電力市場管理與負(fù)荷分析預(yù)測系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司潮州楓溪供電局 蔡培浩

電力系統(tǒng)的研究和開發(fā)主要是為了向各個用戶提供更加穩(wěn)定和安全的電力資源，來讓每個電力用戶都能夠在充足和穩(wěn)定的電力供給環(huán)境下進(jìn)行正常的生活和工作。但是由于電力資源無法進(jìn)行大分量的儲存，同時也因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的負(fù)荷變化也較為難以保持平衡狀態(tài)，導(dǎo)致現(xiàn)如今的部分區(qū)域的供電狀況都比較不穩(wěn)定，同時電力資源也稍顯匱乏。導(dǎo)致這種狀況出現(xiàn)的原因不光是因?yàn)槠潆娏υO(shè)備的儲存量較低，同樣也是因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)設(shè)計(jì)中對于電力負(fù)荷的預(yù)測水準(zhǔn)無法符合如今電力耗損的水平，從而使得其出現(xiàn)了一定的用電缺口。由此可見，在電力市場管理中對于負(fù)荷分析預(yù)測系統(tǒng)的開發(fā)迫在眉睫，必須能夠設(shè)計(jì)出更為高效、安全、穩(wěn)定的電力負(fù)荷分析預(yù)測系統(tǒng)，才能夠?qū)⒏鱾€地區(qū)電力緊缺的問題進(jìn)行有效改善，將發(fā)電容量進(jìn)行科學(xué)的控制，以此來讓其電力系統(tǒng)的運(yùn)行能夠符合當(dāng)?shù)仉娏┙o需求[1]。

1 電力負(fù)荷預(yù)測系統(tǒng)的特性和原理

因?yàn)殡娏ω?fù)荷預(yù)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要按照電力負(fù)荷之前的狀況來一步步分析其之后的取值，因此電力負(fù)荷預(yù)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要針對各種不確定事件展開分析。只有通過對其展開全面的分析計(jì)算，并且利用相應(yīng)的分析預(yù)測技術(shù)，將電力負(fù)荷的未來數(shù)值以及也許會產(chǎn)生的情況展開預(yù)測，才能夠讓其電力負(fù)荷預(yù)測系統(tǒng)被設(shè)計(jì)得更加完善?？偟膩碚f，電力負(fù)荷預(yù)測系統(tǒng)的特性大致可以分為以下幾個方面：

一是不確定性。由于電力負(fù)荷在之后的數(shù)值改動狀況是無法被精確判定出來的，電力負(fù)荷會遭受到一系列影響因素而導(dǎo)致其數(shù)值產(chǎn)生各式各樣的轉(zhuǎn)變，同時這些影響因素同樣也是無法確定的。研究人員對于一些常見事件的發(fā)生和變化能夠進(jìn)行一定的估計(jì)，但是對于大部分的事件都是無法準(zhǔn)確預(yù)知的。同時能夠?qū)е码娏ω?fù)荷產(chǎn)生變化的因素過于繁雜，倘若產(chǎn)生任何的突發(fā)狀況都會導(dǎo)致其出現(xiàn)各式各樣的變化，所以這也就是電力負(fù)荷預(yù)測存在不確定性的主要原因之一。

二是條件性。不同的電力負(fù)荷預(yù)測基本上都是會根據(jù)相關(guān)的因素或條件而展開適當(dāng)?shù)呐卸?。而對于這些因素和條件來說，又能夠?qū)⑵錃w類成必然因素以及假設(shè)因素的類型。當(dāng)相關(guān)研究人員對電力負(fù)荷運(yùn)行的基本規(guī)律有了充分的認(rèn)知和理解，在之后所應(yīng)用的預(yù)測因素就屬于必然因素，在這個情況下進(jìn)行電力負(fù)荷預(yù)測的結(jié)果一般都是較為準(zhǔn)確的。但是在大部分的狀態(tài)下，因?yàn)殡娏ω?fù)荷其自身所具備的不確定特征，就必須要對其設(shè)定出適當(dāng)?shù)募僭O(shè)因素。同時，這些假設(shè)因素要按照科學(xué)的計(jì)算，結(jié)合一系列的實(shí)際狀況所給出的。以此來為電力負(fù)荷預(yù)測的結(jié)果附加適當(dāng)?shù)那疤嵋蛩?，以此對電力?fù)荷的預(yù)測結(jié)果能夠更為精準(zhǔn)一些。

三是時間性。每一類電力負(fù)荷預(yù)測基本上都會存在相應(yīng)的時間性質(zhì)。由于電力負(fù)荷預(yù)測工作屬于科學(xué)預(yù)測的領(lǐng)域之內(nèi)，所以對其展開預(yù)測必須要存在精確的數(shù)量概念，也就是必須對其進(jìn)行預(yù)測的時間進(jìn)行確定[2]。

四是多方案性。正因前文所說的電力預(yù)測具備一定的因素影響性質(zhì)以及不確定的性質(zhì)，因此在展開電力負(fù)荷預(yù)測的過程中，需要對其電力負(fù)荷在一系列也許會產(chǎn)生的事件或者狀況條件下的狀態(tài)展開相應(yīng)的預(yù)測，以此得出一系列情況中的不同電力負(fù)荷預(yù)測方案。

電力負(fù)荷預(yù)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是按照電力負(fù)荷的運(yùn)作變換規(guī)律，對其展開適當(dāng)?shù)呐卸ê头治觯瑢⑵渲蟮霓D(zhuǎn)換狀況或者是變化趨勢進(jìn)行計(jì)算，所以必須要對其電力負(fù)荷預(yù)測系統(tǒng)所展開的工作原理做出科學(xué)的總結(jié)，以此來作用于對電力負(fù)荷預(yù)測系統(tǒng)的改良和升級設(shè)計(jì)。其整體設(shè)計(jì)原理大致可以分為以下幾個方面：

可知性原理。總的來說，電力負(fù)荷預(yù)測是要對其運(yùn)行的規(guī)律進(jìn)行分析判定，同時對于之后有可能產(chǎn)生的發(fā)展?fàn)顩r和趨勢進(jìn)行分析計(jì)算，讓人們對電力負(fù)荷系統(tǒng)的以往、現(xiàn)在以及將來都進(jìn)行精確的認(rèn)知和判定，以此來彰顯電力負(fù)荷系統(tǒng)的可知性原理。

可能性原理。由于事物的變換以及發(fā)展都會存在一定的外在條件和內(nèi)在條件，并且會隨著這些不同條件的變化和驅(qū)動而產(chǎn)生相應(yīng)的變化。內(nèi)在條件的變化和外在條件的作用力大小存在一定的差異性，從而使得其整體的變化和發(fā)展產(chǎn)生更加多樣性的轉(zhuǎn)化。因此，對于其各個部分的分析預(yù)測，幾乎都是根據(jù)其變化發(fā)展的各類可能性所展開的一系列方案預(yù)測。

連續(xù)性原理。此原理的主要內(nèi)容就是指預(yù)測對象的發(fā)展屬于一系列的接連且統(tǒng)一的流程，在其之后的發(fā)展過程中同樣也會保持著這樣的形式。其主要彰顯了預(yù)測工作的開展是從以前到現(xiàn)在，接著從現(xiàn)在再到之后的一個過程。電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也會具備一定的慣性，就好比一些電力負(fù)荷數(shù)值會根據(jù)之前的模式和狀況而一直維持下來，并且保持這個狀態(tài)向著之后一直發(fā)展。所以進(jìn)一步了解預(yù)測對象的以前、現(xiàn)在，同時確定其發(fā)展規(guī)律，就能夠?qū)ζ渲蟮倪\(yùn)行狀況采取慣性原理展開更為準(zhǔn)確的分析和預(yù)測[3]。

系統(tǒng)性原理。對于電力負(fù)荷預(yù)測系統(tǒng)來說，其主要是對電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況展開精確的預(yù)測和分析，在預(yù)測分析過程中需要對其系統(tǒng)的各個方面以及各類影響因素進(jìn)行結(jié)合考慮，要對其在之后的整體系統(tǒng)的動態(tài)發(fā)展?fàn)顩r展開進(jìn)一步的預(yù)測和分析。同時由于電力系統(tǒng)的自身系統(tǒng)和外界因素所構(gòu)成的整體系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r和其自身以及各類條件之間都會具備一定的互相影響以及互相作用的關(guān)聯(lián)。因此對于系統(tǒng)性原理來說，其需要將整體預(yù)測對象的狀況調(diào)整到最佳狀態(tài)，只有這樣才能夠保證其獲得的預(yù)測以及分析結(jié)果更加精確和穩(wěn)定，以此來向電力公司和相關(guān)人員提供更加優(yōu)質(zhì)的預(yù)測方案。

相似性原理，雖然在外界的各類事件發(fā)展?fàn)顩r都會有所不同，然而不同的事物之間亦然會具備一定的關(guān)聯(lián)以及相似的地方。因此，研究人員能夠通過這種相似性質(zhì)對電力負(fù)荷展開適當(dāng)?shù)念A(yù)測分析。一般來說，作為預(yù)測對象的一種事物，其在目前的發(fā)展現(xiàn)狀和流程也許會和其他預(yù)測對象在某一個時間段的發(fā)展?fàn)顩r和流程相同或者相似。因此研究人員就能夠按照這個已知對象的發(fā)展?fàn)顟B(tài)和流程為研究基礎(chǔ)，對新的預(yù)測對象在之后的發(fā)展?fàn)顟B(tài)和流程展開分析預(yù)測，將這種相似性原理進(jìn)行充分利用[4]。

反饋性原理。這種原理主要是指通過輸出返回到輸入端，然后將輸出結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。其預(yù)測分析的反饋性質(zhì)主要是想讓預(yù)測分析的結(jié)果更為精準(zhǔn)，以此為目標(biāo)對其展開相應(yīng)的反饋調(diào)整。研究人員在對電力負(fù)荷預(yù)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中得出，在預(yù)測分析的結(jié)果和通過一定試驗(yàn)所獲得的真實(shí)數(shù)值之間具有一定差異的時候，就能夠通過這個差異對其遠(yuǎn)期預(yù)測值展開相應(yīng)的調(diào)整，以此來進(jìn)一步提升預(yù)測的精準(zhǔn)性。

2 電力負(fù)荷預(yù)測系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用

2.1 電力負(fù)荷預(yù)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)

2.1.1 系統(tǒng)需要具備可擴(kuò)展性以及可維護(hù)性

一個優(yōu)良的電力負(fù)荷預(yù)測系統(tǒng)必須能夠符合穩(wěn)定性、安全性、高效性、智能性、可維護(hù)性以及可擴(kuò)展性等一系列的需求。也就是說對于電力負(fù)荷預(yù)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來說，需要其可以隨著時代和科技的發(fā)展，向其系統(tǒng)內(nèi)部隨時融入各種全新的程序和功效，并且需要在維持期系統(tǒng)原狀態(tài)的基礎(chǔ)上對其各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?。電力?fù)荷預(yù)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是利用面向?qū)ο蟪绦蛘归_開發(fā)，通過標(biāo)準(zhǔn)接口銜接。此種程序的技術(shù)特征就彰顯了其系統(tǒng)能夠具備可擴(kuò)展性以及可維護(hù)性，讓整個系統(tǒng)能夠被設(shè)計(jì)得更加智能化。

2.1.2 準(zhǔn)確性以及事實(shí)性

各個地區(qū)所應(yīng)用的電力系統(tǒng)都必須能夠保證其能夠維持長期的穩(wěn)定運(yùn)行，尤其是在之后愈發(fā)成熟的電力市場發(fā)展過程中，無論在何時何地都會產(chǎn)生一系列的電力交易事件。所以對于電力系統(tǒng)的電力負(fù)荷預(yù)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須具備充足的事實(shí)性，必須能夠在發(fā)生電力交易的時候第一時間得到產(chǎn)生的電力負(fù)荷信息同時展開預(yù)測分析作業(yè)。并且根據(jù)各個電力公司的需求來說，電力負(fù)荷分析預(yù)測的關(guān)鍵目標(biāo)就是要讓上級電力主管機(jī)構(gòu)與審判電量，所以其預(yù)測分析的結(jié)果也必須具備充足的準(zhǔn)確性[5]。

2.1.3 數(shù)據(jù)管理功效

電力負(fù)荷預(yù)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，較為關(guān)鍵的是要能夠?qū)Ω鞣N龐大且繁雜的歷史信息展開精確且全面的處理和分析，對于這些數(shù)據(jù)信息的分析精準(zhǔn)性會對整個電力系統(tǒng)的運(yùn)作造成尤為關(guān)鍵的影響。因此利用更加出色的數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)能夠?qū)ζ湔w的便捷性以及電力負(fù)荷預(yù)測系統(tǒng)的運(yùn)作效率造成關(guān)鍵的影響。

2.2 電力負(fù)荷預(yù)測系統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測方法設(shè)計(jì)

2.2.1 趨勢外推法

在電力負(fù)荷隨著時間流逝而展現(xiàn)出降低或是提升的狀態(tài)時，同時不存在相應(yīng)的季節(jié)波動，

還可以找到一條合適的函數(shù)曲線去代表此類發(fā)展趨勢的情況下，就能夠以t表示其時間自變量，用y表示其時序數(shù)值的因變量，從而得出其發(fā)展趨勢模型y=f（t）。在能夠確認(rèn)這類發(fā)展趨勢可以維持到之后的發(fā)展?fàn)顩r中之后，就可以給予自變量t相應(yīng)的數(shù)值，以此來獲取之后發(fā)展情況中各類時間段所對應(yīng)的時間序列的數(shù)值。

采取這種電力負(fù)荷的預(yù)測方法會存在兩類假設(shè)因素：首先假設(shè)電力負(fù)荷不會存在跨越式的轉(zhuǎn)變，其次需要假設(shè)電力負(fù)荷的運(yùn)作和變化條件同樣也會影響到其之后的運(yùn)行狀況，其因素需要維持較小的變化或者是維持不變。利用科學(xué)的趨勢模型屬于采取趨勢外推方式的關(guān)鍵步驟，差分法以及圖形識別的方式都屬于篩選趨勢模型的方式之一。

趨勢外推的方法同樣也存在許多種類的不同類型，但是各類趨勢外推法都會具備一些相同的特征，也就是不會對其中的隨機(jī)成分展開計(jì)算分析。這種預(yù)測分析的方式所具備的優(yōu)勢就是利用其進(jìn)行推測不需要太龐大的數(shù)據(jù)信息基礎(chǔ)，僅僅要利用到相應(yīng)的歷史數(shù)據(jù)就能夠展開推算。但是其也有可能會因?yàn)殡娏ω?fù)荷產(chǎn)生變化而造成預(yù)測結(jié)果不夠精確的情況產(chǎn)生。

2.2.2 時間序列法

電力負(fù)荷系統(tǒng)中的歷史信息大多是根據(jù)相應(yīng)的時間間隔展開分析記錄所得出的有序集合，所以這些數(shù)據(jù)同樣也會形成一個時間序列。因此這種電力負(fù)荷的預(yù)測方法主要是按照電力負(fù)荷的歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，然后創(chuàng)建出一個時間序列的趨勢模型，然后利用這個模型對電力負(fù)荷在此時間序列中的變化規(guī)律進(jìn)行記錄。這種推測方法關(guān)鍵具備自回歸AR（p）模型、自回歸滑動平均ARMA（p，q）模型以及滑動平均（q）模型等。時間序列方法的通用模型ARMA（p，q）的公式為：yt-φ1yt-1-......φpyt-p=a1-θ1at-1-......θqat-q。其中，φ1，φ2，......φp稱為自回歸系數(shù)，p為自回歸階數(shù)。θ1，θ2，......θq稱為動平均系數(shù)，q為動平均階數(shù)，yt,yt-1,......yt-p為連續(xù)一段時間的復(fù)合數(shù)據(jù)數(shù)值，at,at-1,......at-q為零均值白噪聲序列。利用這種方法的好處就是分析和預(yù)測的效率更高，所需要利用到的歷史信息不用太多。但是這種方法并未能將電力負(fù)荷的變化條件考慮到其中，僅僅是對其信息展開了你和，對其規(guī)律性的分析并不充分，僅僅能夠?qū)⑵渥饔糜陔娏ω?fù)荷發(fā)展較為穩(wěn)定同時周期較短的預(yù)測條件下。

2.2.3 模糊控制法

這種電力負(fù)荷預(yù)測方法的應(yīng)用屬于目前較為現(xiàn)代化的預(yù)測方式，同樣也是目前在電力負(fù)荷預(yù)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用較為普遍的方式之一。其主要是在所應(yīng)用的控制模式中結(jié)合了模糊數(shù)學(xué)的概念，讓其所展開的預(yù)測分析更加精確，同時對于部分不能創(chuàng)建數(shù)學(xué)模型的被控過程展開更加精確的調(diào)控。模糊系統(tǒng)無論是利用怎樣的方式展開分析和預(yù)測，從其各個方面來看，都是屬于一種非線性函數(shù)，同時其無論對于何種非線性連續(xù)函數(shù)，都是需要發(fā)現(xiàn)一種隸屬函數(shù)，一類推理規(guī)則，一種解模糊方式，從而讓其最后得出的模糊控制系統(tǒng)可以更加靠近這個非線性函數(shù)。利用模糊控制法展開對電力負(fù)荷預(yù)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法主要分為以下幾種：

一是查詢表格。這種方式的關(guān)鍵步驟就是要根據(jù)已知輸入和輸出的信息里產(chǎn)出模糊規(guī)則，完成一個模糊規(guī)則庫的創(chuàng)建。知識最后的模糊邏輯預(yù)測系統(tǒng)能夠從其組合模糊規(guī)則庫里面產(chǎn)出。

二是以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成為基礎(chǔ)的高木一關(guān)野模糊分析方式。其主要是通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)去獲取條件同時輸入相應(yīng)變量的聯(lián)合隸屬函數(shù)。結(jié)論部的函數(shù)F（X）同樣能夠通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行展現(xiàn)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)全都是選取的前向型BP網(wǎng)絡(luò)。

三是反向傳播學(xué)習(xí)方法。這種預(yù)測分析方式主要是用于確定高斯模型模糊邏輯系統(tǒng)的參數(shù)，通過確定的模型可以進(jìn)一步地靠近真實(shí)的系統(tǒng)，以此來達(dá)成增強(qiáng)其分析預(yù)測精確性的成果。

總的來說，電力市場管理和復(fù)合系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用是目前電力行業(yè)發(fā)展過程中尤為迫切的研究項(xiàng)目，通過現(xiàn)代化的電力負(fù)荷預(yù)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)，讓其以更加高效、安全、穩(wěn)定的狀態(tài)投入電力系統(tǒng)中進(jìn)行使用，能夠各個地區(qū)的電力供給更加穩(wěn)定，有效解決部分地區(qū)電力資源匱乏的窘迫現(xiàn)狀，對于電力行業(yè)的發(fā)展提供了尤為關(guān)鍵的推動作用。