基于大用戶報裝的中長期城市負(fù)荷預(yù)測方法

陳宇鳴

摘 要：大用戶負(fù)荷是構(gòu)成城市負(fù)荷的主要部分，本文提出了一種基于大用戶報裝的中長期城市負(fù)荷預(yù)測方法。通過將城市負(fù)荷分解為大用戶負(fù)荷和中小負(fù)荷的兩部分，分別采用階段分析法和自然增長率法對這兩步進(jìn)行建模，從而實(shí)現(xiàn)中長期城市負(fù)荷預(yù)測。

關(guān)鍵詞：大用戶；城市負(fù)荷預(yù)測；中長期負(fù)荷預(yù)測

中圖分類號：TM714 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 引言

電網(wǎng)規(guī)劃是電網(wǎng)建設(shè)的依托和先決條件，規(guī)劃的質(zhì)量將嚴(yán)重影響到電網(wǎng)的建設(shè)投資費(fèi)用和電網(wǎng)的安全運(yùn)行。而電力系統(tǒng)中長期負(fù)荷預(yù)測是電網(wǎng)規(guī)劃的理論基礎(chǔ)，預(yù)測算法的精度直接影響到規(guī)劃方案的可信度，這是長期以來困擾電力系統(tǒng)規(guī)劃的重要問題。因此，電力系統(tǒng)中長期負(fù)荷預(yù)測方法的研究受到了廣大學(xué)者的關(guān)注，針對不同的應(yīng)用環(huán)境提出了多種負(fù)荷預(yù)測方法，取得了較豐碩的成果。

中長期負(fù)荷預(yù)測算法從模型數(shù)量上可以分為單模型負(fù)荷預(yù)測算法和多模型組合預(yù)測算法。其中單模型由于負(fù)荷預(yù)測方法由于模型的局限性，因而不同的模型適用不同規(guī)模和發(fā)展?fàn)顩r的城市，但是簡單易用。典型的單模型預(yù)測方法有彈性系數(shù)發(fā)、回歸分析法、指數(shù)平滑法、多項式法、灰色預(yù)測方法等。多模型組合預(yù)測算法是由多個單模型預(yù)測方法通過一定的比重加權(quán)得到，在適用范圍上比單模型廣，但是其需要人為挑選出合適的模型進(jìn)行加權(quán)組合，復(fù)雜度遠(yuǎn)高于單模型預(yù)測方法。

隨著計算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的發(fā)展，為了提高預(yù)測算法的適應(yīng)能力，在最近的負(fù)荷預(yù)測新理論和新方法中提出了許多具有學(xué)習(xí)能力的人工智能預(yù)測方法。這些人工智能方法能夠通過對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行特征挖掘并學(xué)習(xí)，從而構(gòu)成新的具有普遍適應(yīng)能力的預(yù)測方法，并且可以通過對不同數(shù)據(jù)的在線學(xué)習(xí)，從而可以實(shí)現(xiàn)一個算法應(yīng)用于多個場景中。如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和粒子群算法等。文獻(xiàn)[4]將誤差序列的均方值作為網(wǎng)絡(luò)性能的評價指標(biāo)并采用最小誤差對應(yīng)的平滑參數(shù)，在廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（GRNN）基本算法、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及平滑參數(shù)確定方法的基礎(chǔ)上建立了GRNN的預(yù)測模型。提出了確定輸入神經(jīng)元數(shù)目的方法，并將模型應(yīng)用于某地中長期電力網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測，分別進(jìn)行了單步預(yù)測和多步預(yù)測。文獻(xiàn)[5]針對實(shí)時電價對短期負(fù)荷的影響，建立了徑向基（RBF）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊系統(tǒng)（ANFIS）相結(jié)合的短期負(fù)荷預(yù)測模型。該模型利用了RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性逼近能力，應(yīng)用ANFIS系統(tǒng)對RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷預(yù)測結(jié)果進(jìn)行修正，以使固定電價時代的預(yù)測方法在電價敏感環(huán)境下也能達(dá)到較好的預(yù)測精度。文獻(xiàn)[6]提出了一種將粒子群優(yōu)化算法與非線性灰色Bernoulli模型結(jié)合中長期負(fù)荷預(yù)測方法。

上述的單模型預(yù)測方法、組合預(yù)測方法和人工智能預(yù)測方法都是基于城市負(fù)荷的歷史數(shù)據(jù)搭建模型，并未考慮到城市未來的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和發(fā)展規(guī)劃。因此，本文提出一種基于大用戶報裝的中長期城市負(fù)荷預(yù)測方法，該方法將城市用電負(fù)荷按特性劃分為住宅用戶、工業(yè)用戶、商業(yè)用戶和其他用戶四類，對四種類型的大用戶從報裝、建設(shè)及投產(chǎn)等方面進(jìn)行階段性分析，得出發(fā)展規(guī)律，從而實(shí)現(xiàn)城市中長期用電負(fù)荷的預(yù)測。

2 基于大用戶報裝的負(fù)荷預(yù)測方法

2.1 大用戶特性分析

按電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)定，當(dāng)負(fù)荷容量超過一定范圍的大用戶在建設(shè)之前需要向有關(guān)部門進(jìn)行計劃報裝，而這些各行各業(yè)的大用戶是電力系統(tǒng)中長期負(fù)荷增長的主要組成部分。因此，可以通過對大用戶的報裝、建設(shè)及投產(chǎn)等多個階段進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)分析，得到四種類型大用戶在不同階段的負(fù)荷增長特性，從而可以得到每種類型的負(fù)荷增長規(guī)律。

城市電網(wǎng)負(fù)荷的主要增長量為大用戶負(fù)荷增長量，如式（1）為第k種類型中第j個階段所有大用戶負(fù)荷增長量。如式（2）為城市電網(wǎng)中四類大用戶第j個階段的增長量總和。按照（1）和（2）便可以求出城市電網(wǎng)負(fù)荷在每個階段的主要增長量。

（1）

式中：k為用戶分類數(shù)；i為大用戶編號；j為階段數(shù)；αk為第k類大用戶的調(diào)整系數(shù)；βjk 為第k類大用戶在第j個階段的階段系數(shù)；lik 為第k類大用戶中第i個大用戶的報裝量；n為第k類大用戶的數(shù)量；Ljk 為第k類大用戶在第j個階段的負(fù)荷增長量；

（2）

式中：BLj為城市大用戶負(fù)荷第j個階段的增長量。

由式（1）和式（2）可知，要得出城市電網(wǎng)負(fù)荷在每個階段的主要增長量，需要對大用戶的負(fù)荷階段劃分情況、負(fù)荷階段系數(shù)、負(fù)荷調(diào)整系數(shù)和大用戶報裝容量四個方面進(jìn)行分析。具體方法如下：

（1）需要收集大用戶報裝數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分類。供電局需要對每年的大用戶報裝情況進(jìn)行統(tǒng)計、分類和匯總工作。

（2）對各種類型大用戶的歷史報裝情況和用電數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到各類型大用戶的投產(chǎn)規(guī)律數(shù)據(jù)，從而劃分各類型大用戶的投產(chǎn)階段數(shù)，一年為一個階段。

（3）根據(jù)各類型大用戶的投產(chǎn)規(guī)律，采用數(shù)據(jù)擬合方法得到各類型大用戶的階段系數(shù)和調(diào)整系數(shù)。

2.2 中長期城市負(fù)荷預(yù)測模型

城市電網(wǎng)負(fù)荷增長量由大用戶負(fù)荷增長量和其他中小負(fù)荷增長量共同組成。因此，除大用戶之外，還需對中小負(fù)荷的增長規(guī)律進(jìn)行分析建模。由于中小負(fù)荷數(shù)量非常龐大，增長規(guī)律雜亂，無法進(jìn)行單項數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析。因此，本文采用自然增長率的方法，從總體上對中小負(fù)荷增長量建模，如式（3）所示。

MLi=λ·Di-1 （3）

式中：MLi為未來第i年城市中小負(fù)荷增長量；λ為城市中小負(fù)荷自然增長系數(shù)；Di為第i-1年城市負(fù)荷總量。

根據(jù)式（1）～（3）可以建立起基于大用戶報裝的中長期城市負(fù)荷預(yù)測模型如式（4）所示。

Di=BLi+MLi （4）

式中：i為需要預(yù)測的未來第i年。

3 實(shí)例分析

本文根據(jù)某地區(qū)供電局統(tǒng)計的大用戶報裝數(shù)據(jù)，從住宅、商業(yè)、工業(yè)和其它四種類型出發(fā)，將投產(chǎn)階段統(tǒng)一劃分為3個階段，分別為投產(chǎn)第一年、投產(chǎn)第二年、投產(chǎn)第三年。經(jīng)數(shù)據(jù)分析與擬合之后，得到每類大用戶的調(diào)整系數(shù)和階段系數(shù)見表1。

采用本文提出的負(fù)荷預(yù)測方法對該地區(qū)2011年、2012年和2013年的負(fù)荷進(jìn)行了預(yù)測，結(jié)果見表2。

從表2中可以看到，由于采用比較精確的大用戶報裝統(tǒng)計數(shù)據(jù)能較準(zhǔn)確地預(yù)測城市電網(wǎng)負(fù)荷的主要增長部分，因此，采用本文提出的中長期負(fù)荷預(yù)測方法能取得較好的預(yù)測效果。

結(jié)論

本文提出了一種基于大用戶報裝的中長期負(fù)荷預(yù)測方法，將城市負(fù)荷分為大用戶負(fù)荷和中小負(fù)荷兩部分，對大用戶負(fù)荷采用分階段增量方法，結(jié)合中小負(fù)荷采用自然增長率方法，建立了中長期城市負(fù)荷預(yù)測模型。通過測試結(jié)果表明該方法能取得較好的預(yù)測效果。

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