电力系统负荷预测方法

电力系统负荷预测方法所谓的电力负荷预测是指以电力负荷变化以及外界因素变化为基础，以特定的数学方法或者建立数学模型的方式为手段，通过对电力负荷历史数据进行分析，对电力系统的需求做出估计以及研究相关因素对电力负荷的影响负荷预测包括两方面的含义：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；电量需求量预测决定发电设备的类型如调峰机组基荷类型等负荷预测要具备两方面的条件:一是历史数据信息的可靠性;二是预测方法的有效性。负荷预测的核心问题是如何利用现有的历史数据(历史负荷数据和气象数据等),采用适当的预测方法对未来时刻或时间段内的电力值和电量值进行估计。是什么？负荷分类预测内容基本方法预测评估引言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电力系统负荷预测关系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。电力系统运行过程中，电力负荷预测问题对许多电力部门都起着重要作用，它涉及到电力系统规划和设计、电力系统经济安全运行以及电力市场交易等多个方面。随着电力工业不断发展逐渐进入市场化，负荷预测在电力行业中扮演着越来越重要的角色，并已经成为市场营销和交易部门的核心业务，这也对负荷预测的精确度和稳定性提出了更高的要求。为什么？负荷分类预测内容基本方法预测评估引言讲什么？•1电力系统负荷的分类•2电力系统负荷预测的内容•3电力系统负荷预测基本方法•4电力系统负荷预测的评估负荷分类预测内容基本方法预测评估引言电力系统负荷的分类•1.1按物理性能分类（有功P、无功Q）•1.2按电能的生产、供给和销售过程分类（有功P）•1.3按所属行业分类（有功P）•1.4按负荷在电力系统中的分布分类（有功P）•1.5按时间分类（有功P）•1.6按负荷的重要性分类（有功P）负荷分类预测内容基本方法预测评估引言电力系统负荷的分类•1.1按物理性能分类（有功P、无功Q）回顾：有功功率P和无功功率Q的定义有功功率和无功功率的作用•1.2按电能的生产、供给和销售过程分类发电负荷、供电负荷和用电负荷（有功负荷）用电负荷=系统内各用户在某一时刻所耗用电力的总和供电负荷=用电负荷+网损(线路和变压器损耗)发电负荷=供电负荷+发电厂厂用负荷=用电负荷+网损(线路和变压器损耗)+厂用电负荷分类预测内容基本方法预测评估引言电力系统负荷的分类•1.3按所属行业分类（有功P）•国民经济行业用电、城乡居民生活用电•第一产业、第二产业、第三产业、居民生活用电第一产业用电农、林、牧、渔第二产业用电工业和建筑业第三产业用电水利业、其他剩余部分居民生活用电住宅用电•1.4按负荷在电力系统中的分布分类（有功P）•变电所负荷、分区负荷及全系统负荷负荷分类预测内容基本方法预测评估引言电力系统负荷的分类（完）•1.5按时间分类（有功P）•年、月、周、日负荷•每年、每月、每周、每日的最大负荷•1.6按负荷的重要性分类（有功P）•一级负荷中断供电将造成人身伤亡，或在政治经济上有重大损失的负荷•二级负荷中断供电将影响重要用电单位的正常工作或将在政治经济上有较大损失的负荷•三级负荷不属于一级和二级的其他负荷。负荷分类预测内容基本方法预测评估引言电力负荷预测的基本内容•2电力负荷预测的基本内容•2.1电力负荷预测的分类•2.2电力负荷特性和参数•2.3电力负荷预测的分析要素•2.4电力负荷预测的特点及结果分析负荷分类预测内容基本方法预测评估引言电力负荷预测的基本内容•2.1电力负荷预测的分类①超短期负荷预测是指未来1h以内的负荷预测，在安全监视状态下，需要5～10s或1～5min的预测值，预防性控制和紧急状态处理需要10min至1h的预测值。②短期负荷预测是指日负荷预测和周负荷预测，分别用于安排日调度计划和周调度计划，包括确定机组起停、水火电协调、联络线交换功率、负荷经济分配、水库调度和设备检修等，对短期预测，需充分研究电网负荷变化规律，分析负荷变化相关因子，特别是天气因素、日类型等和短期负荷变化的关系。③中期负荷预测是指月至年的负荷预测，主要是确定机组运行方式和设备大修计划等。④长期负荷预测是指未来3～5年甚至更长时间段内的负荷预测，主要是电网规划部门根据国民经济的发展和对电力负荷的需求，所作的电网改造和扩建工作的远景规划。对中、长期负荷预测，要特别研究国民经济发展、国家政策等的影响。负荷分类预测内容基本方法预测评估引言电力负荷预测的基本内容•2.2电力负荷特性和参数•年平均日负荷率=全年各日负荷率的平均值全年每月最大负荷日平均负荷之和全年每月最大负荷日最大负荷之和•日最小负荷率β=日最小负荷/日最大负荷•最大负荷利用小时数=年发（用）电量/年最大负荷•日峰谷差=日最大负荷-日最小负荷•年最大峰谷差=日峰谷差的最大值负荷分类预测内容基本方法预测评估引言电力负荷预测的基本内容•2.3电力负荷预测的要素•能源变化的情况•国民生产总值增长率•工业生产发展速度•设备投资、人口增长•时间发展•分地区电力电量消费水平及其构成；•地区总的电力电量消费与工农业产值的比例关系；•过去5-10年电力电量增长速度；•对负荷特性、缺电情况做必要的分析和描述负荷分类预测内容基本方法预测评估引言电力负荷预测的基本内容•2.4电力负荷预测的特点及结果分析•由于负荷预测是根据电力负荷的过去和现在推测它的未来数值，所以负荷预测工作所研究的对象是不肯定事件。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和可能达到的状况。这就使负荷预测具有以下明显的特点：不准确性条件性时间性多方案性负荷分类预测内容基本方法预测评估引言电力负荷预测的基本内容•不准确性因为电力负荷未来的发展是不肯定的，它要受到多种多样复杂因素的影响，而且各种影响因素也是发展变化的。人们对于这些发展变化有些能够预先估计，有些却很难事先预见到，加上一些临时情况发生变化的影响，因此就决定了预测结果的不准确性或不完全准确性。•条件性各种负荷预测都是在一定条件下作出的。对于条件而言，又可分为必然条件和假设条件两种，如果负荷员真正掌握了电力负荷的本质规律，那么预测条件就是必然条件，所作出的预测往往是比较可靠的。而在很多情况下，由于负荷未来发展的不肯定性，所以就需要一些假设条件。负荷分类预测内容基本方法预测评估引言电力负荷预测的基本内容（完）•时间性•各种负荷预测都有一定的时间范围，因为负荷预测属于科学预测的范畴，因此，要求有比较确切的数量概念，往往需要确切地指明预测的时间。•多方案性•由于预测的不准确性和条件性，所以有时要对负荷在各种情况下可能的发展状况进行预测，就会得到各种条件下不同的负荷预测方案。负荷分类预测内容基本方法预测评估引言电力负荷预测的基本方法•最小二乘法最小二乘法（又称最小平方法）是一种数学优化技术。它通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配。利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据，并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小。最小二乘法还可用于曲线拟合。其他一些优化问题也可通过最小化能量或最大化熵用最小二乘法来表达。2()QYiYj0102()0QYiaaXia0112()0QYiaaXia01YjaaX参数使未知的，通过选择参数使得离差Q的值最小，最小二乘法其实质是极大似然估计。1()()()()XiXXiYSxyaSxxXiXXiX01aYaX负荷分类预测内容基本方法预测评估引言电力负荷预测的基本方法•背景介绍1801年，意大利天文学家朱赛普.皮亚齐发现了第一颗小行星谷神星。经过40天的跟踪观测后，由于谷神星运行至太阳背后，使得皮亚齐失去了谷神星的位置。随后全世界的科学家利用皮亚齐的观测数据开始寻找谷神星，但是根据大多数人计算的结果来寻找谷神星都没有结果。时年24岁的高斯也计算了谷神星的轨道。奥地利天文学家海因里希·奥尔伯斯根据高斯计算出来的轨道重新发现了谷神星。高斯使用的最小二乘法的方法发表于1809年他的著作《天体运动论》中。法国科学家勒让德于1806年独立发明“最小二乘法”，但因不为世人所知而默默无闻。勒让德曾与高斯为谁最早创立最小二乘法原理发生争执。1829年，高斯提供了最小二乘法的优化效果强于其他方法的证明，因此被称为高斯-马尔可夫定理。负荷分类预测内容基本方法预测评估引言电力负荷预测的基本方法•3电力系统负荷预测基本方法用电（产值）单耗法•将预测期的产品产量(或产值)乘以用电单耗，可得所需要的用电量。适用于已有生产或建设计划的中近期负荷预测。•关键问题：确定适当的产品单耗或产值单耗。•常用：三次产业产值（或增加值）单耗法+居民生活用电。（应用时应注意各年度产值应归算至同一年度）。三次产业需电量预测可根据各地的工业、农业布局、结构产业情况进一步细分，如按八大类的单耗电量预测；对于用电比重大的二产业，可再细分冶金、石油化工建材等。优点是：方法简单，对短期负荷预测效果较好。缺点是：需做大量细致的调研工作，比较笼统，很难反映现代经济、政治、气候等条件的影响。负荷分类预测内容基本方法预测评估引言电力负荷预测的基本方法•趋势外推法负荷依时间变化呈现某种上升或下降的趋势，明显的季节波动，又能找到一条合适的函数曲线反映这种变化趋势时，就可以用时间t为自变量，时序数值y为因变量，建立趋势模型y＝f(t)。当有理由相信这种趋势能够延伸到未来时，赋予变量t所需要的值，可以得到相应时刻的时间序列未来值。这就是趋势外推法。应用趋势外推法有两个假设条件：①假设负荷没有跳跃式变化；②假定负荷的发展因素也决定负荷未来的发展，其条件是不变或变化不大。外推法包括：线性趋势预测法、对数趋势预测法、二次曲线趋势预测法、指数曲线趋势预测法、生长曲线趋势预测法。优点是：只需要历史数据、所需的数据量较少。缺点是：如果负荷出现变动，会引起较大的误差。负荷分类预测内容基本方法预测评估引言电力负荷预测的基本方法电力弹性系数法在某一时期内用电量的平均年增长率与同时期国内生产总值平均年增长率的比值。•电力弹性系数是一个宏观指标，弹性系数法是从宏观上确定电力发展同国民经济发展的相对速度，它是衡量国民经济发展和用电需求的重要参数。•前提条件：必须预先知道预测期国民经济的发展目标及其年平均增长速度。•关键及核心问题：是确定预测期的电力弹性系数值•优点是：方法简单，易于计算。缺点是：需做大量细致的调研工作。负荷分类预测内容基本方法预测评估引言电力负荷预测的基本方法•回归分析法回归分析法是研究一个变量（被解释变量）关于另一个（些）变量（解释变量）的具体依赖关系的计算方法和理论。根据负荷过去的历史资料,建立可进行数学分析的数学模型,回归模型有一元线性回归、多元线性回归、非线性回归等回归预测模型对未来的负荷进行预测。其特点是将预测目标的因素作为自变量,将预测目标作为因变量,具有较强的内插能力。负荷分类预测内容基本方法预测评估引言电力负荷预测的基本方法•时间序列法•根据历史统计资料，总结出电力负荷发展水平与时间先后顺序的关系，即把时间序列作为一个随机变量，用数理统计的方法，尽可能减少偶然因素的影响，得出电力负荷随时间序列所反映出来的趋势，并进行外推以预测未来负荷发展的水平。•时间序列预测，计算简单，但没有考虑负荷变化的因素，对规律性的处理不足，只适用于负荷变化比较均匀的短期预测的情况•优点是：所需历史数据少、工作量少。缺点是：没有考虑负荷变化的因素，只致力于数据的拟合，对规律性的处理不足，只适用于负荷变化比较均匀的短期预测的情况。负荷分类预测内容基本方法预测评估引言电力负荷预测的基本内容负荷分类预测内容基本方法预测评估引言电力负荷预测的基本方法•灰色模型法灰色系统理论是研究解决灰色系统分析、建模、预测、决策和控制的理论,近年来,它已在气象、农业等领域得到广泛应用。从电力系统的实际情况可知,影响电力负荷的诸多因素中,一些因素是确定的,而另一些因素则是不确定的,故可以把它