《电力系统规划》第2章

电力系统规划第2章湖南工业大学电气与信息工程学院第2章电力负荷预测2.1电力系统负荷预测概述2.2电力负荷预测的数据处理技术2.3确定性负荷预测方法2.4不确定性负荷预测方法2.5空间负荷预测2.6负荷预测评价电力系统规划第2章湖南工业大学电气与信息工程学院2.1电力系统负荷预测概述1.负荷预测的基本概念及意义2.电力系统负荷的构成和特点3.电力系统负荷预测分类及特点4.负荷预测的基本程序和影响因素电力系统规划第2章湖南工业大学电气与信息工程学院1.负荷预测的基本概念及意义1)基本概念——负荷预测是根据系统的运行特性、增容决策、自然条件与社会影响等诸多因素，在满足一定精度要求的条件下，确定未来某特定时刻的负荷数据，其中负荷是指电力需求量（功率）或用电量。是以电力负荷为对象进行的一系列预测工作。2）意义——预测未来电力负荷的时间分布和空间分布，为电力系统规划和运行提供可靠的决策依据。准确的负荷预测，是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。电力系统规划第2章湖南工业大学电气与信息工程学院2.电力系统负荷的构成和特点1）采用不同的分类方法，将规划区域范围内（例如全国、省、地、县（市））的电力负荷分成若干类别；2）分门别类地进行分析研究和预测其可能的变化趋势；3）采用某些综合技术进行研究和预测，便可以得到电力系统规划中所需要的相关负荷资料。电力系统规划第2章湖南工业大学电气与信息工程学院电力负荷按照不同的研究目标采用不同的分类方法•按用电部门的属性划分•按用电的目的划分•按用电单位或部门的重要性划分•按电力负荷的大小划分•电力系统规划中负荷预测采用的分类方法主要是按用电的部门属性划分法和按负荷预测的时间长短的划分法电力系统规划第2章湖南工业大学电气与信息工程学院第一产业第二产业第三产业动力、照明、电热、操作控制及通讯一类、二类、三类最大负荷平均负荷最小负荷电力系统规划第2章湖南工业大学电气与信息工程学院用电负荷：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+发电厂厂用负荷国民经济行业用电：第一产业、第二产业、第三产业和居民生活用电第一产业：农、林、牧、渔、水利业第二产业：工业和建筑业第三产业：除一二产业用电中的其他部分一级负荷、二级负荷、三级负荷电力系统规划第2章湖南工业大学电气与信息工程学院3.电力系统负荷预测分类及特点用电负荷按用电部门的属性划分工业用电：重工业用电、轻工业用电农业用电：排灌用电、农副加工用电、农村照明用电交通用电：电气铁路用电、城市交通用电市政用电、商业用电、街道照明用电、家庭生活用电、公共娱乐用电电力系统规划第2章湖南工业大学电气与信息工程学院负荷预测按时间分类电网调度部门电力规划部门长期以年为单位10~30年中期数周至一月5~10年短期24~48小时以内1~5年超短期1小时以内电力系统规划第2章湖南工业大学电气与信息工程学院负荷预测按行业分类按行业分城市民用负荷工业负荷商业负荷农村负荷电力系统规划第2章湖南工业大学电气与信息工程学院负荷预测按特性分类•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，负荷率电力系统规划第2章湖南工业大学电气与信息工程学院4.负荷预测的基本程序和影响因素1）调查和选择历史负荷数据资料2）历史资料的整理3）对负荷数据的预处理4）建立负荷预测模型5）预测模型的应用6）预测结果的评价7）预测精度的评价8）编写预测分析报告基本程序电力系统规划第2章湖南工业大学电气与信息工程学院1）经济发展水平及经济结构调整的影响2）收入水平、生活水平和消费观念变化的影响3）电力消费结构变化的影响4）气候气温的影响5）电价（分时电价，可中断电价）的影响6）需求侧管理措施的影响7）电力供应侧8）政策因素电力系统规划第2章湖南工业大学电气与信息工程学院随机干扰气候时间经济影响因素电力系统规划第2章湖南工业大学电气与信息工程学院常用负荷曲线0.60.70.80.91.0012345678910111213141516171819202122232001年夏季2001年冬季日负荷曲线:一天内每小时(整点时刻)负荷的变化情况。电力系统规划第2章湖南工业大学电气与信息工程学院•年负荷曲线:每年每个月最大负荷变化情况。0.850.900.951.001.051月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月电力系统规划第2章湖南工业大学电气与信息工程学院2.2电力负荷预测的数据处理技术1.历史数据的作用•历史数据是负荷预测的根基。•任何预测技术都是针对历史数据进行研究的，发现其内在规律，进而预测未来负荷。历史数据的真实、准确和简洁直接影响到预测精度的高低。电力系统规划第2章湖南工业大学电气与信息工程学院2.数据处理的必要性【必要性】历史数据的正确性直接影响到预测精度的高低。因此需要对历史数据进行合理性分析，去伪存真。【意义】数据的前置处理可使原始数据得到优化，降低算法的时间和空间复杂性，利于算法的最终实现。【基本要求】•排除人为因素或统计口径不同带来的误差；•尽量减少“异常数据”；•对缺失数据进行合理处理。电力系统规划第2章湖南工业大学电气与信息工程学院3.数据处理的基本内容（1）数据补全：可使用人工填写空值、使用最可能的值填充、使用一个全局常量填充等方法。（2）数据噪声处理：由于数据录入或测量仪表等原因可能使数据存在较大的偏差，为了保证预测模型的有效性，必须对异常数据进行相关处理，常用的方法有分箱、聚类、回归、计算机和人工检查结合四类方法。（3）负荷数据预处理：对历史负荷数据资料中的异常值的平稳化以及缺失数据的补遗。主要采用水平处理、垂直处理方法。电力系统规划第2章湖南工业大学电气与信息工程学院对异常数据，主要采用水平处理和垂直处理方法数据的水平处理：分析数据时，将前后两个时间的负荷数据作为基准，设定待处理数据的最大变动范围，当待处理数据超过这个范围，就视为不良数据，采用平均值的方法平稳其变化；数据的垂直处理：在负荷数据预处理时考虑其24h的小周期，即认为不同日期的同一时刻的负荷应该具有相似性，同时刻的负荷值应维持在一定的范围内，对于超出范围的不良数据，修正为待处理数据的最近几天该时刻的负荷平均值。电力系统规划第2章湖南工业大学电气与信息工程学院1）负荷预测的数据补全缺失数据无法回避，它的存在增大了预测误差。缺失数据的处理方法(1)将缺失数据剔除(2)用插补法补全数据单一插补：一个缺失值构造一个替代值。稳定性不够，适用于某些特定数据组。多重插补：一个缺失值构造多个替代值，用统计学方法处理，效果好，但工作量大。电力系统规划第2章湖南工业大学电气与信息工程学院数据补全的一般算法1.首端、末端数据空缺的补全采用趋势比例计算代替空缺数据，具体可采用级比生成法。设有n元原始数列X，{X}={x(1),x(2),x(3),...x(n)}若其首端、末端数据空缺，即{X}={w(1),x(2),x(3),...w(n)}此处，w(1)和w(n)为空缺数据。电力系统规划第2章湖南工业大学电气与信息工程学院H(k)为{X}的级比，定义为：H(k)=X(k)/X(k−1)则)3()2()2()3()2()1()2()1(2xxxxxHxw)2()1()1()()(2nxnxnxnHnw电力系统规划第2章湖南工业大学电气与信息工程学院2.中间数据空缺的补全适用于参考数据序列中间段若干数据出现缺失的情况。（1）非邻均值生成法若原始数列{X}为[X(1),X(2),…,X(k−1),w(k),X(k+1),…,X(n)]其中w(k)为空缺数据，记点k的生成值为w(k)，且w(k)=0.5X(k−1)+0.5X(k+1)电力系统规划第2章湖南工业大学电气与信息工程学院（2）递推式非邻均值生成法：适用于中间数据空缺较多的情况。步骤：1用空缺数据两端的数据采用非邻均值生成法得到中间的空缺数据；2再用两端的数据和己得出的空缺数据逐个采用非邻均值生成法•原始数列{X}=[X(1),X(2),,w(k1),w(k2),w(ki),,X(n)],其中w(kj)中(j=1,…,i)为空缺数据，则2)1()1()(2/)1(kxkxkwi2)()1((2/)1(2/)1(iikxkxkw电力系统规划第2章湖南工业大学电气与信息工程学院2.3确定性负荷预测方法确定性负荷预测是把电力负荷预测用一个或一组方程描述，电力负荷与变量之间有明确的一一对应关系。可分为经验技术预测法、经典技术预测法、经济模型预测法、时间序列预测法、相关系数预测法等。电力系统规划第2章湖南工业大学电气与信息工程学院•一、经验技术预测方法•1.专家预测法•专家预测法又分为专家会议法和专家小组法。专家会议法：通过召集专家开会，面对面讨论。缺点：与会人数有限，影响代表性；权威者意见可能起主导作用，影响其他人看法。专家小组法：专家们不通过会议形式，而是以书面的形式独立发表个人见解，专家之间相互保密，通过多次反复，给专家们重新考虑并修改原先意见的机会，最后综合出预测结果。电力系统规划第2章湖南工业大学电气与信息工程学院2.类比法•将类似事物进行对比分析，通过已知事物对未知事物或新事物进行预测。3.主观概率法•请若干专家来估计某特定事件发生的主观概率，然后综合得出该事件的概率。电力系统规划第2章湖南工业大学电气与信息工程学院二、需电量经典预测方法用电单耗法电力弹性系数法负荷密度法综合用电水平法人均电量指标换算法分部门法回归分析法时间序列法电力系统规划第2章湖南工业大学电气与信息工程学院1.用电单耗法•根据产品（或产值）用电单耗和产品产量（或产值）来推算电量，是预测有单耗指标的工业和部分农业用电量的一种直接有效的方法。•所需要的用电量A=预测期的产品产量b(或产值)×用电单耗量g，即A=bg•适用于已有生产或建设计划的中近期负荷预测。电力系统规划第2章湖南工业大学电气与信息工程学院2.电力弹性系数法电力弹性系数——某一时期内用电量的年平均增长率Ix与同时期国民生产总值(GDP)年平均增长率Iy的比值。假设国内生产总值和需电量均按比例正常增长，则需电量为：其中，Am——预测终止年份的用电量；A0——预测起始年份的用电量；km——预测ｍ年期限之内的平均弹性系数；m——预测期的年数。mymmIkAA)1(0电力系统规划第2章湖南工业大学电气与信息工程学院【例1】某地区根据以往数据，结合地区发展规划电力弹性系数取为1.05。GDP产值年平均增长率为15%，2003年的用电量为20亿度，预测2009年的用电量。解：A2009=A2003（1+kmky）m=20（1+0.15×1.05）6=48（亿kW·h）优点：计算简单。缺点：预测结果准确度不高，可用作远期规划粗线条的负荷预测。电力系统规划第2章湖南工业大学电气与信息工程学院3.负荷密度法•负荷密度d是指每平方公里土地面积上的平均负荷数值。参照城市发展规划、人口规划、居民收入水平增长情况。以地区土地面积（或建筑面积）的平均耗电量为参考依据的预测方法。计算式A=SD式中A——某地区的年（月）用电量；S——该地区的人口数（或建筑面积、土地面积）；D——人均电量（kWh/人）或用电密度（kwh/m2）。电力系统规划第2章湖南工业大学电气与信息工程学院【例2】右表为1987年我国部分大城市负荷密度（kW/km2）。北京市在规划城市负荷水平时，对四环内负荷密度按40~50MW/km2、四环以外至规划市区边缘负荷密度按10MW/km2、市区外则按0.19~0.32MW/km2进行规划和设计。城市全市市区市中心北京126.71733.02832.0沈阳98.3218.452829.8上海————6957.0广州73.0526.505217.0重庆37.21195.03553.0天津137.6222.24620.9珠海50.672.0673.1武汉120.254329.0电力系统规