此外，还有一些诸如燃油价格持续上涨、电价等偶然或特殊原因，也不同程 度地加剧了江苏电力供应紧张的状况。 江苏大学硕士学位论文 2 2 江苏电力消费结构分析 2 2 1 电力消费总体状况 2 0 0 4 年江苏省全社会用电量达到1 8 2 0 0 9 亿千瓦时，增长2 0 9 。其中工业用 电量1 4 5 1 9 6 亿千瓦时，贡献率为8 0 ，增长2 2 5 ，而第一产业、第三产业和居 民生活的贡献率之和只有2 0 ，因此主要是工业用电的强劲拉动使得江苏用电量 持续增长。 随着人民生活水平的提高和居民住房的改善，居民生活用电也在不断增加， 不仅表现在用电量的增加，更重要的是带来季节性用电峰荷高峰问题。据了解， 华东电网中，上海空调负荷估计5 5 0 万千瓦，占总电力负荷的4 0 左右；江苏空 调负荷估计4 0 0 - 5 0 0 万千瓦，占总电力负荷的1 4 1 3 。这种负荷受气温变化影 响极大，因而持续用电时间较短，但是空调性负荷高峰使夏季气候变化对电力供 需平衡的影响加剧。2 0 0 3 年夏季，我国南方地区特别是华东地区，极端的持续高 温天气是电力供应出现短缺的重要因素。 2 2 2 分产业电力消费结构 随着经济的发展和用电水平的提高，用电结构必然会发生相应的变化，表2 3 给出了江苏从1 9 9 5 年2 0 0 3 年间总用电量、分产业用电量和用电结构，图2 3 给出 了用电结构变化情况，图2 - 4 给出了各产业用电增长速度情况。分析表明： 表2 - 3 江苏省分产业电量消费和比重单位：亿千瓦时， 第一产业第二产业第三产业居民生活 年份全社会 消费量比重消费量比重消费量比重消费量比重 1 9 9 56 9 8 5 95 7 6 58 2 55 1 6 4 67 3 9 24 7 7 86 8 47 6 71 0 9 9 1 9 9 77 7 4 0 46 4 58 3 35 5 7 37 25 9 9 67 7 59 2 2 81 1 9 2 1 9 9 87 8 5 4 56 6 1 48 4 25 5 4 7 47 0 6 36 5 2 68 3 l9 9 3 l1 2 6 4 1 9 9 98 4 8 4 85 96 9 56 1 3 7 27 2 3 37 0 48 31 0 5 3 61 2 4 2 2 0 0 09 7 1 3 44 7 0 64 8 57 1 7 8 67 3 98 0 88 3 21 2 5 6 21 2 9 3 2 0 0 l1 0 7 8 4 44 3 5 34 0 48 1 3 1 87 5 48 9 5 98 3 l1 3 2 1 41 2 2 5 2 0 0 21 2 4 5 1 43 4 62 7 88 7 9 17 8 6 31 0 1 5 28 1 51 2 9 9 21 0 4 3 2 0 0 31 5 0 5 1 23 4 3 42 2 81 2 0 1 4 37 9 8 21 1 9 3 l7 9 31 5 0 0 49 9 7 资料来源：历年江苏统计年鉴 1 2 江苏大学硕士学位论文 i 望茎二兰些! 箜三兰些里篁三兰些望昼垦笙适i 1 9 9 5 1 9 9 71 9 9 81 9 9 92 0 0 02 0 0 12 0 0 22 0 0 3 图2 - 3 用电结构变化情况 图2 4 各产业用电增跃速度情况 1 第一产业用电量e e 重较低，在1 0 以下，并且呈逐年下降趋势，消费量1 9 9 9 年以前缓慢增长，从1 9 9 9 年开始一直下降，呈负增长。这主要是由于产业结构调 整，第一产业的比重在不断降低，第一产业产值比重2 0 0 3 年比1 9 9 5 年下降了7 5 个百分点。由于农业用电受气候( 降雨) 影响波动较大，因此农业用电增长呈现 一定的波动性。 2 总体上二产耗电量逐年增加，尤其是2 0 0 3 年，比2 0 0 2 年增加了3 7 。t 9 9 8 年以后，第二产业用电比重呈上升趋势，增长率呈现波动性。二产耗电量是全社 会用电量的主要部分，比重在7 0 以上，而美国工业用电占全国用电量的4 0 以下。 随着经济的发展和城市功能的调整，二产用电的比重还有较大的下降空间。 勰枷|i啪伽黜。 “l l 江苏大学硕士学位论文 3 第三产业用电一直保持平稳快速的增长，1 9 9 7 2 0 0 3 年第三产业年均增长 1 2 2 ，高于同期全社会用电增速o 3 个百分点。第三产业用电比重也相应上升， 由1 9 9 5 年的6 8 4 上升到2 0 0 3 年的7 9 3 。 4 居民生活用电消费总量上升，用电比重在l o 左右波动。增速波动较大， 从2 0 0 0 年开始增速回落，2 0 0 3 年增速又上升。一方面是由于近年来居民收入水平 增速减缓导致生活水平提高不大，用电量增长较慢。另一方面是受夏季气温影响， 空调负荷波动较大。随着第三产业和人民生活水平的提高，三产用电和居民生活 用电将有较大的上升空间。 2 3 影响江苏用电量的因素分析 电力市场是受多种因素影响的复杂非线性系统，目前尚不能确切知道影响系 统的状态变量数目