短期負(fù)荷預(yù)測(cè)及經(jīng)濟(jì)調(diào)度決策優(yōu)化研究

耿煒龍

摘要：電力系統(tǒng)作為城市生命線工程的重要細(xì)成部分，對(duì)于維持城市生存功能發(fā)揮著重要作用。隨著社會(huì)現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)民生活對(duì)電能的依賴性越來(lái)越強(qiáng)，對(duì)電力的需求量越來(lái)越大，對(duì)供電質(zhì)量與供電可靠性的要求越來(lái)越高，因此，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的智能化控制，保證電力系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，不僅有利于維系城市正常的生存功能，還有利于優(yōu)化資源配置，緩解能源壓力，具有重要的理論意義和工程價(jià)值。鑒于此，本文主要分析電力系統(tǒng)短期負(fù)荷預(yù)測(cè)及經(jīng)濟(jì)調(diào)度決策優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);短期負(fù)荷預(yù)測(cè);經(jīng)濟(jì)調(diào)度

1、負(fù)荷預(yù)測(cè)的分類

負(fù)荷預(yù)測(cè)依據(jù)所預(yù)報(bào)時(shí)間段的長(zhǎng)短，可劃分為三種類型，即短期、中期與長(zhǎng)期。對(duì)于長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)而言，多指時(shí)間為5年或超過(guò)5年;中期負(fù)荷預(yù)測(cè)多指5年以下1年以上;短期符合則為幾個(gè)月、幾天、幾小時(shí)甚至更短的時(shí)間。為了能夠獲取更為準(zhǔn)確且合理的預(yù)測(cè)結(jié)果，需合理考量如下問(wèn)題：

1.1、預(yù)測(cè)方法的多樣性

因負(fù)荷預(yù)測(cè)完成與某個(gè)特定（假設(shè)）的條件下，其中往往存有諸多難以確定的各項(xiàng)因素，如若對(duì)其預(yù)測(cè)選用單一方法完成，則最終結(jié)果往往存有偏差，難以令人滿意，所以，需選擇多種預(yù)測(cè)方法聯(lián)合應(yīng)用，且與本地區(qū)所存特點(diǎn)及現(xiàn)實(shí)情況相結(jié)合，開(kāi)展全面、合理、系統(tǒng)化的分析工作，最終獲取詳實(shí)的預(yù)測(cè)結(jié)果。

1.2、統(tǒng)計(jì)分析的全面性

需對(duì)各種相關(guān)資料進(jìn)行科學(xué)、系統(tǒng)化研究與分析，客觀的進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，此乃將預(yù)測(cè)工作做好的前提與基礎(chǔ)。

1.3、基礎(chǔ)資料的可靠性

對(duì)大量準(zhǔn)確、全面資料進(jìn)行掌握與搜集，善于去除劣質(zhì)資料，準(zhǔn)確辨識(shí)那些不良數(shù)據(jù)，做到去偽存真。

2、短期負(fù)荷預(yù)測(cè)的研究方法

2.1、傳統(tǒng)預(yù)測(cè)方法

（1）回歸分析法

回歸分析法是負(fù)荷預(yù)測(cè)中最傳統(tǒng)的方法之一，也是很常用的方法。它根據(jù)歷史負(fù)荷樣本變化的規(guī)律和影響因素，尋找自變量和因變量之間的回歸方程，從而確定模型的參數(shù)并進(jìn)行預(yù)測(cè)。整體上來(lái)看，該方法結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)單，預(yù)測(cè)速度快。

（2）趨勢(shì)外推法

趨勢(shì)外推法認(rèn)為事物的發(fā)展是漸變的，依據(jù)過(guò)去和現(xiàn)在的發(fā)展規(guī)律，可以預(yù)測(cè)出它的未來(lái)趨勢(shì)和狀態(tài)。該方法通過(guò)對(duì)歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行抽象總結(jié)，分析其變化規(guī)律，進(jìn)而建立預(yù)測(cè)模型。在預(yù)測(cè)過(guò)程中，一般將短期負(fù)荷的變化趨勢(shì)看為平穩(wěn)趨勢(shì)，采用指數(shù)滑動(dòng)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，也即指數(shù)平滑法。

（3）時(shí)間序列法

時(shí)間序列法將負(fù)荷記錄視為一個(gè)有序時(shí)間序列來(lái)進(jìn)行分析預(yù)測(cè)，是發(fā)展較為成熟的短期負(fù)荷預(yù)測(cè)算法。通過(guò)對(duì)歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行抽象，得到負(fù)荷隨時(shí)間變化的規(guī)律，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，在該模型的基礎(chǔ)上確立負(fù)荷預(yù)測(cè)的表達(dá)式，并對(duì)未來(lái)負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2.2、智能預(yù)測(cè)方法

（1）小波分析法

小波分析是一種時(shí)域-頻域分析方法，通過(guò)對(duì)歷史負(fù)荷序列進(jìn)行小波變化，通過(guò)將其投影到不同的尺度上得到若干子序列，進(jìn)而建立預(yù)測(cè)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)后再進(jìn)行重構(gòu)得到待預(yù)測(cè)日的預(yù)測(cè)值。該方法具有較好的局部化能力，在工程實(shí)際中有較好的應(yīng)用。

（2）模糊預(yù)測(cè)法

模糊預(yù)測(cè)是基于模糊集理論進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)的技術(shù)，模糊系統(tǒng)可以對(duì)負(fù)荷預(yù)測(cè)中的相關(guān)因素進(jìn)行模糊處理，從大量的歷史數(shù)據(jù)中提取出待預(yù)測(cè)日的相似日，從而通過(guò)相似日的負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，能對(duì)負(fù)荷的不確定性進(jìn)行更好的處理。

（3）專家系統(tǒng)法

專家系統(tǒng)是一個(gè)智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，該方法是通過(guò)匯集負(fù)荷預(yù)測(cè)領(lǐng)域中專家學(xué)者的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)形成知識(shí)庫(kù)，進(jìn)而對(duì)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中大量的負(fù)荷數(shù)據(jù)和天氣等影響因素進(jìn)行推理分析，從而進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)。一個(gè)完整的專家系統(tǒng)是由知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、知識(shí)獲取部分和界面四部分組成。

（4）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

該方法是近十年來(lái)發(fā)展最為迅速的方法之一，它通過(guò)模仿人腦做智能化處理，構(gòu)建相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)歷史負(fù)荷樣本進(jìn)行訓(xùn)練，最終實(shí)現(xiàn)短期負(fù)荷預(yù)測(cè)。該方法能夠模仿人腦進(jìn)行智能化處理，能夠進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和知識(shí)推理能力，同時(shí)具有較強(qiáng)的自適應(yīng)功能和較高的容錯(cuò)性。實(shí)踐證明，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對(duì)短期負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)能有較好的精度。

3、考慮安全約束的短期魯棒經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化方法

電力系統(tǒng)安全性分析是指，對(duì)于給定的電力系統(tǒng)，根據(jù)其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)支路的物理參數(shù)、發(fā)電機(jī)、變壓器等電氣元件的相關(guān)參數(shù)和運(yùn)行條件以及負(fù)荷參數(shù)判斷電力系統(tǒng)是否可W在該狀態(tài)下安全穩(wěn)定地運(yùn)行，并且當(dāng)電力系統(tǒng)中某預(yù)想故障發(fā)生時(shí)，是否可僅僅通過(guò)在合理范圍內(nèi)調(diào)整參數(shù)值即可使電力系統(tǒng)繼續(xù)維持安全穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。

隨著近年來(lái)電力市場(chǎng)管制的放松，新型元件的大量引入，負(fù)荷需求的迅猛增長(zhǎng)，再加上新能源發(fā)電的接入，目前電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況越來(lái)越復(fù)雜，運(yùn)行條件也越來(lái)越苛刻，在制定電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化策略時(shí)，有必要考慮系統(tǒng)運(yùn)行的安全約束條件，協(xié)調(diào)好系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與經(jīng)濟(jì)性。考慮安全約束的經(jīng)濟(jì)調(diào)度被稱為安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度。

考慮到電力系統(tǒng)中不確定性因素的存在，為保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行，在制定經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化策略時(shí)，應(yīng)綜合分析社會(huì)用電需求、系統(tǒng)設(shè)備能為、電網(wǎng)檢修計(jì)劃等多種因素，合理地確定出需要保留的備用容量。備用容量保留不足會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)的魯棒性較差，系統(tǒng)運(yùn)行的安全性可靠性得不到保證;而備用容量保留過(guò)多則會(huì)導(dǎo)致設(shè)備利用率較低，造成資源浪費(fèi)，增加系統(tǒng)的運(yùn)行成本，降低電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

電力系統(tǒng)短期經(jīng)濟(jì)調(diào)度決策問(wèn)題可采用隨機(jī)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法來(lái)確定系統(tǒng)的備用容量。假設(shè)電力系統(tǒng)中的不確定性因素為服從某種概率分布的隨機(jī)變量，根據(jù)其概率分布函數(shù)，對(duì)目標(biāo)函數(shù)或約束條件進(jìn)行概率化建模并求解，其中一類典型的隨機(jī)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法是采用隨機(jī)規(guī)劃理論的機(jī)會(huì)約束規(guī)劃模型。息之，計(jì)及電力系統(tǒng)不確定性的隨機(jī)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法是在考慮電力系統(tǒng)中不確定性因素發(fā)生概率及其對(duì)電力系統(tǒng)所產(chǎn)生影響的前提下，以概率統(tǒng)計(jì)方法為模型優(yōu)化的理論基礎(chǔ)，W系統(tǒng)的可靠性水平或風(fēng)險(xiǎn)水平為決策依據(jù)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行成本最小化為決策目標(biāo)，有利于統(tǒng)籌協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)的安全性、可靠性及經(jīng)濟(jì)性。

為了突破隨機(jī)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法的局限性，魯棒經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化方法迅速發(fā)展起來(lái)，其以魯棒優(yōu)化為理論基礎(chǔ)，在調(diào)度模型的約束條件中為系統(tǒng)的不確定性因素設(shè)定魯棒性限制要求，求出優(yōu)化的魯棒調(diào)度策略。魯棒優(yōu)化方法體現(xiàn)的是應(yīng)對(duì)最壞干擾的決策思想，其在考慮到模型輸入?yún)?shù)具有不確定性的前提下，對(duì)于可能出現(xiàn)的所有情況，模型的約束條件均可滿足，保證模型的優(yōu)化解在不確性參數(shù)發(fā)生變化時(shí)免受其影響而始終保持可行，并使得最壞情況下的目標(biāo)函數(shù)值最優(yōu)。魯棒優(yōu)化方法只需己知不確定性變量的數(shù)學(xué)期望及波動(dòng)范圍等分布信息，而不必已知其具體的概率分布即可。但是，魯棒優(yōu)化模型的解過(guò)于保守，其魯棒性也是以犧牲經(jīng)濟(jì)性為代價(jià)換取的。

總之，"生命線工程"對(duì)于維持城市生存功能以及國(guó)計(jì)民生起著至關(guān)重要的作用，電力系統(tǒng)作為其重要組成部分亦發(fā)揮著舉足輕重的作用，尤其是隨著社會(huì)現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，國(guó)民生產(chǎn)和生活對(duì)電能的依賴性越來(lái)越強(qiáng)，電力系統(tǒng)變得愈加重要。因此，本文的研究也就顯得十分的很有意義。

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