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1、毕业设计（论文）引 言随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，电力作为一种非常重要的能源，已经深入到社会的各个角落，人们对电能质量的要求也越来越高，电力负荷预测作为保证电能质量的一个基本工具，得到了越来越多的关注。预测技术在电力工业中具有特别重要的地位。这是电力工业生产、输送、消费同时进行，以及电力工业先行的特点所决定的。需电量及电力负荷预测是电力系统规划和建设的基本依据，是电力企业日常经营管理工作的重要组成部分。负荷预测是能量管理系统（EMS)的一个重要模块。它所提供的未来的负荷数据，对电力系统的控制、运行和计划都是非常重要的。电力系统的稳定运行要求发电量能随时紧跟系统负荷的变化，即发电站发
2、出的电能必须能够平衡线路负荷，如果不事先预测负荷，或负荷预测不准，将会导致大量的电能浪费。准确预测负荷，不但对确定日运行方式有重要作用，可以确定相应的发电量及燃料需要量、合理安排发电机组、输变电设备的检修、确定电网在计划期内需要增加的发、输、变电设备容量，而且也是电力行业CIMS工程的基础和不可缺少的技术和设备。此外，电力负荷预测直接关系到电力系统生产计划和电力系统运行方式的安排，具有重要的经济意义。随着社会主义市场经济体制的不断完善和电力工业管理体制改革的深化，国家电力公司及其各省级电力公司作为电力市场的主体其一切经济活动都要以经济效益为中心，因此各级电力公司需要走向市场，立足电力市场，深入
3、研究电力市场的供需形势状况及其发展，以此为基础制定公司的发展战略、指导公司的经营活动。所以说电力负荷预测工作是电力公司经营和制定发展战略的基础，是准确把握市场脉搏，分析未来电力需求的走势的必要工具。中长期负荷预测是目前深受关注的研究课题，它在系统规划、新发电厂和发配电系统的建立上有着重要的地位。由于建立一个发电厂或变电站需要很长的时间及大量的费用，因此对于一个电力公司来说，进行有效的中长期负荷预测是十分必要的。它对电力系统(如机组最优组合、经济调度、最优潮流计算)优化调度而言，是非常有用的基础工具。此外，中长期负荷预测对电力系统的安全性也有着不可低估的作用，这中间包括对电网故障的分析处理，以及
4、对负荷的管理等。第1章 绪论 在电力系统中，负荷指电力需求量或用电量。需求量是能量的时间变化率，即功率。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。对功率的预测用来决定发电设备的容量，以及相应的输电和配电的容量。对能量的预测则决定了应当安装何种类型的发电容量。1. 1 电力系统负荷预测分类如图1-1所示，电力系统负荷预测按预测内容分为系统负荷预测和母线负荷预测两类。系统负荷预测是对研究系统未来的负荷需求的预测；母线负荷预测是系统负荷预测取得某一时刻系统负荷值，并将其分配到每一条母线上1418。1.1.1 负荷预测按周期分类SCADA系统负荷预测发电计划潮流状
5、态估计母线负荷预测图1-1 系统/母线负荷预测电力负荷预测按周期分类，可以分为超短期、短期、中期和长期负荷预测。超短期负荷预测用于质量控制。需5 10s的负荷值，用于安全监视需1 5min负荷值。用于预防控制和紧急状态处理，需10 60min负荷值，使用对象是调度员。在正常情况下，一般不考虑气象条件的影响，因为天气因素中最主要的影响因素温度己体现在负荷的历史数据中了。超短期负荷预测主要反映负荷在短时间内的变化规律，即反映负荷的上升、下降或水平趋势及变化值。 短期负荷预测主要用于火电分配、水火电协调、机组经济组合和交换功率计划，要1日1周的负荷值，使用对象是编制调度计划的工程师。短期负荷预测主要
6、考虑负荷的周期性变化规律及人气影响因素。中期负荷预测主要用于水库调度、机组检修、交换计划和燃料计划，需要1月1年的负荷值，主要预测指标有月平均最大负荷、月最大负荷和月用电量。使用对象是编制中长期运行计划的工程师。中期负荷预测考虑的因素比短期负荷预测要多些，特别是一些未来的因素及气候条件。长期负荷预测用于电源和网络发展，需要数年至数十年的负荷值，使用对象是规划工程师。长期负荷预测受地区的社会经济、人口、气候等因素影响，涉及许多不确定性问题。1.1.2 负荷预测按系统负荷构成分类一般来说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。不同类型的负荷有不同的变化规律。随着家用
7、电器的普及，城市居民负荷增长率提高、季节波动增大，且系统峰荷受气温影响越来越大。商业负荷影响晚尖峰，而且随季节而变化。工业负荷受气象影响较小，但大企业成本下降，使夜间低谷增长缓慢。农村负荷季节变化强，且与降水情况关系密切。分析负荷的结构及其影响因素对提高负荷预测的准确性至关重要，尤其是针对突发性重大事件。1. 2 负荷预测各部分的作用及关系各类负荷预测的周期、用途如表1-1所示：表1-1 各类电力系统负荷预测预测类型预测周期用途超短期几分-几小时实时调度决策支持系统、安全监视、状态估计等短期几日-几周状态分析、水火电分配与协调、机组经济组合、交换计划等中期几月-几年水库调度计划、机组检修计划、
8、燃料计划等长期多年电源规划，电网规划在能量管理系统(FMS)中，母线负荷预测模型与系统负荷预测模型有所不同，预测计划的参数采用大潮流母线负荷数据或状态估计结果修正。系统负荷预测和母线预测关系图1-2所示：人工修正历史负荷数据系统负荷预测某一时刻系统负荷人工选定模型结构母线负荷预测大潮流数据修正参数给定时间的母线负荷预测状态结果修正参数 图1-2 系统负荷预测和母线负荷预测1.3 负荷预测的特点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，所以负荷预测工作研究对象是不确定时间、随机时间，需要采用适当的预测技术和模型，推出负荷的发展趋势和可能达到的状况。其特点如下：（1）负荷预测的不准确
9、性预测学本身是一个研究不确定问题的理论和方法。电力负荷未来的发展也是不肯定的，它受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和不完全准确性。（2）负荷预测的条件性负荷预测的预测过程是一个由历史向未来递推的过程，是在一定条件下做出的。条件可分为必然条件和假设条件两种。如果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随机性，需要一些假设条件，给出的负荷预测结果就是基于这种假设的前提。这些假
10、设条件不能毫无根据的凭空假设，而应根据研究分析，综合各种情况而得来。（3）负荷预测的时间性各种负荷预测都有一定的时间范围，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。（4）负荷预测的地区效应在不同的负荷预测的范围内，负荷的构成比重不同，因此，影响负荷的因素有所不同。一般说来，大电网负荷变化有较强的统计规律性，预测结果较准确，而地区级电网的预测精度则相对低一些。（5）负荷预测的多方案性负荷预测的机理是一个数学建模的过程，而不同的数学模型的使用条件是有一定的限制的。因此，需根据负荷在各种情况下的可能发展状况进行预测，采用不同的负荷预测方案。1.4 电力系统负荷预测方法及特点413
11、 （1）单耗法 按照国家安排的产品产量、产值计划和用电单耗确定需电量。单耗法分“产品单耗法”和“产值单耗法”两种。采用“单耗法”预测负荷前的关键是确定适当的产品单耗或产值单耗。从中国的实际情况来看，一般规律是产品单耗逐年上升，产值单耗逐年下降。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）趋势外推法 当电力负荷依时间变化呈现某种上升或下降的趋势，并且无明显的季节波动，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yf(t)。当有理由相信这种趋势
12、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：假设负荷没有跳跃式变化；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。选择合适的趋势模型是应用趋势外推法的重要环节，图形识别法和差分法是选择趋势模型的两种基本方法。 外推法有线性趋势预测法、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。趋势外推法的优点是：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。 （3）弹性系数法 弹性系数是电量平均增长率与国内生产总值之间的比值，根据国内生产总值的增长速
13、度结合弹性系数得到规划期末的总用电量。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。该方法的优点是：方法简单，易于计算。缺点是：需做大量细致的调研工作。 （4）回归分析法 回归预测是根据负荷过去的历史资料，建立可以进行数学分析的数学模型。用数理统计中的回归分析方法对变量的观测数据统计分析，从而实现对未来的负荷进行预测。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。其中，线性回归用于中期负荷预测。优点是：预测精度较高，适用于在中、短期预测使用。缺点是：规划水平的年工农业总产值很难详细统计；用回归分析法只能测算出综合用电负荷的
14、发展水平，无法测算出各供电区的负荷发展水平，也就无法进行具体的电网建设规划。 （5）时间序列法 就是根据负荷的历史资料，设法建立一个数学模型，用这个数学模型一方面来描述电力负荷这个随机变量变化过程的统计规律性；另一方面在该数学模型的基础上再确立负荷预测的数学表达式，对未来的负荷进行预测。时间序列法主要有自回归AR(p)、滑动平均MA(q)和自回归与滑动平均ARMA(p,q)等。这些方法的优点是：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。 （6）灰色模型法 灰色预测是一种对含有不确定因素的系统进行预
15、测的方法。以灰色系统理论为基础的灰色预测技术，可在数据不多的情况下找出某个时期内起作用的规律，建立负荷预测的模型。分为普通灰色系统模型和最优化灰色模型两种。 普通灰色预测模型是一种指数增长模型，当电力负荷严格按指数规律持续增长时，此法有预测精度高、所需样本数据少、计算简便、可检验等优点；缺点是对于具有波动性变化的电力负荷，其预测误差较大，不符合实际需要。而最优化灰色模型可以把有起伏的原始数据序列变换成规律性增强的成指数递增变化的序列，大大提高预测精度和灰色模型法的适用范围。灰色模型法适用于短期负荷预测。灰色预测的优点：要求负荷数据少、不考虑分布规律、不考虑变化趋势、运算方便、短期预测精度高、易于检验。缺点：一是当数据离散程度越大，即数据灰度越大，预测精度越差；二是不太适合于电力系统的长期后推若干年的预测57。（7）德尔菲法 德尔菲法是根据有专门知识的人的直接经验，对研究的问题进行判断、预测的一种方法，也称专家调查法。德尔菲法具有反馈性、匿名性和统计性的特点。德尔菲法的优点是：可以加快预测速度和节约预测费用；可以获得各种不同但有价值的观点和意见；适用于长期预测，在历史资料不足或不可预测因素较多尤为适用。缺点是：对于分地区的负荷预测则可能不可靠；
