电力负荷预测方法与应用

电力负荷预测方法与应用一、概述电力工业是国民经济的基础工业。随着我国产业结构完善和人民整体生活水平的改善，对电能的需求逐年加大，同时对电力质量的要求也越来越高，且由于电能生产和消费的同时性，对电网建设和布局提出了更高的要求。电力负荷预测是电网规划建设的依据和基础。随着电力工业在国民经济中扮演着越来越重要的角色，电力负荷的正确预测显得尤为重要。电力负荷预测是指通过对电力系统负荷历史数据的分析和研究，运用统计学、数学、计算机、工程技术及经验分析等定性定量的方法，探索事物之间的内在联系和发展变化规律，对未来的负荷发展做出预先估计和推测。电力负荷预测结果的准确与否直接关系到电力投资的效益，供电的可靠性，用电需求的正常发展，以及社会的经济效益和社会效益。但要做到预测准确或较准确是很困难的，因为影响电力负荷预测的因素相当多，且由于各地区产业结构和人民生活水平不同，各具体因素对电力负荷预测的敏感度是不一样的，因而电力负荷预测具模糊性。回顾我国“十五”期间的预测情况与实际发展情况是很有意义的。基于“九五”期间国民经济和电力工业的发展状况，在全国电力供需趋于平衡的前提下，我国制定的“十五”规划对电力工业发展提出了“可持续发展”的要求：电力工业发展方式要从数量速度型向质量效益型转变，从以供给导向为主转向以需求导向为主，优化电力资源配置。国家经贸委电力工业“十五”规划中预测：“十五”期间我国经济增长速度为年均7%左右，电力需求的平均增长速度为5%，到2005年全国发电装机容量将达到3.9亿千瓦，全国发电量将达到17500亿千瓦时以上。国家电力公司电力工业“十五”计划及2015年远景规划中预测：“十五”期间我国GDP年均增长7%左右，电力需求的平均增长速度在4.5%~5.0%之间，到2005年全国发电装机容量将达到3.65亿千瓦，全社会用电量将达到16200亿~16600亿千瓦时。但实际的情况是：截至2005年年底，全国发电装机容量达到5.17亿千瓦，全国发电量达到24975.26亿千瓦时，全社会用电量为24689亿千瓦时。比较我国“十五”期间电力工业发展中发电装机容量、发电量与全社会用电量等参数的预测值与实际值，可以发现我国“十五”电力规划中全国发电装机容量、发电量和全社会用电量的误差分别高达33%、43%和50%，这还是在2002年下半年至2005年间严重限电情况下发生的值，实际的电力需求值比这还高很多，也即误差比这还要高的多。这直接导致了自2002年6月以来的全国电力供需严重紧缺状态，直至“十五”末期电力供需形势总体来说仍然处于紧张状态，2005年曾在一季度拉闸限电省份达创纪录的26个，最大限负荷达3400万千瓦。而“十五”期间的严重缺电，不仅成为影响国民经济快速发展的“瓶颈”，其隐性损失更是不可估量：成百上千的企业无法正常生产，安全生产埋下隐患，投资环境和城市形象蒙上阴影，人民正常生活受到影响。因此正确预测电力负荷对指导我国电力“又好又快”地发展具有重要意义。预测技术的发展源于社会的需求和实践。预测是人们根据历史的和现在掌握的信息，利用已经掌握的知识和手段，预先推知和判断研究对象的未来或未知状况的结果。预测可以提供未来的信息，为当前人们做出有利的决策提供依据。随着人类社会和科学技术的发展，预测技术也得到了不断的发展，尤其是最近几十年，随着预测理论、方法和技术的不断丰富，在某些领域预测的精度甚至可以达到很高的水平。到二十世纪七十年代末，预测逐渐形成了一门自成体系的综合性学科，并得到了迅速发展。电力系统负荷预测方法的研究起步较晚，从二十世纪八十年代后才有了较大的发展。电力系统负荷预测是指：在考虑一些重要的系统运行特性、增容决策和自然条件下，利用一套系统的处理过去和未来负荷的方法，在一定精度意义下，决定未来某特定时刻或某些特定时刻的负荷值。电力负荷预测是电力系统规划、运行不可缺少的重要环节，负荷预测的准确程度将直接影响到投资、网络布局和运行的合理性，是实时控制、运行计划和发展规划的前提和重要依据。因此，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。电力系统负荷预测的具体作用视预测期限的长短而异。一般可分为长期、中期、短期和超短期四种。其中，中期负荷预测是指5年左右，长期负荷预测一般是指十年至数十年的负荷预侧。中长期负荷预测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、型式、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[8]。近年来，随着计算机技术的迅猛发展，使大量复杂的、用人工方法难以实现的预测方法的采用成为可能，而且负荷预测的手段也逐渐发展为运用软件预测，使得负荷预测的方法和手段大为增加，但要做准确的预测仍存在着很大的问题。2005年，全国发电装机总容量5.08亿kW（其中，火电占75.6%，水电占22.9%，核电占1.35%，其它占0.15%），发电量24747亿kW·h。2006年，全国发电装机总容量6.22亿kW（其中，火电占77.82%，水电占20.67%，其它占1.51%），同比增长20.3%，发电量28344亿kW·h，同比增长13.5%。其中，水电发电量4167亿kW·h，约占全部发电量14.70%，同比增长5.1%；火电发电量23573亿kW·h，约占全部发电量83.17%，同比增长15.3%；核电发电量543亿kW·h，约占全部发电量1.92%，同比增长2.4%。预计2010年，全国发电装机总容量将达到8亿kW。2005年，我国全社会用电量24689亿kW·h，同比增长13.45%，用电结构仍以工业为主，占73.8%，同比增长13.37%。城乡居民生活用电量增长最快，达2838亿kW·h，同比增长16.19%。2006年，我国全社会用电量28248亿kW·h，同比增长14.0%，其中，第一产业用电量为832亿kW·h，同比增长9.9%；第二产业用电量为21354亿kW·h，同比增长14.3%；第三产业用电量为2822亿kW·h，同比增长11.8%；城乡居民生活用电量为3240亿kW·h，同比增长14.7%。2005年，云南省总装机容量1320万kW（其中，火电约占35%，水电约占65%），同比增长12.7%；发电量624.2亿kW·h，同比增长14.8%。云南电网公司统调装机容量893万kW，同比增长6.95%；完成售电量432.4亿kW·h，同比增长14.14%，其中，省内售电量完成366.17亿kW·h，同比增长18.81%；外送电量66.23亿kW·h，其中送广东电量62.96亿kW·h，送越南电量3.27亿kW·h。2006年，云南省总装机容量1853万kW。目前，全省发电总装机容量达2077万kW。预计2010年，全省发电装机总容量将突破3600万kW，2020年，将达到8000万kW。二、电力负荷预测方法与应用综合国内外对电力系统中长期负荷预测方面的研究，采用的预测方法及达到的预测精度各有不同，但主要有：经典方法、传统方法、智能方法等三大类。（一）经典预测方法经典预测方法通常是依靠专家的经验或一些简单变量之间的相互关系对未来负荷值做出一个方向性的结论。主要有分单耗法、电力弹性系数法、负荷密度法、分类负荷预测法和人均电量法等。1、单耗法这个方法是根据预测期的产品产量（或产值）和用电单耗计算需要的用电量，即Ah＝ni1QiUi式中Ah—某行业预测期的需电量；Ui—各种产品（产值）用电单耗；Qi—各种产品产量（或产值）。当分别算出各行业的需用电量之后，把它们相加，就可以得到全部行业的需用电量。这个方法适用于工业比重大的系统。对于中近期负荷预测（中期负荷预测的前5年），此时，用户已有生产或建设计划，根据我国的多年经验，用单耗法是有效的。在已知某规划年的需电量后，可用年最大负荷利用小时数来预测年最大负荷，即Pn·max=TAnmax式中Pn·max—年最大负荷（MW）；An—年需用电量（kW·h）；Tmax—年最大负荷利用小时数（h）。各电力系统的年最大负荷利用小时数，可根据历史统计资料及今后用电结构变化情况分析确定。单耗法分产品单耗法和产值单耗法。采用单耗法预测负荷的关键是确定适当的产品单耗或产值单耗。单耗法可用于计算工业用户的负荷预测。单耗法可根据第一、第二、第三产业单位用电量创造的经济价值，从预测经济指标推算用电需求量，加上居民生活用电量，构成全社会用电量。预测时，通过对过去的单位产值耗电量(以下简称“单耗”)进行统计分析，并结合产业结构调整，找出一定的规律，预测规划第一、第二、第三产业的综合单耗，然后根据国民经济和社会发展规划指标，按单耗进行预测。单耗法需要做大量细致的统计、分析工作，近期预测效果较佳。单耗法的优点是方法简单，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。2、电力弹性系数法电力弹性系数kt是指年用电量（或年最大负荷）的年平均增长率kzch（%）与（%）国内生产总值（GDP）年平均增长率kgzch（%）的比值，即kt=kkgzchzch电力弹性系数是一个宏观指标，可用作远期规划粗线条的负荷预测。采用这个方法首先要掌握今后国内生产总值的年平均增长速度，然后根据过去各阶段的电力弹性系数值，分析其变化趋势，选用适当的电力弹性系数（一般大于1）。由于电力弹性系数与各省、各地区的国民经济结构及发展有关，各省及地区需对本省、本地区的电力弹性系数资料进行统计分析，找出适合于本省、本地区的电力弹性系数发展趋势。有了弹性系数及国内生产总值的年平均增长率，就可以计算规划年份所需用的电量，即Am=A0(l＋ktkgzch)n式中Am—预测期末的需用电量（或年最大负荷）；A0—预测期初的需用电量（或年最大负荷）；kt—电力弹性系数；kgzch—国内生产总值的年平均增长率；n—计算期的年数。电力弹性系数也分为电力生产弹性系数和电力消费弹性系数，前者与装机容量或发电量的增长速度有关，后者与用电量的增长速度有关。电力弹性系数，一般是指以电量为基础来计算的，即用发电量或用电量的发展速度（增长率）除以国民经济增长速度得出的。国民经济增长速度过去常采用工农业总产值或国民收入的增长速度来计算，后为了与国际接轨，采用国民生产总值的增长速度来计算，近年来又采用国民生产总值的增长速度来计算。由于电力不能储备，因此不仅要满足电量的要求，还要满足容量的要求，所以应当有以发供电设备容量为基础计算的电力弹性系数。在不缺电的情况下，这两个弹性系数应当是一致的，但是在缺电特别是严重缺电和的条件下，这两个弹性系数是不一致的。在缺电的条件下，计算以容量为基础的电力弹性系数比计算以电量为基础的电力弹性系数更为重要。另一方面，以容量为基础的电力弹性系数所要考虑的因素也要比以电量计算考虑得多一些，一是要考虑还欠账，以保证电力系统有足够的备用容量；二是要考虑降低过高的发供电设备利用小时数；三是要考虑国民经济计划超额和提前完成的因素。因此，在缺电的条件下，以容量计算的电力弹性系数要大于以电量计算的电力弹性系数。根据现代经济学原理分析，不同地区在不同的经济发展阶段。其电力弹性系数有不同的数值。电力弹性系数的变化不仅与电力工业的发展水平直接有关，还与科学技术水平、经济结构、资源状况、产品结构、装备和管理水平以及人民生活水平等因素有关。从“一五”到“十五”期间，我国有6个五年计划期电力弹性系数大于1，大部分集中在前期；有3个五年计划期弹性系数小于1，多集中在近期，这似乎反映了用电增长速度最终将趋向于低于经济的增长速度这样一种发展态势（见表）。我国各个五年计划经济增长与用电增长的关系计划期年份GDP增速（%）用电量增速（%）电力弹性系数三年恢复期1950-195221.116.90.90“一五”计划期1953-19579.219.92.15“二五”计划期1958-1962-2.018.5三年调整期1963-196515.113.50.90“三五”计划期1966-19706.911.61.67“四五”计划期1971-19755.910.11.