基于Web的电网中长期负荷预测软件设计和实现 电气工程管理专业

1、中压配电网络规划中遍历算法可靠性评估理论的研究学 摘要电力系统中长期负荷预测对电力系统可靠、安全、经济运行具有重要作用,它是电力系统调度运营部门的一项重要工作,也是电力市场技术支持系统的重要组成部分。它涉及到电力系统的调度运行和生产计划,准确的负荷预测有助于提高系统的安全性和稳定性,能够减少发电成本。随着电力市场的建立和互联网的发展,中长期负荷预测已成为电力系统管理现代化的重要内容之一，研究基于Web的电网中长期负荷预测软件设计具有重要的意义。本文以基于Web的电网中长期负荷预测软件设计研究为主线，分别论述了负荷、负荷预测的相关概念，分类以及影响因素等，最后探讨了中长期负荷预测软件的开发和We

2、b构建平台与服务组件。关键词：Web；中长期负荷；电网；软件目录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc30783 1 引言 PAGEREF _Toc30783 1 HYPERLINK l _Toc20097 2 负荷与负荷预测的概念 PAGEREF _Toc20097 1 HYPERLINK l _Toc17421 2.1 负荷的概念 PAGEREF _Toc17421 1 HYPERLINK l _Toc2976 2.2 负荷预测的概念 PAGEREF _Toc2976 1 HYPERLINK l _Toc27837 3 负荷的分类和特性 PAGEREF _Toc278

3、37 2 HYPERLINK l _Toc17268 3.1 负荷分类 PAGEREF _Toc17268 2 HYPERLINK l _Toc4314 3.2 负荷特性 PAGEREF _Toc4314 2 HYPERLINK l _Toc25889 4 负荷的影响因素 PAGEREF _Toc25889 3 HYPERLINK l _Toc32724 4.1 产业结构调整的影响 PAGEREF _Toc32724 3 HYPERLINK l _Toc12340 4.2 费结构变化的影响 PAGEREF _Toc12340 3 HYPERLINK l _Toc20125 4.3 居民生活水平

4、提高的影响 PAGEREF _Toc20125 3 HYPERLINK l _Toc4599 4.4 电价的影响 PAGEREF _Toc4599 4 HYPERLINK l _Toc9375 4.5 环保措施的影响 PAGEREF _Toc9375 4 HYPERLINK l _Toc27957 5 常用电力负荷预测方法 PAGEREF _Toc27957 4 HYPERLINK l _Toc3511 5.1 回归分析法 PAGEREF _Toc3511 4 HYPERLINK l _Toc2448 5.2 时间序列法 PAGEREF _Toc2448 4 HYPERLINK l _Toc2

5、2868 5.3 专家系统法 PAGEREF _Toc22868 4 HYPERLINK l _Toc19914 5.4 模糊逻辑法 PAGEREF _Toc19914 5 HYPERLINK l _Toc31765 5.5 小波分析 PAGEREF _Toc31765 5 HYPERLINK l _Toc26973 6 中长期负荷预测软件的开发 PAGEREF _Toc26973 5 HYPERLINK l _Toc10106 6.1 管理信息系统结构设计 PAGEREF _Toc10106 5 HYPERLINK l _Toc15740 6.2 Web构建平台与服务组件 PAGEREF _

6、Toc15740 7 HYPERLINK l _Toc27598 7 结语 PAGEREF _Toc27598 8 HYPERLINK l _Toc7580 参考文献 PAGEREF _Toc7580 91 引言随着对电能的需求量越来越大，电力作为一种重要的能源形式，在国民经济中行起的作用变的越来越重要，对电网的管理要求及控制也逐步增高。电力系统以不间断地向用户提供安全优质的电能为主要住务，来适应各类负荷的需要。负荷预测能为保证和满足这一平衡做好准备，电力系统就是在负荷预测的基础上进行发电与负荷的调整和管理。而且电力负荷预测是电网运行计划和实时控制的前提，也是电网运行控制和管理决策的基础。要掌

7、握电力输配、生产和经营的主动权，首先必须做好负荷预测的工作。现在，电力负荷预测工作的水平已成为衡量一个电力企业的管理是否走向现代化的显著标志之一，尤其在我国电力事业飞速发展的今天，我们更应该把解决电力负荷的预测问题作为重要任务。2 负荷与负荷预测的概念2.1 负荷的概念广义的负荷指的是电量需求量或用电量。其中，需求量指能量的时间变化率；用电量指的是电网的售电量与自备电厂自发、自用电和其售给本网用户的电量之和。对电力供应方而言，负荷是发电厂、供电区或电网在某一瞬间所承担的工作负荷；而对用户来说，用电负荷是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。本文的研究对象为广义的负荷。2.2

8、 负荷预测的概念负荷预测指的是从已知的电力系统、经济、社会、气象等情况出发，通过对历史数据的分析和研究，利用一套系统的方法，探索负荷的发展变化规律，在满足一定精度的要求下，对某一时间段的负荷值做出估计的过程。负荷预测研究的对象是负荷，负荷具有连续性、随机性、相似性。这也使得电力负荷预测具有以下特点：2.2.1 预测结果的不准确性电力负荷的未来发展受到各种复杂因素的影响，而且各种影响因素也是发展变化的，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。这些因素有些可以被人们预先估计，有些则很难或者根本就不能为人所预见。因此，这就决定了预测结果具有不准确性。2.2.2 预测的条件

9、性各种电力负荷预测都是在一定条件前提下作出的。这些条件有必然条件和假设条件，按必然条件作出的负荷预测往往是准确可靠的，按假设条件作出的预测准确性显然具有条件性。2.2.3 预测的时间性不同负荷的预测结果都是有时间范围的，所以要使预测结果有意义，能够被人所理解，必然要给定一个时间条件。2.2.4 预测的多方案性由于负荷发展变化的规律复杂多样，并且不同的数学模型在不同的条件下预测精度各不相同，这也决定了预测的结果具有多样性。3 负荷的分类和特性3.1 负荷分类3.1.1 电力负荷分类电力负荷通常可分为用电负荷、线路损失负荷、供电负荷、厂用负荷和发电负荷。3.1.2 用电负荷分类根据用电负荷的性质及

10、供电要求的不同，用电负荷可按如下方式分类。一是按国民经济行业分类。电力系统用电负荷一般可分为城市居民负荷、商业负荷、农村负荷、工业负荷以及其他负荷。二是按产业类别分类。按照产业类别我们可以把用电负荷分为四类：第一产业用电负荷，第二产业用电负荷，第三产业用电负荷和城乡居民用电负荷。三是按全社会细分行业类别分类。用电负荷分为以下八类：城乡居民生活用电负荷，农、林、牧、副、渔、水利业用电负荷，工业用电负荷，地质普查和勘探业用电负荷，建筑业用电负荷，交通运输、邮电通信业邮电负荷，商业、公共饮食、物资供销和金融业用电负荷，和其他事业用电负荷。虽然国家或者相关行业都出台了用电负荷的大致分类标准，但是这些分

11、类并不严格。对于按某类负荷对用电客户进行收费或者按某类负荷进行预测时，可能发生把某些实际负荷归为何种类别负荷的问题。因此，电力行业内具体的电力公司常常有自己的分类。例如，某电力公司就将用电负荷类别分为大工业负荷，普通工业负荷，非普通工业负荷，商业负荷，趸售负荷，居民生活负荷，农业生产负荷，农业排灌负荷和其他类负荷。网的全部电能产生负荷，称为发电负荷。3.2 负荷特性电力负荷特性可以分为物理特性和社会特性。从不同的角度出发来分析电力负荷的特性，我们可以达到更全面分析电力负荷特性的目的。3.2.1 负荷的物理特性电力系统的负荷是连续的。这是指负荷曲线上的任意相邻两点之间的变化是连续的。电力负荷同时

12、又是经常变动的。电力负荷不但按小时变化、按日变化，而且按周变化，按年变化。所以电力负荷总是可以分成几个部分。通常将负荷表示成四种分量之和，即随机分量、周期性分量、季节性分量和发展趋势分量。随机分量是指由一些偶然因素产生的分量，周期性分量代表发展趋势上的周期震荡，季节性分量表示因气候变化而发生的负荷变化；发展趋势则是负荷随着周期的推移而呈现的一种增长趋势。从电力负荷的物理特性可以看出，电力负荷具有周期性，负荷是连续变化的，一般不会呈现跃变状态；而且电力负荷对季节、温度、气候等是敏感的，随着季节，气候和温度的变化都会对电力负荷带来明显的影响。3.2.2 负荷的社会特性负荷的社会特性可分为城市民用负

13、荷、工业负荷、商业负荷、农村负荷和其他负荷。4 负荷的影响因素电力是现代生活和生产不可或缺的重要电力，也是当今适用范围最广、最方便、易控制的现代化能源之一。电力的发展和应用很大程度上表明了一个国家或地区的经济发展水平与人民的生活质量。随着时代的发展，电力工业与经济之间的关系也随之变化，这种变化可以通过用电量来体现。形成这种变化的原因主要有：4.1 产业结构调整的影响产业结构调整分两种情况：一是新产业的出现，引起了原有产业结构的变化；二是在原有产业结构中，随着经济发展的协调作用，产业间的比重发生了变化。由于各个产业的电能消耗系数的不同(比如第一产业的电耗系数大概是第三产业的4倍左右)，产业结构的

14、调整会引起电量的较大变化。4.2 费结构变化的影响伴随经济的发展，人民的收入水平提高，消费能力也在加强，从而促进了人民在消费观上的变化。通常房地产、教育文化娱乐等行业的兴旺程度随人们收入水平的提高而提高。这也拉动了电力需求的增长。4.3 居民生活水平提高的影响调查表明，居民生活用电增长与居民收入水平提高相关度是最高的。近年来，随着我国城镇及农村居民生活质量不断提高，家用电器普及率也在上升。这也形成了生活用电量呈大幅增加的趋势，从而使得生活用电的比重上升。4.4 电价的影响电价对电力需求的影响是非常大的。对于工业用户，尤其是高耗能工业用户，它们对价的承受能力低，因为电费占其成本的10%有的甚至超

15、过30%。农村居民对电价的敏感度也是较高的，承受能力较弱。但是随着收入的提高，农村居民生活用电量的上升空间还很大。4.5 环保措施的影响加大环境保护力度是实现国家可持续发展的必由之路。而要加大环境保护的力度，环境保护产业化又是必由之路。5 常用电力负荷预测方法目前，国内外有很多专家学者研究电力系统的电量预测方法，与其相关的研究项目多，发表的研究论文也很多，针对不同的预测对象，研究学者们采用的预测方法不尽相同，其预测精度也存在较大差异，总体而言主要有以下类型：经验方法(主要有描述统计分析、对比分析法等根据经验的简单预测方法)、经典方法(包括各种统计预测方法，例如基于贝叶斯的概率预测方法以及回归分

16、析法、时间序列分析法和弹性系数法等)、新兴方法(包括专家系统、模糊预测法、人工神经网络、灰色预测方法、粗糙集推理、证据推理、各种新型逻辑算法、决策树推理法等人工智能方法及新兴的小波分析法、组合预测方法等)。5.1 回归分析法回归分析法是一种利用负荷历史数据来建立数学分析模型，从而预测未来负荷的方法。其特点是建立一个以负荷为因变量，影响负荷的因素为自变量的回归方程，然后利用历史数据求得变量之间的定义关系，从而通过所得方程预测系统未来负荷。5.2 时间序列法时间序列法常常被认为是最经典、最系统、最广泛采用的一类负荷预测方法。因为电力负荷的历史数据是按照一定时间间隔采样记录下来的有序集合，所以我们可

17、以对它建立时间序列模型。时间序列模型应用的前提是时间序列为平稳随机序列。但实际中的负荷时间序列的变化往往是非平稳的随机过程。所以时间序列模型也有它的优缺点。时间序列法的优点是：仅仅需要较少的历史数据，但是其计算速度却非常快。缺点是：由于其未能充分考虑其他负荷影响因素，因此只适宜构造负荷变化比较均匀的短期预测模型。5.3 专家系统法专家系统是一个用基于知识的程序设计方法建立起来的计算机系统，它拥有某个特殊领域内专家的知识和经验，并能像专家那样运用这些知识，通过推理，在某个领域内作出智能决策。所以，一个完整的专家系统是由4个部分组成的：即知识库、推理机、知识获取部分和解释界面。人们需要根据专家的经

18、验数据，通过选择贝叶斯推理、决策树推理、逻辑推理、粗糙推理等合适的推理方法，形成规则系统，构造出合适的推理机，最终利用推理机对新的数据进行分析预测。例如台湾电力系统采用基于知识库的专家系统进行了短期电力负荷预测，该系统的预测精度基本上达到了令人满意的效果，但把专家知识转换为一系列的数学规则是较难实现的。专家系统预测法适用于中、长期负荷预测。此方法的优点是：能同时集中领域中多个专家的知识和经验，最大限度地综合利用专家们已有的知识和预测能力；占有的资料、信息多，而且信息的可靠性较更高、也更为专业，考虑的影响因素也比较全面，只要推理方式正确，更容易得出相对合理的正确结论。缺点是：该方法本身不具有自学

19、习能力，容易受到数据库中已有的知识总量的限制；对突发性事件和随时间发展而不断变化的条件适应性较差。5.4 模糊逻辑法模糊负荷预测是近几年比较热门的研究方向。模糊预测方法首先通过将输入的原始数据及模型中各相关参数模糊化，确定其模糊隶属度和非隶属度，从而弱化模型对历史数据准确程度的依赖，在原始负荷数据及其影响因素的历史和未来发展数据不够准确的情况下，通过模糊化的重新整合，对未来发展趋势进行预测，以获得较高的预测精度。模糊逻辑的主要优点在于能够将日常的一些相对概念以数学的方式表达出来，增强了计算机处理相关知识的能力。但由于进行模糊化时需要人工进行一定程度的干预，如隶属度的设定、隶属度函数的选择等，这

20、些都会影响模糊逻辑的应用效果。也就是说，模糊逻辑在负荷应用中的效果在很大程度上取决于使用者的经验。5.5 小波分析小波分析由于其在时域和频域上同时具有很好的局部化性质，被广泛应用于各个领域。负荷预测也是小波分析应用领域之一。在负荷预测中，利用对负荷序列进行小波变换，可以将负荷投影到不同的尺度上。基于传统的负荷分解方法，将电量负荷分解成不同的子序列，并对不同的子负荷序列分别进行预测，最后通过对预测结果的综合分析，以达到更佳的预测效果。除以上单一分析方法外，还有一种叫组合预测的方法。这种方法常被人们用来结合几种单一预测方法，达到提高负荷预测精度的目的。6 中长期负荷预测软件的开发6.1 管理信息系

21、统结构设计管理信息系统的开发和建设在我国经历了十多年的理论研究和实践探索,已在各行各业得到广泛的应用,信息系统正从单用户级规模慢慢扩大到部门、企业以及行业级的规模。计算机系统也由单机、传统、集中的终端一主机模式,向分布处理式的模式发展,计算机系统在与用户交互方面目前采用了Browser/Web Server的结构,其目的就是为了解决C/S开发方法中所面临的一系列的问题。C/S模式与B/S模式结构如图一所示。客户客户端（browser)请求网页请求结果WEB服务器服务器（server)查询结果C/S模式数据库服务器B/S模式图一6.1.1 C/S模式到90年代，C/S也算的上是一个较为先进的结构

22、,这种模式把应用分为两份,服务器用于负责数据的管理,客户机用来完成与用户之间的交互任务。C/S具有强壮的事务处理和数据操纵能力,以及数据的安全性和完整性约束,C/S结构己经非常成熟,有大量的优秀开发工具支持。但随着日益扩大的企业规模以及复杂度不断增加的应用程序,这种模式表现出以下不足之处：第一、较高的开发成本。C/S结构对客户端软硬件要求较高,软件的升级对硬件的要求越来越高,增大了整个系统的成本。第二、移植比较困难。不同开发工具开发的应用程序互不兼容,搬到其它平台上不能正常的运行。第三、用户界面使用繁杂,风格不一,不利于推广使用。第四、维护复杂,升级麻烦。如果应用程序要升级,必须到现场为客户机

23、一一升级,每个客户机上的应用程序都需维护。第五、信息内容和形式单一,因为传统MIS一般为事务处理,界面基本遵循数据库的字段解释,开发之初就己确定,而且不能随时截取办公信息和档案等外部信息,用户获得的只是单纯的字符和数字,既枯燥又死板。第六、新技术不能轻易应用。因为一个软件平台及开发工具一旦选定,不可能轻易更改。6.1.2 B/S模式随着Web技术和Internet应用的不断发展,B/S成为了数据库系统体系结构中的新潮流。B/S结构实质上是一种三层结构的C/S计算,其中WWW服务器充当着双重的角色,它主要是以浏览器技术来实现客户端数据的交互功能,中间层则由应用服务器和web服务器实现数据业务逻辑

24、处理功能和表达逻辑处理功能,后端的数据库服务器仍然主要实现数据的集中储存和管理。基于B/S的Internet技术,其四项优势是实质性的：第一、它是有计算技术以来最稳定的技术平台在C/S时代,用户最苦恼的问题莫过于如何选择一个稳定的平台,由于以前的技术基础不是网络,因此自然地发展出众多的互不兼容的技术平台。每种技术平台,从用户应用稳定性要求来看,都可以说是昙花一现,给用户留下了无奈与苦恼。只有进入网络计算机时代,由于上亿用户都连在网上,其技术才获得了高度稳定性。它只能发展,不能被推翻,所有人只能支持和遵循它,不能控制它。第二、其客户机的技术对于大中型企业都特别合适。在C/S模式下,每种应用的主要

25、部分是在客户机端,在众多的客户机端安装和维护多种应用的多个版本,让人难以承受。而Internet技术却不同,上亿个用户只是通过浏览器这个统一界面,就可享受到永远在不断变化的、无限丰富和发展着的信息服务,Internet原则上取消了所有在客户机端的维护工作。第三、它提供了异种机、异种网、异种应用服务的联机、联网、统一服务的最现实的开放性基础。通过Internet技术统一访问异种数据库,早己成为现实。从ISDN到ATM,再到现在大行其道的TCP、IP,正是由于Internet的大行其道,宽带IP将会成为真正的、统一服务的网络基础。第四、它的软件的开发模块化,维护方便。网络负载轻系统中所有复杂的数据

26、计算操作都放在服务器端实现,浏览器和服务器之间传送的数据仅仅是计算的条件和结果,因此大大地降低了网络通信量,减轻了网络负载。6.2 Web构建平台与服务组件6.2.1 NET平台简介.NET是一个开发的平台,它定义的公共语言子集是一种为符合其规范的语言与类库之间提供无缝集成的混合语。.NET提供了对下一代网络通信标准,统一了编程类库,可扩展标记语言的完全支持,使应用程序的开发变得更加容易和简单。同时Microsoft.NET解决了当今软件开发中的一些核心问题,为编程人员带来了很多好处。6.2.2 ASP.NETASP是一种网页脚本语言,它的主要特点是数据库驱动和动态交互。引入ASP就会使你的个人网站具有很强的动态交互和数据交换能力。由于它是建立在公共语言运行库上的编程框架,可用于在服务器上生成功能强大的WEB应用程序。ASP.NET不只是下一版本的ASP,它还是统一的Web开发平台,用来提供开发人员生成企业级Web应用程序所需的服务。6.2.3 数据库设计Microsoft SQL Sever2000作为一种关系数据库管理系统是在成熟和强大的关系模型中建立的,关系模型是当前最受欢迎的数据存储和数据检索模型。安装以后,