负荷预测的应用及作用

4.4.1.1 负荷预测基本概念

负荷预测是根据系统的运行特性、增容决策、自然条件与社会影响等诸多因素，在满足一定精度要求的条件下，确定未来某个特定时刻的负荷数据。其中负荷是指电力需求量或用电量。负荷预测是电力系统经济调度中一项重要的内容，是管理系统EMS的一个重要组成模块。随着电力市场的发展，负荷预测的重要性日益显现，对其预测精度的要求也越来越高。传统的负荷预测方法较为成熟，预测结果也有一定的参考价值，但是市场的发展要求负荷预测能进一步提高其精度，因此就需要对传统的负荷预测方法进行改进。

电力系统负荷预测包括最大负荷功率、负荷用电量及负荷曲线的预测。最大负荷功率预测对于确定电力系统发电设备及输变电设备的容量选择是非常重要的。为了选择适当的机组类型和合理的电源结构以及确定燃料计划等，还必须预测负荷及用电量。负荷曲线的预测可为研究电力系统的峰值、抽水蓄能电站的容量以及发输电设备的协调运行提供数据支持。

负荷预测根据目的的不同可分为超短期、短期、中期以及长期负荷预测等。

1）超短期负荷预测是指对未来1h以内的负荷预测。在安全监视状态下，需要5～10s或1～5min的预测值，预防性控制和紧急状态处理需要10min至1h的预测值。

2）短期负荷预测是指日负荷预测和周负荷预测。它们分别用于安排日调度计划和周调度计划，包括确定机组起停、水火电协调、联络线交换功率、负荷经济分配、水库调度和设备检修等。对短期预测，需要充分研究电网负荷变化规律，分析负荷变化相关因子，特别是天气因素、日类型等和短期负荷变化的关系。

3）中期负荷预测是指月至年的负荷预测，主要是确定机组运行方式和设备大修计划等。

4）长期负荷预测是指未来3～5年甚至更长时间段内的负荷预测。主要是电网规划部门根据国民经济的发展和对电力负荷的需求，所做的电网改造和扩建工作的远景规划。对中、长期负荷预测，要特别研究国民经济发展、国家政策等的影响。

电力负荷预测分为经典预测方法和现代预测方法，下面详细讲述在实际工程应用中常用的几种算法。

（1）趋势外推法

趋势外推法又称曲线分析、曲线拟合法，是运用非常广泛的定量预测方法。该法就是根据负荷的变化趋势对未来负荷情况作出预测。它通过寻找负荷的变化趋势对原负荷序列作计算外推和曲线外推，从而求得负荷的预测值。电力负荷虽然具有随机性和不确定性，但在一定条件下，仍存在着明显的变化趋势。例如，农业用电在气候条件变化较小的冬季，日用电量相对稳定，表现为较平稳的变化趋势。这种变化趋势可为线性或非线性，周期性或非周期性等。常用的趋势模型有线型模型、多项式模型、对数模型、二次曲线模型、幂函数模型、指数模型等。这些预测技术的共同特点就是做趋势外推，不对其中的随机成分做统计处理，是简单实用的一种预测方法。

该方法在应用时有两个假设条件：一是假设负荷没有跳跃式变化；二是假定负荷的发展因素也决定未来的发展，其条件是不变或变化不大。应用该法的一个关键环节就是选择合适的曲线模型。其优点为只需要知道历史数据，所需数据量较少；其缺点为如果负荷出现波动会引起较大的误差，不同模型预测出的结果误差也会很大。因此在使用该法时要根据地区发展情况，选择适当的模型。在实际应用中发现趋势外推法在对于中短期负荷预测结果较为理想。

（2）单耗法

单耗法是根据第一、第二、第三产业单位用电量创造的经济价值，从预测的经济指标推算出用电需求量，加上居民生活用电，构成全社会用电量。预测时通过对过去的单位产值耗电量进行统计分析，并结合产业结构调整，找出一定的规律，预测规划期第一、第二、第三产业的综合单耗，然后根据国民经济和社会发展规划指标，按单耗法进行预测。单耗法分产品单耗法和产值单耗法。采用单耗法预测负荷的关键是确定适当的产品单耗或产值单耗。

单耗法的优点是方法简单，缺点是需要做大量细致的调研、统计、分析工作，比较笼统，很难反映现代经济、政治、气候等条件的影响。由于近期阶段的产品单耗或产值单耗较易准确预测，所以其对短期负荷预测的效果较好。而在市场经济条件下，未来的单耗和经济发展指标都具有不确定性，其对中远期预测的准确性难以确定。

（3）弹性系数法

电力弹性系数是反映电力消费的年均增长率和国民经济年均增长率之间关系的宏观指标。弹性系数法是从宏观上确定电力发展同国民经济发展的相对速度，是衡量国民经济发展和用电需求的重要参数。应用弹性系数法的前提条件是必须预先知道规划期内国民经济的发展目标及其年均增长率。这可根据国民经济发展战略规划来确定。采用弹性系数法预测负荷的关键及核心问题就是如何确定规划期的电力弹性系数值。

由于弹性系数法是根据已经掌握的今后一段时期内国民经济发展计划确定的国内生产总值的年平均增长率，以及选用过去历史阶段的电力弹性系数的变化规律的值来预测今后一段时期的用电量，且在经济平稳发展时期，电力弹性系数的值可以较准确的预测。因此，电力弹性系数是经济平稳发展时期中长期电力需求预测的常用方法。在经济转型时期，由于受多种不确定性因素的影响，比如经济结构和产业结构的急剧变化，电力弹性系数已经变得不确定，并且随着科学技术的迅猛发展，节电技术和电力需求管理的不断产生和发展，以电能代替其他非电能源的范围不断扩大，电力与经济关系的变化很大，电力需求与经济发展的步伐不协调，造成电力弹性系数难以确定，此时期就不宜采用电力弹性系数法进行预测。

一般来说，电力弹性系数法仅适合于大范围（例如全国或大区电力系统地区）、较长时段的预测，属于长期趋势预测，是一种宏观预测方法。(www.xing528.com)

（4）回归分析法

回归法又称统计分析法，也是广泛应用的定量预测方法。它是根据负荷过去的历史资料，建立可以进行数学分析的数学模型，对未来的负荷进行预测。从数学的角度看，就是数理统计中的回归分析法，即通过对影响因子和用电量的历史数据进行分析，确定用电量和影响因子之间的函数关系，从而实现电力负荷预测。

在回归分析中，选用何种因子和该因子采用何种表达式只是一种推测（一般常用的因子有国民生产总值、人口、人均用电量和工农业总产值等）。这使得用电量因子具有多样性和不可预测性，也使得回归分析法在某些情况下受到限制。

（5）灰色预测法

灰色数学理论是把负荷序列看作真实的系统输出，它是众多影响因子的综合作用结果。这些因子的未知性和不确定性，称为系统的灰色特性。灰色系统理论把负荷序列通过生成变换，使其变化为有规律的生成数列再建模，用于负荷预测。

随着现代科学技术的不断进步，理论研究的逐步深入，灰色理论以及以下介绍的专家系统理论、神经网络理论、模糊数学等为代表的新兴交叉学科理论的出现，也为负荷预测的飞速发展提供了坚实的理论依据和数学基础。

1）专家系统方法。专家系统方法是对于数据库里存放的过去几年的负荷数据和天气数据等进行细致的分析，汇集有经验的负荷预测人员的知识，提取有关规则。借助专家系统，负荷预测人员能识别预测日所属的类型，考虑天气因素对负荷预测的影响，按照一定的推理进行负荷预测。

2）神经网络理论。神经网络理论是利用神经网络的学习功能，让计算机学习包含在历史负荷数据中的映射关系，再利用这种映射关系预测未来负荷。由于该方法具有很强的鲁棒性、记忆能力、非线性映射能力和强大的自学习能力，因此有很大的应用市场。但其缺点是学习收敛速度慢，可能收敛到局部最小点，并且知识表达困难，难以充分利用调度人员经验中存在的模糊知识。

3）模糊负荷预测。模糊控制是在所采用的控制方法上应用了模糊数学理论，使其进行确定性的工作，对一些无法构造数学模型的被控过程进行有效控制。模糊系统不管其是如何进行计算的，从输入输出的角度讲它是一个非线性函数。模糊系统对于任意一个非线性连续函数，就是找出一类隶属函数，一种推理规则，一个解模糊方法，使得设计出的模糊系统能够任意逼近这个非线性函数。

4.4.1.2 负荷预测在AVC系统中的应用

1.使用负荷预测技术实现简单的动态无功优化

由于负荷的波动会造成各变电所电容的投切和有载主变压器分接头调节振荡或者不必要操作。为了避免设备不必要的操作，引入短期和超短期负荷预报的技术，划分出高峰、低谷、腰荷时间段，并确定每个时段内负荷的变化趋势。

根据时段及负荷变化趋势确保控制设备动作适应一段时期内负荷变化。除了当前数据预算，增加20min后的电压预算，减少动作振荡。

2.通过负荷预测技术更好的实现逆调压控制策略

当变电站处于负荷高峰期且变电站负荷爬升开始或是变电站处于负荷低谷期且负荷下降时，变电站启动逆调压策略。

当变电站电压和功率因数均合格，逆调压已启动，且变压器负荷处于高峰爬坡期，电压越优化下限，电压预算合格，此时采用投入电容的策略。

当变电站电压和功率因数合格，逆调压已启动，且变压器负荷处于低谷下降期，电压越优化上限，电压预算合格，此时采用切除电容的策略。