一種基于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的電力需求預(yù)測模型

林華淵

(長沙理工大學(xué)，湖南 長沙 410114)

一種基于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的電力需求預(yù)測模型

林華淵

(長沙理工大學(xué)，湖南 長沙 410114)

電力需求分析是電力系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行的前提和基礎(chǔ)。本文從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演變規(guī)律出發(fā)，將全社會用電量分成一產(chǎn)用電、二產(chǎn)用電、三產(chǎn)用電和居民生活用電，建立一種基于灰色理論模型的電力需求預(yù)測方法，用于預(yù)測中長期用電需求波動變化，實現(xiàn)經(jīng)濟社會與電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展。

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)；用電需求預(yù)測；灰色理論

電力系統(tǒng)用電需求的影響因素有很多，其中產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對電力負(fù)荷的作用不可忽視。電力系統(tǒng)對工業(yè)生產(chǎn)和人民生活有直接影響。

1 基于灰色模型的電力需求預(yù)測方法

1.1 電力需求預(yù)測的主要方法

中長期負(fù)荷預(yù)測由于歷史數(shù)據(jù)的匱乏，以及不同地區(qū)電網(wǎng)與負(fù)載等的差異導(dǎo)致很難確定可以長期有效使用的預(yù)測方法。而且國內(nèi)電網(wǎng)規(guī)劃的逐漸成型、電力公司的壟斷經(jīng)營，使得中長期預(yù)測研究方向更加難以發(fā)展。但是準(zhǔn)確的中長期的負(fù)荷預(yù)測對今后的電力系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計與完善起著舉足輕重的作用。如今電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，利用合適的模型對電力負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測，能對負(fù)荷以后的發(fā)展方向做出準(zhǔn)確的預(yù)測。與短期負(fù)荷預(yù)測類似，可將常用的模型歸納如下幾類：線性回歸模型、指數(shù)平滑模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型以及灰色模型。

1.2 基于灰色模型的電力預(yù)測方法

灰色預(yù)測法通過對灰色信息進(jìn)行分析，得到那些已知部分，從而準(zhǔn)確認(rèn)識與控制整個系統(tǒng)。實現(xiàn)灰色預(yù)測首先需要將無規(guī)律數(shù)據(jù)累計加成，從而獲取一些更具規(guī)律的新數(shù)列，從而建立更易分析的模型，然后利用這種模型進(jìn)行預(yù)測，并還原整個模型，而這個最終模型就稱作灰色預(yù)測模型。該方法屬于一類新興學(xué)科，已經(jīng)逐漸發(fā)展并應(yīng)用于經(jīng)濟與工業(yè)控制方面。

整個灰色模型建立及其預(yù)測過程如圖1所示。其中需要注意的是：當(dāng)數(shù)據(jù)波動較大時，需要建立多個模型，結(jié)合當(dāng)?shù)貧v史數(shù)據(jù)與地區(qū)實際情況，選擇更符合要求的預(yù)測模型，特別當(dāng)預(yù)測精度不夠時，需要重新建立殘差灰色模型，采用等維度灰數(shù)遞補動態(tài)模型及時更新數(shù)據(jù)對提升灰色預(yù)測法的精度幫助很大，而且當(dāng)修正參數(shù)α還能進(jìn)一步修正時，還需要進(jìn)行參數(shù)的修正。

圖1 灰色預(yù)測模型計算的流程圖

在電力負(fù)荷的系統(tǒng)中電網(wǎng)容量、生產(chǎn)能力、大用戶情況、某些主要產(chǎn)品耗電信息以及供電機組等相關(guān)情況是已經(jīng)明確的；天氣環(huán)境變化，如臺風(fēng)、冰雹，地區(qū)活動等等情況是不明朗的，這些因素都將會帶來很大的不確定性。所以地區(qū)電力負(fù)荷系統(tǒng)實際上是一個典型的灰色系統(tǒng)，具有灰色模型的基本條件，符合灰色預(yù)測的基本特征。灰色系統(tǒng)理論的實質(zhì)是將無規(guī)律的、雜亂無章的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，即灰色生成，從而得到規(guī)律性較強的新數(shù)列，利用生成的數(shù)列建立模型?；疑A(yù)測所需要的采樣數(shù)據(jù)少，原理簡易，運算快捷，而且預(yù)測精度教高，在中長期負(fù)荷預(yù)測中得到了廣泛使用。

1.3 建立灰色預(yù)測模型

建立灰色預(yù)測模型的步驟如下。

（1）生成一次累加序列。對原始數(shù)列中的相同類型的數(shù)據(jù)依次進(jìn)行累加，從而形成新的序列。若某類的原始數(shù)列為：

（2）一次擬合參數(shù)。通過解 G(1,1)模型可以得到響應(yīng)函數(shù)為：

其中：k 為 0、1、2…，且

其 中 當(dāng) -a ≤ 0.3 時， 灰 色 GM(1,1) 能 夠應(yīng)用在中長期預(yù)測中，并且預(yù)測精度很高；當(dāng)0.3 ＜ -a ≤ 0.5 時， 此 模 型 能 夠 應(yīng) 用 在 短 期 預(yù) 測中，而且精度較好，但是中長期預(yù)測則精度不足，因 而 需 要 慎 重 使 用； 當(dāng) 0.5 ＜ -a ≤ 0.8 時， 灰 色GM(1,1)能夠應(yīng)用于短期預(yù)測中，但精度不足，因此需要慎重使用；當(dāng) 0.8 ＜ -a ≤ 1 時，應(yīng)該使用殘差修正后的灰色 GM(1,1)模型；當(dāng) 1 ＜ -a 時，灰色GM(1,1)模型預(yù)測精度很低，因而不采取此模型。

（3）計算預(yù)測值。通過對響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行累減還原得到預(yù)測函數(shù)為：

2 實例分析

2.1 某地區(qū)各產(chǎn)業(yè)用電量原始數(shù)據(jù)

我們通過查閱統(tǒng)計資料獲取了某地區(qū) 2008-2015 年第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)用電量數(shù)據(jù)和居民生活用電量數(shù)據(jù)，具體值如表1所示。根據(jù)該地區(qū)的實際情況，建立一個基于該地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的中長期用電量預(yù)測模型，通過分別預(yù)測出第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)的用電量，然后將其各部分用電量相加得到全社會用電量的預(yù)測值。

2.2 對各部分用電量預(yù)測

通過灰色 GM(1,1)模型對第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)以及居民生活用電量分別進(jìn)行預(yù)測，并對預(yù)測模型精度進(jìn)行檢驗。

表 1 某地區(qū) 2008-2015 年各產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的用電量

（1）對第一產(chǎn)業(yè) 用電量進(jìn)行預(yù)測。2008 ～2015 年當(dāng)?shù)氐谝划a(chǎn)業(yè)用電量的原始數(shù)據(jù)為：

其中：k 為 0、1、2、3……。

（2）對第二產(chǎn)業(yè)用電量進(jìn)行預(yù)測。2008-2015年當(dāng)?shù)氐诙a(chǎn)業(yè)用電量的原始數(shù)據(jù))0(2x 為：

其中：k 為 0、1、2、3……。

（3）對第三產(chǎn)業(yè)用電量進(jìn)行預(yù)測。2008-2015年當(dāng)?shù)氐谌a(chǎn)業(yè)用電量的原始數(shù)據(jù))0(3x 為：

其中：k 為 0、1、2、3……。

（4）對全社會用電量進(jìn)行預(yù)測。全社會用電量即第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)總和。在 2008 ～2015 年的當(dāng)?shù)鼐用裆钣秒娏款A(yù)測值如圖2 所示。

3 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與電力需求協(xié)調(diào)發(fā)展的建議

圖2 全社會用電量實際值與預(yù)測值

該地區(qū)需要通過不斷優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，從而保障社會經(jīng)濟的增長和電力能源的使用。針對該市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整的有3個方面：推動工業(yè)發(fā)展，強調(diào)以工業(yè)為主導(dǎo)地位；促進(jìn)農(nóng)業(yè)升級，強化農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)地位；大力發(fā)展服務(wù)業(yè)，優(yōu)化第三產(chǎn)業(yè)。在進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整時，應(yīng)當(dāng)建立起以節(jié)約電能為中心的資源節(jié)約型體制。大力使用新技術(shù)提高各產(chǎn)業(yè)資源的利用率，提高生產(chǎn)效率，減少能源消耗。以服務(wù)業(yè)為主的第三產(chǎn)業(yè)，雖然目前相對滯后，但具有很大的發(fā)展?jié)摿?。加強服?wù)業(yè)的發(fā)展不僅能夠優(yōu)化該地區(qū)的經(jīng)濟結(jié)構(gòu)，加強經(jīng)濟增長，還能夠降低在經(jīng)濟發(fā)展的過程中所帶來的電力能源損耗。最后必須根據(jù)負(fù)荷發(fā)展與分布情況，進(jìn)行明確的電網(wǎng)規(guī)劃，在滾動規(guī)劃中適當(dāng)調(diào)整工程投產(chǎn)時間和資金安排計劃。在城市發(fā)展規(guī)劃中強調(diào)電網(wǎng)規(guī)劃、新增變電站點和建設(shè)主要輸電走廊通道。抓緊開展電力設(shè)施布局規(guī)劃調(diào)整工作，以便盡快納入城市土地利用總體規(guī)劃，并在各分區(qū)控制性詳規(guī)中予以落實，以滿足城市發(fā)展的用電需要。

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