電力系統(tǒng)負荷預測分類研究

國網(wǎng)鄂州供電公司 楊 英 胡函武 魏 晗 蘇 威

電力系統(tǒng)負荷預測是指以準確的調查資料和統(tǒng)計數(shù)據(jù)為依據(jù)，從歷史用電情況及現(xiàn)狀出發(fā)，將社會需求、電網(wǎng)后期規(guī)劃、自然環(huán)境及電力系統(tǒng)特征等諸多因素考慮在內，在保證一定精度的前提下，對未來某時段的負荷用量進行一個相對比較完美和科學的預測。根據(jù)負荷預測所表現(xiàn)的特點本文就其分類方法進行了研究和概述。

1.引言

伴隨著煤、石油等一次能源的日趨枯竭和近年來各地頻繁出現(xiàn)的霧霾現(xiàn)象，人們的節(jié)約和環(huán)保意識也在不斷增強。電力作為推動國民經(jīng)濟快速發(fā)展的強大動力，已滲透到各個領域和行業(yè)，與人民的日常生活更是密不可分。目前，太陽能和風能等新能源的開發(fā)和利用還沒有得到普及，火力發(fā)電仍然是主要的發(fā)電方式。精準的負荷預測不但可以節(jié)約化石燃料，還能減少污染物的排放，有助于社會的可持續(xù)發(fā)展。根據(jù)使用性質的不同可將負荷分為四類：民用負荷、農(nóng)業(yè)負荷、商業(yè)負荷、及工業(yè)負荷，每類負荷因其要求不同呈現(xiàn)出的規(guī)律和特征也不盡相同，但是其預測方法互為體系，相互通用。

通常人們根據(jù)預測時間的長短不同又將負荷預測分為短期，中期及長期等三大類，短則幾分鐘，長的可達幾個月甚至幾年。

2.負荷預測的分類

2.1 長期負荷預測

長期負荷預測用于對未來較長一段時間后的用電量進行預測，以年為單位，一般可達3～5年甚至更長，主要用于電網(wǎng)增容改建等中大型電網(wǎng)規(guī)劃，其中包括新能源并網(wǎng)、新站投運、高一級電壓等級發(fā)展等。由于涉及到當?shù)厝丝跀?shù)量變化、城市經(jīng)濟發(fā)展、自然環(huán)境變遷等眾多不確定因素的影響，因此長期負荷預測的難度較大。

2.2 中期負荷預測

中期負荷預測相比長期負荷預測周期較短，但也短則數(shù)月，長則一年，主要用于機組的檢修、燃料計劃和交換計劃、水庫的調度、安排制定長期的運行方式和電網(wǎng)改造擴建計劃，另外精確的中期負荷預測對于變電設備的大修計劃、發(fā)電機組的檢修計劃、燃料的供應計劃、水庫的優(yōu)化調度計劃、電力市場交易等環(huán)節(jié)同樣是十分必要的。工程人員利用數(shù)個月乃至一年的歷史負荷值，將設備停電檢修計劃、環(huán)境影響、氣候條件等諸多影響因素考慮在內進行中期負荷預測，從而做出長期電網(wǎng)運行計劃。

2.3 短期負荷預測

短期負荷預測周期一般較短，通常是電力調度人員利用近期負荷趨勢變化以及往年同期負荷情況對未來一天或一周內的負荷值進行預測。短期負荷預測在確定最優(yōu)機組組合、減少旋轉備用容量、避免安全事故中起著至關重要的作用。由于短期負荷預測具有周期性和連續(xù)性的特點，因此呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，且波動范圍一般不大，主要受氣候因素的影響。

3.負荷預測的特點

電力系統(tǒng)負荷預測是通過對其歷史負荷數(shù)據(jù)及現(xiàn)狀進行分析總結來對它未來某段時間的發(fā)展趨勢做出一定程度的推理和猜測，從概率學上來講負荷預測的結果是一個不確定事件。同時也只有不確定事件才需要人們使用現(xiàn)代的技術手段（如數(shù)學方法和人工智能算法等）對未來的用電量進行預測。負荷預測的特征主要有以下幾點：

3.1 不準確性

事物的發(fā)展往往受到多種多樣其他因素的影響，而不是簡單的重復，因此其真實結果和預測值不會完全重合，總會出現(xiàn)一定程度的偏差，這是事物的隨機性所引起的。負荷預測作為一個不確定事件同樣也具有隨機性的特點，尤其是中長期負荷預測，其影響因素多種多樣，比如地區(qū)發(fā)展、人口增量、環(huán)境變遷、氣候變化等不確定性因素眾多且十分復雜，人們無法精確的推測所有的變化趨勢，而像設備年度檢修計劃、電網(wǎng)工程擴建等卻在人們的掌控范圍之內。因此諸多不確定性因素和某些確定性因素的組合使得負荷預測的結果在一定程度上呈現(xiàn)出不確定性或不準確性。

一般來說，影響負荷預測的不確定性因素越多越復雜，其預測精度必然越低。因此，人們對于不同類型負荷預測的精度要求也各不相同。其中短期負荷預測的精度要求為小于3%，中期負荷預測的精度誤差則一般不超過5%，而長期負荷預測由于自身所受的影響因素較多，其允許誤差在15%以內。表1列出了其他幾種短期負荷預測的精度要求。

表1 幾類短期負荷預測精度要求Tab.1 Several types of short-term load forecasting accuracy

3.2 條件性

為了盡量減少不確定性因素對事件結果的影響從而提高預測精度，工程人員往往需要針對其中的某些因素做出假設，比如地區(qū)人口以某一固定的速率增長，每年同期的環(huán)境溫濕度保持一致等。這些假設必須建立在研究分析上，再結合各種情況來確定，而不能是毫無依據(jù)的憑空捏造。只有經(jīng)過充分的調查和大量的研究，再加上一定的前提條件才能使預測結果盡可能的接近實際值，并應用于電力調度當中。

3.3 時間性

不同類型的負荷預測對其預測速度要求各不相同，且在一定的區(qū)間范圍內，比如超短期負荷預測中的安全監(jiān)視，其預測速度一般不超過五分鐘，而短期負荷預測的預測速度則要求在十分鐘以內，另外日負荷預測時差通常小于十五分鐘，日負荷谷荷預測時差最多為三十分鐘。

3.4 多方案性

短期負荷預測具有一定的連續(xù)性和波動性，而中長期負荷預測由于受到各種不確定性因素的影響呈現(xiàn)出不準確性和條件性，因此需要根據(jù)各種不同條件對負荷值未來發(fā)展趨勢的影響進行分別預測，從而得到各種不同情況下的負荷預測方案。

4.結語

由于電能在發(fā)、輸、變、配、用等五大環(huán)節(jié)是瞬時完成的，且電能不能進行大規(guī)模儲存，因此通過負荷預測來保持電力系統(tǒng)的供需平衡是十分必要的。研究了電力系統(tǒng)負荷預測的特點并根據(jù)預測周期的不同將其分為了長期、中期、短期和超短期四大類，方便電力工作者結合自身需求選取相應的預測種類。