1、電力系統規劃與可靠性（第（第2 2專題專題: :電力負荷預測）電力負荷預測） 20142014版版武漢大學電氣工程及其自動化專業選修課武漢大學電氣工程學院電力信息與控制研究所張蓮梅email：lloottuuss 電力負荷預測 1 1 電力負荷預測的基本概念電力負荷預測的基本概念 2 2 負荷預測的分類負荷預測的分類 3 3 在規劃設計中負荷預測的內容在規劃設計中負荷預測的內容 4 4 負荷預測的基本程序負荷預測的基本程序 5 5 影響電力負荷預測的因素影響電力負荷預測的因素 6 6 電力負荷預測的數據處理技術電力負荷預測的數據處理技術 7 7 確定性負荷預測方法確定性負荷預測方法 8 8 最

2、大負荷值傳統的預測方法最大負荷值傳統的預測方法 9 9 需電量傳統的預測方法需電量傳統的預測方法 1010 不確定性電力負荷預測方法不確定性電力負荷預測方法 11 11 預測方法的比較預測方法的比較 12 12 負荷預測的綜合評價負荷預測的綜合評價 電力負荷預測的基本概念 電力負荷的定義電力負荷的定義 電力負荷的分類電力負荷的分類 負荷曲線和參數負荷曲線和參數 負荷預測的定義負荷預測的定義 負荷預測的意義負荷預測的意義 負荷預測的特點負荷預測的特點 在電力規劃中，廣泛使用的負荷概念是指國民經濟整體在電力規劃中，廣泛使用的負荷概念是指國民經濟整體或部門對電力電量的消耗量的歷史情況及未來的變化發展

3、趨或部門對電力電量的消耗量的歷史情況及未來的變化發展趨勢。勢。電力負荷的定義 在電力系統中，電氣設備所需用的電功率稱為電力負在電力系統中，電氣設備所需用的電功率稱為電力負荷或電力。荷或電力。 由于電功率分為視在功率、有功功率和無功功率，由于電功率分為視在功率、有功功率和無功功率， 一般一般用電流表示的負荷，實際上是對應視在功率而言。用電流表示的負荷，實際上是對應視在功率而言。 電力負荷有兩方面的含義：電力負荷有兩方面的含義：電力工業的服務對象，包括使用電力的部門、機關、企事業電力工業的服務對象，包括使用電力的部門、機關、企事業單位、工廠、農村、車間、學校以及各種各樣的用電設備；單位、工廠、農村

4、、車間、學校以及各種各樣的用電設備；上述各用電單位、部門或設備使用電力和電量的具體數量。上述各用電單位、部門或設備使用電力和電量的具體數量。負荷指標、最高負荷、平均負荷、負荷率【負荷指標負荷指標】 目前供電部門所分配的負荷指標，主要是指小時平均的目前供電部門所分配的負荷指標，主要是指小時平均的有功負荷指標，有功負荷指標， 而不是視在功率和無功功率。而不是視在功率和無功功率。【最高負荷最高負荷】 電力負荷在某個時間間隔內必然出現一個最大值，稱為電力負荷在某個時間間隔內必然出現一個最大值，稱為最高負荷。最高負荷。【平均負荷平均負荷】 在某一段時間范圍內電力負荷的平均值，在某一段時間范圍內電力負荷的

5、平均值， 稱為平均負稱為平均負荷。荷。【負荷率負荷率】 平均有功負荷與最高負荷的比率，稱為負荷率。調整負平均有功負荷與最高負荷的比率，稱為負荷率。調整負荷，提高負荷率，不僅使用電單位的用電達到經濟合理，荷，提高負荷率，不僅使用電單位的用電達到經濟合理， 而且也為整個電網的安全經濟運行創造了條件。而且也為整個電網的安全經濟運行創造了條件。 電力負荷的分類【按物理性能分類按物理性能分類】 有功負荷、無功負荷有功負荷、無功負荷【按電能的生產、供給和銷售過程分類按電能的生產、供給和銷售過程分類】 發電負荷、供電負荷、用電負荷發電負荷、供電負荷、用電負荷【按負荷在電力系統中的分布分類按負荷在電力系統中的

6、分布分類】 變電所負荷、分區負荷、全系統負荷變電所負荷、分區負荷、全系統負荷【按負荷的重要性分類按負荷的重要性分類】 一級負荷、二級負荷、三級負荷一級負荷、二級負荷、三級負荷【按所屬行業分類按所屬行業分類】 國民經濟行業用電、城鄉居民生活用電國民經濟行業用電、城鄉居民生活用電 用電負荷用電負荷= =系統內各用戶在某一時刻所耗用電力的總和系統內各用戶在某一時刻所耗用電力的總和 供電負荷供電負荷= =用電負荷用電負荷+ +網損網損( (線路和變壓器損耗線路和變壓器損耗) ) 發電負荷發電負荷= =供電負荷供電負荷+ +發電廠廠用負荷發電廠廠用負荷 = =用電負荷用電負荷+ +網損網損( (線路和變

7、壓器損耗線路和變壓器損耗)+)+廠用電廠用電 國民經濟行業用電國民經濟行業用電：第一產業、第二產業、第三產業和居民第一產業、第二產業、第三產業和居民生活用電生活用電 第一產業：第一產業：農、林、牧、漁、水利業農、林、牧、漁、水利業 第二產業：第二產業：工業和建筑業工業和建筑業 第三產業：第三產業：國民經濟行業用電中的其他剩余部分國民經濟行業用電中的其他剩余部分 一級負荷：一級負荷：中斷供電將造成人身傷亡，或在政治經濟上有重中斷供電將造成人身傷亡，或在政治經濟上有重大損失的負荷；大損失的負荷； 二級負荷：二級負荷：中斷供電將影響重要用電單位的正常工作，或將中斷供電將影響重要用電單位的正常工作，或

8、將在政治經濟上有較大損失的負荷；在政治經濟上有較大損失的負荷； 三級負荷：三級負荷：不屬于以上一級和二級的負荷。不屬于以上一級和二級的負荷。負荷特性和參數 日最大日最大( (小小) )負荷負荷= =每日每日2424個整點負荷中的最大個整點負荷中的最大( (小小) )值值; ; 日平均負荷日平均負荷= =日發日發( (用用) )電量電量/24/24小時小時; ; 年平均負荷年平均負荷= =全年全年87608760小時負荷的平均值小時負荷的平均值( (或全年各日平均負或全年各日平均負荷的平均值荷的平均值);); 日負荷率日負荷率= =日平均負荷日平均負荷/ /日最大負荷日最大負荷; ; 年負荷率年

9、負荷率= =全年平均日電量全年平均日電量/ /年最大負荷年最大負荷; ; 年平均日負荷率年平均日負荷率= =全年各日負荷率的平均值全年各日負荷率的平均值( (或全年每月最大或全年每月最大負荷日平均負荷之和負荷日平均負荷之和/ /全年每月最大負荷日最大負荷之和全年每月最大負荷日最大負荷之和);); 日最小負荷率日最小負荷率= =日最小負荷日最小負荷/ /日最大負荷日最大負荷; ; 年最大負荷利用小時數年最大負荷利用小時數= =年發年發( (用用) )電量電量/ /年最大負荷年最大負荷; ; 日峰谷差日峰谷差= =日最大負荷與最小負荷之差日最大負荷與最小負荷之差; ; 年最大峰谷差年最大峰谷差=

10、=全年各日峰谷差的最大值全年各日峰谷差的最大值; ;主要特性指標常用負荷曲線日負荷曲線日負荷曲線: :一天內每小時一天內每小時( (整點時刻整點時刻) )負荷的變化情況。負荷的變化情況。0.60.70.80.91.00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 232001年夏季2001年冬季周負荷曲線周負荷曲線: :一周內每天最大負荷的變化情況。一周內每天最大負荷的變化情況。年持續負荷曲線年持續負荷曲線: :將全年將全年(8760)(8760)每小時負荷按大小排隊每小時負荷按大小排隊, ,并作出的并作出的曲線。曲線。n.

11、maxP8760t(h)01tP(MW)年負荷曲線年負荷曲線: :每年每個月最大負荷變化情況。每年每個月最大負荷變化情況。0.850.900.951.001.051月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月10月11月12月負荷預測的定義【定義定義】負荷預測是根據系統的運行特性、增容決策、自然負荷預測是根據系統的運行特性、增容決策、自然條件與社會影響等諸多因素，在滿足一定精度要求的條件下，條件與社會影響等諸多因素，在滿足一定精度要求的條件下，確定未來某特定時刻的負荷數據，其中負荷是指電力需求量確定未來某特定時刻的負荷數據，其中負荷是指電力需求量（功率）或用電量。（功率）或用電量。【對象

12、對象】負荷預測是從預測對象來看，電力負荷預測包括對負荷預測是從預測對象來看，電力負荷預測包括對未來電力需求量（功率）的預測、對未來用電量（能量）的未來電力需求量（功率）的預測、對未來用電量（能量）的預測、對負荷曲線的預測。預測、對負荷曲線的預測。【地位地位】電力負荷預測是電力系統規劃的重要組成部分，也電力負荷預測是電力系統規劃的重要組成部分，也是電力系統經濟運行的基礎，它是電力系統經濟調度中的一是電力系統經濟運行的基礎，它是電力系統經濟調度中的一項重要內容，是能量管理系統項重要內容，是能量管理系統(EMS)(EMS)的一個重要模塊。的一個重要模塊。【問題問題】隨著我國電力供需矛盾的突出，社會發

13、展速度的不隨著我國電力供需矛盾的突出，社會發展速度的不斷加快和信息量的膨脹，電力負荷預測的準確度變得愈加困斷加快和信息量的膨脹，電力負荷預測的準確度變得愈加困難。難。【用途用途】基于準確的負荷預測可以：基于準確的負荷預測可以： 經濟合理的安排電力系統內部發電機組的啟停經濟合理的安排電力系統內部發電機組的啟停 保持電網運行的安全穩定性保持電網運行的安全穩定性 減少不必要的旋轉儲備容量減少不必要的旋轉儲備容量 合理安排機組檢修計劃合理安排機組檢修計劃 保持社會的正常生產和生活保持社會的正常生產和生活 有效降低發電成本有效降低發電成本 提高經濟效益和社會效益提高經濟效益和社會效益負荷預測的意義【意義

14、意義】 預測未來電力負荷的時間分布和空間分布，為電力預測未來電力負荷的時間分布和空間分布，為電力系統規劃和運行提供可靠的決策依據。系統規劃和運行提供可靠的決策依據。【不準確性不準確性】 電力負荷的未來發展受到復雜因素（如政治、經濟、電力負荷的未來發展受到復雜因素（如政治、經濟、氣象、預測技術）的影響，而且各種影響因素也是發展變氣象、預測技術）的影響，而且各種影響因素也是發展變化的。化的。【條件性條件性】 各種負荷預測都是在一定條件下做出的。各種負荷預測都是在一定條件下做出的。【時間性時間性】 負荷預測都有一定的時間范圍。負荷預測都有一定的時間范圍。【多方案性多方案性】 在一定精度范圍內，采用不

15、同的負荷預測方法，其結在一定精度范圍內，采用不同的負荷預測方法，其結果不完全相同。果不完全相同。負荷預測的特點【按電網規劃的時間分類按電網規劃的時間分類】負荷預測的分類 長期長期負荷預測負荷預測(10(103030年年):):用于戰略規劃用于戰略規劃, ,包括對發電能包括對發電能源資源的長遠需求的估計源資源的長遠需求的估計, ,確定電力工業的戰略目標確定電力工業的戰略目標. . 中期中期負荷預測負荷預測(5(51010年年):):與電力工程項目的建設周期相與電力工程項目的建設周期相適應適應, ,對電網的規劃、增容和改建工作至關重要。對電網的規劃、增容和改建工作至關重要。 短期短期負荷預測負荷預

16、測(1(15 5年年):):對電力系統規劃，特別是配電網對電力系統規劃，特別是配電網的規劃服務。的規劃服務。【按電網調度部門的時間范圍劃分按電網調度部門的時間范圍劃分】 超短期超短期負荷預測負荷預測( (未來未來1h1h以內以內):):用于編制發電機的運行計劃，用于編制發電機的運行計劃，確定旋轉備用容量，控制檢修計劃，估計收入，計算燃料確定旋轉備用容量，控制檢修計劃，估計收入，計算燃料以及購入電量的數量和費用以及購入電量的數量和費用. . 短期短期負荷預測負荷預測(24(244848小時小時):):用于水火電分配、水火協調、用于水火電分配、水火協調、經濟調度和功率交換。使用對象是編制調度計劃的

17、工作師。經濟調度和功率交換。使用對象是編制調度計劃的工作師。 中期中期負荷預測負荷預測(1(1周周1 1月月):):用于水庫調度、機組檢修、交換用于水庫調度、機組檢修、交換計劃和燃料計劃。使用對象是編制中長期運行計劃的工程計劃和燃料計劃。使用對象是編制中長期運行計劃的工程師。師。 長期長期負荷預測負荷預測( (以年為單位以年為單位):):用于電源和電網的發展計劃，用于電源和電網的發展計劃，需數年的負荷值。使用對象：規劃工程師。需數年的負荷值。使用對象：規劃工程師。超短期負荷預測超短期負荷預測指未來指未來1h1h以內的負荷預測，其中：以內的負荷預測，其中：用于電能質量控制需要用于電能質量控制需要

18、5-10s5-10s的負荷預測值的負荷預測值在安全監視狀態下，需要在安全監視狀態下，需要1-5min1-5min的預測值的預測值預防性控制和緊急狀態處理需要預防性控制和緊急狀態處理需要10min-1h10min-1h的預測值。的預測值。【按行業分類按行業分類】 城市民用負荷預測城市民用負荷預測 商業負荷預測商業負荷預測 工業負荷預測工業負荷預測 農村負荷預測農村負荷預測 其它負荷預測其它負荷預測【按特性分類按特性分類】 最高負荷預測、最低負荷預測最高負荷預測、最低負荷預測 平均負荷預測平均負荷預測 全網負荷預測全網負荷預測 負荷峰谷差預測負荷峰谷差預測 母線負荷預測母線負荷預測在規劃設計中負荷

19、預測的內容 負荷預測包括電量需求預測和最大負荷預測。負荷預測包括電量需求預測和最大負荷預測。 在規劃設計中，應完成以下在規劃設計中，應完成以下5 5個方面的內容：個方面的內容：【電量需求預測電量需求預測】應包括以下內容：應包括以下內容：各年各年( (或水平年或水平年) )需電量；需電量；各年各年( (或水平年或水平年) )一、二、三產業和居民生活需電量；一、二、三產業和居民生活需電量；各年各年( (或水平年或水平年) )分部分、分行業需電量；分部分、分行業需電量；各年各年( (或水平年或水平年) )按經濟區域、行政區域或供電區需電量。按經濟區域、行政區域或供電區需電量。【電力負荷預測電力負荷預

20、測】應包括以下內容：應包括以下內容：各年各年( (或水平年或水平年) )最大負荷；最大負荷；各年各年( (或水平年或水平年) )代表月份的日負荷曲線、周負荷曲線；代表月份的日負荷曲線、周負荷曲線；各年各年( (或水平年或水平年) )年持續負荷曲線、年負荷曲線；年持續負荷曲線、年負荷曲線；各年各年( (或水平年或水平年) )的負荷特性和參數，如平均負荷率、最小的負荷特性和參數，如平均負荷率、最小負荷率、最大峰谷差、最大負荷利用小時數等。負荷率、最大峰谷差、最大負荷利用小時數等。【用電增長的因素和規律分析用電增長的因素和規律分析】 為了很好地掌握系統中用電增長的因素和規律，需要在為了很好地掌握系統

21、中用電增長的因素和規律，需要在充分調查研究的基礎上，對以下內容進行分析：充分調查研究的基礎上，對以下內容進行分析：能源變化的情況與電力負荷的關系；能源變化的情況與電力負荷的關系；國民生產總值增長率與電力負荷增長率的關系；國民生產總值增長率與電力負荷增長率的關系；工業生產發展速度與電力負荷增長速度的關系；工業生產發展速度與電力負荷增長速度的關系；設備投資、人口增長與電力負荷增長的關系；設備投資、人口增長與電力負荷增長的關系；電力負荷的時間序列發展過程。電力負荷的時間序列發展過程。 此外，尚需研究經濟政策、經濟發展水平、人均收入變此外，尚需研究經濟政策、經濟發展水平、人均收入變化、產業政策變化、產

22、業結構調整、科技進步、節能措施、化、產業政策變化、產業結構調整、科技進步、節能措施、需求側管理、電價、各類相關能源與電力的可轉換性及其價需求側管理、電價、各類相關能源與電力的可轉換性及其價格、氣候等因素與電力需求水平和特性之間的影響，需分析格、氣候等因素與電力需求水平和特性之間的影響，需分析研究電網的擴展和加強、城市電網改造、供電條件改善、農研究電網的擴展和加強、城市電網改造、供電條件改善、農村電氣化等對電力需求的影響。村電氣化等對電力需求的影響。【電力電量、負荷特性、缺電情況分析電力電量、負荷特性、缺電情況分析】 除了對上述因素分析以外，除了對上述因素分析以外，SDGJ 601988SDGJ

23、 601988電力系統設電力系統設計內容深度規定計內容深度規定應對以下內容進行分析：應對以下內容進行分析：分析地區電力電量消費水平及其構成；分析地區電力電量消費水平及其構成；地區總的電力電量消費與工農業產值的比例關系；地區總的電力電量消費與工農業產值的比例關系；過去過去5-105-10年電力電量增長速度；年電力電量增長速度；對負荷特性、缺電情況做必要的分析和描述。對負荷特性、缺電情況做必要的分析和描述。【設計負荷水平的確定設計負荷水平的確定】 對電力系統規劃審議確定的負荷水平，特別是設計水平對電力系統規劃審議確定的負荷水平，特別是設計水平年的負荷水平進行以下分析和核算并報有關單位認可，即作年的

24、負荷水平進行以下分析和核算并報有關單位認可，即作為本設計的負荷水平。為本設計的負荷水平。與本地區過去的電力電量增長率進行對比；與本地區過去的電力電量增長率進行對比；與國家計委和主管部門對全國或對本地區的裝機和發電量預與國家計委和主管部門對全國或對本地區的裝機和發電量預測和控制數進行分析對比；測和控制數進行分析對比；說明與地區電力部門的預測負荷和電量是否一致；說明與地區電力部門的預測負荷和電量是否一致；對負荷的主要組成、分布情況和發展趨勢作必要的描述；對負荷的主要組成、分布情況和發展趨勢作必要的描述；必要時還應根據關鍵性用戶建設計劃及其主要產品產量對預必要時還應根據關鍵性用戶建設計劃及其主要產品

25、產量對預測負荷進行分析評價。測負荷進行分析評價。負荷預測的基本程序 負荷預測工作的關鍵在于收集大量的歷史數據，建立科負荷預測工作的關鍵在于收集大量的歷史數據，建立科學有效的預測模型，采用有效的算法，以歷史數據為基礎，學有效的預測模型，采用有效的算法，以歷史數據為基礎，進行大量試驗性研究，總結經驗，不斷修正模型和算法，以進行大量試驗性研究，總結經驗，不斷修正模型和算法，以真正反映負荷變化規律。真正反映負荷變化規律。1 1 確定負荷預測的目的確定負荷預測的目的( (緊密聯系實際需要緊密聯系實際需要) )2 2 收集負荷預測需要的資料收集負荷預測需要的資料3 3 資料整理資料整理4 4 對收集的資料

26、的初步分析對收集的資料的初步分析5 5 建立預測模型建立預測模型6 6 綜合分析，確定預測結果綜合分析，確定預測結果7 7 編寫預測說明編寫預測說明【負荷預測需收集的資料負荷預測需收集的資料】 一般包括：一般包括：城市總體規劃中有關人口、用地、能源等以及各功能分區的城市總體規劃中有關人口、用地、能源等以及各功能分區的布局改造和發展規劃。布局改造和發展規劃。統計部門及氣象部門等提供的有關歷史數據和預測信息。統計部門及氣象部門等提供的有關歷史數據和預測信息。電力系統規劃中電力、電量的平衡，電源布局等有關資料。電力系統規劃中電力、電量的平衡，電源布局等有關資料。全市及各分區歷年用電量，高峰用電和負荷

27、典型日負荷曲線，全市及各分區歷年用電量，高峰用電和負荷典型日負荷曲線，電網潮流圖。電網潮流圖。各級電壓變電所的負荷記錄和典型負荷曲線、功率因數。各級電壓變電所的負荷記錄和典型負荷曲線、功率因數。當電源及供電網能力不足時，應根據有關資料估算出潛在負當電源及供電網能力不足時，應根據有關資料估算出潛在負荷的情況。荷的情況。【資料整理資料整理】 一般來說，由于預測的質量不會超過所用資料的質量，所一般來說，由于預測的質量不會超過所用資料的質量，所以要對所收集的與負荷有關的統計資料進行審核和必要的加工以要對所收集的與負荷有關的統計資料進行審核和必要的加工整理，來保證資料的質量，從而為保證預測質量打下基礎，

28、即整理，來保證資料的質量，從而為保證預測質量打下基礎，即要注意資料的完整無缺，數字準確無誤，反映的都是正常狀態要注意資料的完整無缺，數字準確無誤，反映的都是正常狀態下的水平，資料中沒有異常的下的水平，資料中沒有異常的“分離項分離項”，還要注意資料的補，還要注意資料的補缺，并對不可靠的資料加以核實調整。缺，并對不可靠的資料加以核實調整。 【初步分析初步分析】 包括畫出動態折線圖或散點圖，觀察變動的軌跡；計算一包括畫出動態折線圖或散點圖，觀察變動的軌跡；計算一些統計量；查明異動的原因并加以處理。些統計量；查明異動的原因并加以處理。【建立預測模型建立預測模型】是統計資料軌跡的概括，預測模型是多種是統

29、計資料軌跡的概括，預測模型是多種多樣的，因此，對于具體資料要選擇恰當的預測模型，這是多樣的，因此，對于具體資料要選擇恰當的預測模型，這是負荷預測過程中至關重要的一步。當由于模型選擇不當而造負荷預測過程中至關重要的一步。當由于模型選擇不當而造成預測誤差過大時，就需要改換模型，必要時，還可同時采成預測誤差過大時，就需要改換模型，必要時，還可同時采用幾種數學模型進行運算，以便對比、選擇。在選擇適當的用幾種數學模型進行運算，以便對比、選擇。在選擇適當的預測技術后，建立負荷預測數學模型，進行預測工作。預測技術后，建立負荷預測數學模型，進行預測工作。【綜合分析綜合分析】：由于從已掌握的發展變化規律，并不能

30、代表：由于從已掌握的發展變化規律，并不能代表將來的變化規律，所以要對影響預測對象的新因素進行分析，將來的變化規律，所以要對影響預測對象的新因素進行分析，對預測模型進行恰當的修正后確定預測值。選擇適當的預測對預測模型進行恰當的修正后確定預測值。選擇適當的預測技術運算得到預測值，參照當前的各種可能性，技術運算得到預測值，參照當前的各種可能性，對新的趨勢對新的趨勢和發展綜合分析，對初步預測進行調整和修正。和發展綜合分析，對初步預測進行調整和修正。【編寫預測說明編寫預測說明】：對取得這些結果的預測條件、假設、限：對取得這些結果的預測條件、假設、限制因素等情況進行詳細的說明。制因素等情況進行詳細的說明。

31、 國家電網公司于國家電網公司于20002000年進行了調研分析，論述了當前和年進行了調研分析，論述了當前和今后一段時間對我國電力負荷發展產生影響的主要因素。從今后一段時間對我國電力負荷發展產生影響的主要因素。從根本上可歸納為：根本上可歸納為：經濟、時間、氣候和隨機干擾經濟、時間、氣候和隨機干擾四類。具體四類。具體如下：如下：經濟發展水平、結構調整的影響；經濟發展水平、結構調整的影響；國民收入水平、消費觀念的改變；國民收入水平、消費觀念的改變；氣候的影響；氣候的影響；電價（分時電價，可中斷電價）的影響；電價（分時電價，可中斷電價）的影響；管理措施（削峰填谷）的影響；管理措施（削峰填谷）的影響；政

32、策因素（如環保要求）的影響。政策因素（如環保要求）的影響。影響電力負荷預測的因素電力負荷預測的數據處理技術數據處理的必要性數據處理的必要性數據處理的基本內容數據處理的基本內容負荷數據的預處理負荷數據的預處理【必要性必要性】 歷史數據的正確性直接影響到預測精度的高低。因此需歷史數據的正確性直接影響到預測精度的高低。因此需要要對歷史數據進行合理性分析對歷史數據進行合理性分析，去偽存真。，去偽存真。【意義意義】 數據的數據的前置處理前置處理可使原始數據得到可使原始數據得到優化優化，降低算法的時降低算法的時間和空間復雜性間和空間復雜性，利于算法的最終實現。，利于算法的最終實現。【基本要求基本要求】 排

33、除人為因素帶來的錯誤及由于統計口徑不同帶來的誤差。排除人為因素帶來的錯誤及由于統計口徑不同帶來的誤差。 盡量減少盡量減少“異常數據（歷史上的突發事件或由于某些特殊異常數據（歷史上的突發事件或由于某些特殊原因會對統計數據帶來重大的影響）原因會對統計數據帶來重大的影響）”。數據處理的必要性【數據補全數據補全】可使用人工填寫空值、使用最可能的值填充、使用一個全局可使用人工填寫空值、使用最可能的值填充、使用一個全局常量填充等方法。常量填充等方法。【數據噪聲處理數據噪聲處理】由于數據錄入或測量儀表等原因可能使數據存在較大的偏差，由于數據錄入或測量儀表等原因可能使數據存在較大的偏差，為了保證預測模型的有效

34、性，必須對異常數據進行相關處理，為了保證預測模型的有效性，必須對異常數據進行相關處理，常用的方法有分箱、聚類、回歸、計算機和人工檢查結合四常用的方法有分箱、聚類、回歸、計算機和人工檢查結合四類方法。類方法。數據處理的基本內容負荷數據的預處理 在經過初步整理之后，還要對所用資料進行數據分析在經過初步整理之后，還要對所用資料進行數據分析預處理，即對歷史資料中的異常值的平穩化以及缺失數據預處理，即對歷史資料中的異常值的平穩化以及缺失數據的補遺，針對異常數據，主要采用水平處理、垂直處理方的補遺，針對異常數據，主要采用水平處理、垂直處理方法。法。 數據的水平處理數據的水平處理：在進行分析數據時，將前后兩

35、個時間的：在進行分析數據時，將前后兩個時間的負荷數據作為基準，設定待處理數據的最大變動范圍，當負荷數據作為基準，設定待處理數據的最大變動范圍，當待處理數據超過這個范圍，就視為不良數據，采用平均值待處理數據超過這個范圍，就視為不良數據，采用平均值的方法平穩其變化；的方法平穩其變化； 數據的垂直處理數據的垂直處理：在負荷數據預處理時考慮其：在負荷數據預處理時考慮其24h24h的小周期，的小周期，即認為不同日期的同一時刻的負荷應該具有相似性，同時即認為不同日期的同一時刻的負荷應該具有相似性，同時刻的負荷值應維持在一定的范圍內，對于超出范圍的不良刻的負荷值應維持在一定的范圍內，對于超出范圍的不良數據，

36、修正為待處理數據的最近幾天該時刻的負荷平均值。數據，修正為待處理數據的最近幾天該時刻的負荷平均值。 確定性負荷預測方法 確定性負荷預測方法是把電力負荷預測用一個或一組方確定性負荷預測方法是把電力負荷預測用一個或一組方程來描述，電力負荷與變量之間有明確的一一對應關系。程來描述，電力負荷與變量之間有明確的一一對應關系。 確定性負荷預測方法又分為：確定性負荷預測方法又分為：經驗預測法經驗預測法經典預測法經典預測法相關分析法相關分析法指數平滑法等。指數平滑法等。最大負荷值傳統的預測方法 當已知規劃期的負荷需用電量后，一般可用最大負荷利用當已知規劃期的負荷需用電量后，一般可用最大負荷利用小時數法、同時率

37、法預測最大負荷值。小時數法、同時率法預測最大負荷值。(1)(1)最大負荷利用小時法最大負荷利用小時法 最大負荷最大負荷= =預測需電量預測需電量/ /年最大負荷利用小時數年最大負荷利用小時數 年最大負荷利用小時數：年最大負荷利用小時數：參考歷史統計值及經負荷特性分參考歷史統計值及經負荷特性分析后確定。析后確定。(2)(2)同時率法同時率法 綜合用電綜合用電最大負荷最大負荷= =供電地區的最大負荷之和供電地區的最大負荷之和 同時率同時率K K 最大發電負荷最大發電負荷= =綜合用電最大負荷綜合用電最大負荷+ +系統的線損和廠用電系統的線損和廠用電 用所求各供電地區的最大負荷之和乘以同時率用所求各

38、供電地區的最大負荷之和乘以同時率K K，得到，得到整個系統的綜合用電最高負荷，再加上整個系統的線損和廠用整個系統的綜合用電最高負荷，再加上整個系統的線損和廠用電后，就可以求得整個系統的最大發電負荷。電后，就可以求得整個系統的最大發電負荷。 這是因為各用戶的最大值不可能在同一時刻出現，一般這是因為各用戶的最大值不可能在同一時刻出現，一般同時率的大小與電力用戶的多少、各用戶的用電特點等有關。同時率的大小與電力用戶的多少、各用戶的用電特點等有關。每個系統應根據實際統計資料確定。每個系統應根據實際統計資料確定。 電力負荷的經驗預測法主要依靠專家的判斷，不建立數電力負荷的經驗預測法主要依靠專家的判斷，不

39、建立數學模型，用于針對電力負荷變化給出方向性的結論。學模型，用于針對電力負荷變化給出方向性的結論。經驗預測法專家預測法專家預測法: : 專家會議法專家會議法：通過召集專家開會面對面的討論問題通過召集專家開會面對面的討論問題, ,其主其主要缺點是參與人數有限要缺點是參與人數有限, ,權威者的意見可能影響到其他人的意權威者的意見可能影響到其他人的意見。見。 專家小組法專家小組法：專家們通過書面形式獨立的發表看法，并給：專家們通過書面形式獨立的發表看法，并給專家重新考慮、修改原先意見的機會，最后得到預測結果。專家重新考慮、修改原先意見的機會，最后得到預測結果。 類比法類比法：事物進行對比分析事物進行

40、對比分析, ,通過已知事物對未知的事物通過已知事物對未知的事物做出預測做出預測 主觀概率法主觀概率法：請若干專家來估計某特定事件發生的主觀概請若干專家來估計某特定事件發生的主觀概率率, ,綜合得出該事件的概率綜合得出該事件的概率需電量傳統的預測方法 需電量傳統的（經典）預測方法主要有以下幾種：需電量傳統的（經典）預測方法主要有以下幾種： 用電單耗法用電單耗法 電力彈性系數法電力彈性系數法 負荷密度法負荷密度法 綜合用電水平法綜合用電水平法 人均電量指標換算法人均電量指標換算法 分部門法分部門法用電單耗法 根據產品（或產值）用電單耗和產品產量（或產值）根據產品（或產值）用電單耗和產品產量（或產值

41、）來推算電量，是預測有單耗指標的工業和部分農業用電量來推算電量，是預測有單耗指標的工業和部分農業用電量的一種直接有效的方法。的一種直接有效的方法。所需要的用電量所需要的用電量A=A=預測期的產品產量預測期的產品產量G(G(或產值或產值) )用電單耗量用電單耗量Q Q，即，即A=QA=QG G。適用于已有生產或建設計劃的中近期負荷預測。適用于已有生產或建設計劃的中近期負荷預測。分分 類類可比水泥可比水泥綜合電耗限額限定值綜合電耗限額限定值b(kWh/tb(kWh/t) )4000t/d4000t/d以上以上( (含含4000t/d)4000t/d)85852000t/d-4000t/d(2000

42、t/d-4000t/d(含含2000t/d)2000t/d)9090水泥企業水泥企業水泥單位產品能耗限額水泥單位產品能耗限額先進值先進值用電單耗法電力彈性系數法電力彈性系數電力彈性系數k kdtdt: :在某一時期內用電量的平均年增長率在某一時期內用電量的平均年增長率k kzchzch與同時期國內生產總值與同時期國內生產總值 (GDP) (GDP)平均年增長率平均年增長率k kgzchgzch的比值。的比值。電力彈性系數的定義：電力彈性系數的定義：優點優點：計算簡單。：計算簡單。缺點缺點：預測結果準確度不高，可用作遠期規劃粗線條的：預測結果準確度不高，可用作遠期規劃粗線條的負荷預測。負荷預測。

43、zchdtgzchkkk通常通常, ,令令k kdtdt=1.05=1.05舉例如下舉例如下: : 負荷密度法 負荷密度負荷密度d d是指每平方公里土地面積上的平均負荷數是指每平方公里土地面積上的平均負荷數值。參照城市發展規劃、人口規劃、居民收入水平增長值。參照城市發展規劃、人口規劃、居民收入水平增長情況，來測算城鄉負荷水平。情況，來測算城鄉負荷水平。 計算公式：計算公式：P=P=S Sd d式中：式中：P P某地區年綜合負荷；某地區年綜合負荷； S S該地區土地面積；該地區土地面積； d d平均每平方公里負荷密度。平均每平方公里負荷密度。【例例2 2】下表為下表為19871987年我國某些大

44、城市負荷密度（年我國某些大城市負荷密度（kW/kmkW/km2 2），但），但北京市在規劃城市負荷水平時，對四環以內負荷密度按北京市在規劃城市負荷水平時，對四環以內負荷密度按40-40-50MW/km50MW/km2 2、四環以外至規劃市區邊緣負荷密度按、四環以外至規劃市區邊緣負荷密度按10 MW/km10 MW/km2 2、市、市區外則按區外則按0.19-0.32 MW/km0.19-0.32 MW/km2 2進行規劃和設計。進行規劃和設計。城市城市全市全市市區市區市中心市中心北京北京126.7126.71733.01733.02832.02832.0沈陽沈陽98.398.3218.4521

45、8.452829.82829.8上海上海6957.06957.0廣州廣州73.073.0526.50526.505217.05217.0重慶重慶37.237.21195.01195.03553.03553.0天津天津137.6137.6222.2222.24620.94620.9珠海珠海50.650.672.072.0673.1673.1武漢武漢120.25120.254329.04329.0【例例3 3】 20132013年年延安市北區電力專項規劃延安市北區電力專項規劃綜合用電水平法 綜合用電水平法：按照預測的人口數及每人平均耗電量來綜合用電水平法：按照預測的人口數及每人平均耗電量來預測居民

46、總用電量。預測居民總用電量。 海南省五指山市海南省五指山市 20012012年，五指山市人均用電量從年，五指山市人均用電量從215.76 kWh/人增長到人增長到844.5kWh/人，年均增長率為人，年均增長率為24.28%人均電量指標換算法 選取一個與本地區人文地理條件、經濟發展等各方選取一個與本地區人文地理條件、經濟發展等各方面相面相似的似的國內外地區作為國內外地區作為比較比較對象，通過分析比較兩地過去和現對象，通過分析比較兩地過去和現在的人均電量指標得到本地區的人均電量預測值，再結合人在的人均電量指標得到本地區的人均電量預測值，再結合人口分析得到總用電量的預測值。口分析得到總用電量的預測

47、值。分部門法 分別對分別對生活用電生活用電和和產業用電產業用電進行預測，二者相加得到進行預測，二者相加得到總需求電量的預測。總需求電量的預測。 優點優點：考慮了各部門對負荷的影響，精度高。：考慮了各部門對負荷的影響，精度高。 缺點缺點：數據量需求大。：數據量需求大。 回歸分析法 它利用數理統計原理，對大量的統計數據進行數學處理，它利用數理統計原理，對大量的統計數據進行數學處理，并確定用電量與某些自變量之間的相關關系，建立一個相關并確定用電量與某些自變量之間的相關關系，建立一個相關性較好的數學模式即回歸方程，用以預測今后的用電量。性較好的數學模式即回歸方程，用以預測今后的用電量。. . 其任務是

48、確定其任務是確定預測值預測值和和影響因子影響因子之間的關系。之間的關系。 回歸預測法是回歸預測法是最小二乘法原理最小二乘法原理的發展。的發展。 回歸分析法：一元線性回歸、多元線性回歸和非線性回歸法。回歸分析法：一元線性回歸、多元線性回歸和非線性回歸法。 根據歷史數據，選擇最接近的曲線函數，用最小二乘法根據歷史數據，選擇最接近的曲線函數，用最小二乘法( (或或其他方法其他方法) )求解出回歸系數，建立回歸方程，然后用相關系求解出回歸系數，建立回歸方程，然后用相關系數檢驗，認為合格后，則回歸方程是有意義的，并可算出回數檢驗，認為合格后，則回歸方程是有意義的，并可算出回歸方程的標準偏差，做出回歸方程

49、所預測結果的可信度。歸方程的標準偏差，做出回歸方程所預測結果的可信度。回歸模型預測技術【要點要點】 根據負荷過去的歷史資料根據負荷過去的歷史資料 建立可以進行數學分析的數學模型建立可以進行數學分析的數學模型 對未來的負荷進行預測對未來的負荷進行預測 包括線性回歸和非線性回歸包括線性回歸和非線性回歸 根據散點圖來判斷模型的大致類型根據散點圖來判斷模型的大致類型 從理論上講，任何回歸方程只適用于原來觀測數從理論上講，任何回歸方程只適用于原來觀測數據的變化范圍內，而不適于未來，但在實際應用中總據的變化范圍內，而不適于未來，但在實際應用中總用于適當未來時間范圍。用于適當未來時間范圍。一元線性回歸 假定

50、未來的增長是過去增長模式的繼續，根據過去的假定未來的增長是過去增長模式的繼續，根據過去的統計資料進行外推，以預測未來狀況的方法稱為外推法。統計資料進行外推，以預測未來狀況的方法稱為外推法。一般要用十年或十年以上的歷史數據，才能比較準確。一般要用十年或十年以上的歷史數據，才能比較準確。一般按時間序列趨勢進行，外推法預測的數學模型有三種：一般按時間序列趨勢進行，外推法預測的數學模型有三種：【直線型直線型】y=y=a+bta+bt，適用于逐年增減量大致相同。，適用于逐年增減量大致相同。【指數型指數型】y=y=ababt t，適用于每年的增減率大致相同。，適用于每年的增減率大致相同。【拋物線型拋物線型

51、】y=a+bt+ty=a+bt+t2 2，適用于每年增減量之間相差數大致相同。以最小，適用于每年增減量之間相差數大致相同。以最小二乘法趨勢線配合的方法準確率較高。二乘法趨勢線配合的方法準確率較高。外推法iiyBtAn22()iiiiiintYtYBntt 【例例4 4】某地區用電逐年增長，其中某地區用電逐年增長，其中1995199520052005年用電量如年用電量如下表所示，預測下表所示，預測20062006年本地區的用電量。年本地區的用電量。年份年份時間序列時間序列t ti i用電量用電量（百萬（百萬kWkWh h）19951995-5-52602602525-1300-130019961

52、996-4-42802801616-1120-112019971997-3-33103109 9-930-93019981998-2-23203204 4-640-64019991999-1-13323321 1-332-332200020000 04204200 00 0200120011 14554551 1455455200220022 24724724 4944944200320033 34814819 914431443200420044 4505505161620202020200520055 5580580252529002900合計合計0 0441544151101103440

53、34402itiyit解解：由上表可得有關參數：由上表可得有關參數：11n 4415401.3611iyyn2110it 0011itn3440iit y 401.36iiiybtyaynn222344031.27()110iiiiiiiiint ytyt ybnttt 故可得外推法方程：故可得外推法方程：由此可得由此可得20062006年該地區預測用電量：年該地區預測用電量：401.3631.27yt2006401.36 31.27 6 588.98()ykW h 百 萬時間序列法 根據歷史統計資料，總結出電力負荷發展水平與時間先根據歷史統計資料，總結出電力負荷發展水平與時間先后順序的關系，

54、即把后順序的關系，即把時間序列時間序列作為一個隨機變量序列，用概作為一個隨機變量序列，用概率統計的方法，盡可能減少偶然因素的影響，得出電力負荷率統計的方法，盡可能減少偶然因素的影響，得出電力負荷隨時間序列所反映出來的發展方向與趨勢，并進行外推以預隨時間序列所反映出來的發展方向與趨勢，并進行外推以預測未來負荷發展的水平。測未來負荷發展的水平。簡單平均法、加權平均法和移動平均法等都屬于時間序列法。簡單平均法、加權平均法和移動平均法等都屬于時間序列法。時間序列法是一種最為常見的短期負荷預測方法，它是針對時間序列法是一種最為常見的短期負荷預測方法，它是針對整個觀測序列呈現出的某種隨機過程的特性，去建立

55、和估計整個觀測序列呈現出的某種隨機過程的特性，去建立和估計產生實際序列的隨機過程的模型，然后用這些模型去進行預產生實際序列的隨機過程的模型，然后用這些模型去進行預測。它利用了電力負荷變動的慣性特征和時間上的延續性，測。它利用了電力負荷變動的慣性特征和時間上的延續性，通過對歷史數據時間序列的分析處理，確定其基本特征和變通過對歷史數據時間序列的分析處理，確定其基本特征和變化規律，預測未來負荷。化規律，預測未來負荷。 時間序列預測方法可分為確定型和隨機性兩類，確定型時時間序列預測方法可分為確定型和隨機性兩類，確定型時間序列作為模型殘差用于估計預測區間的大小。隨機型時間序列作為模型殘差用于估計預測區間

56、的大小。隨機型時間序列預測模型可以看作一個線性濾波器。間序列預測模型可以看作一個線性濾波器。 根據線性濾波器的特性，時間序列可劃為自回歸根據線性濾波器的特性，時間序列可劃為自回歸(AR)(AR)、動、動平均平均(MA)(MA)、自回歸、自回歸- -動平均動平均(ARMA)(ARMA)、累計式自回歸、累計式自回歸- -動平均動平均(ARIMA)(ARIMA)、傳遞函數、傳遞函數(TF)(TF)幾類模型幾類模型. . 其負荷預測過程一般分為其負荷預測過程一般分為: :模型識別、模型參數估計、模模型識別、模型參數估計、模型檢驗、負荷預測、精度檢驗預測值修正型檢驗、負荷預測、精度檢驗預測值修正5 5個

57、階段。個階段。指數平滑預測法指數平滑法是確定性的時間序列分析技術。指數平滑法是確定性的時間序列分析技術。 t 個數 x1 x2 x3 x4 xt-1 xt Ft+1 Ft+2 1 2 3 4 t-1 t t+1 t+2 s1 s2 s3 s4 st-1 st 平滑值 1tx 預測值 指數平滑預測法n一次指數平滑預測法一次指數平滑預測法【預測公式預測公式】選定參數選定參數 ，初值，初值 ，便，便可計算指數平滑序列可計算指數平滑序列用用t t期的平滑值期的平滑值 預測預測t+1t+1期的電力負荷期的電力負荷 。特別的特別的 ，這就是一，這就是一次指數平滑預測法。次指數平滑預測法。由上式可得由上式可

58、得,0101sx1(1),1,2,tttsxstT1ttxs,(1,2)T lTxsl【預測值計算預測值計算】用用預測值預測值代替代替平滑值平滑值得得預測遞推公式預測遞推公式或或 前式稱為直接式，后式稱為誤差改正式。前式稱為直接式，后式稱為誤差改正式。用上述公式作預測時，遇到兩個問題，一是確定初值用上述公式作預測時，遇到兩個問題，一是確定初值 ，二是二是 的取值。的取值。【初值確定初值確定】當當t t較大或較大或 接近接近1 1時，時，初值初值 的權系數很小，末項可忽略不的權系數很小，末項可忽略不計，所以計，所以 的選取并不十分重要，一般取的選取并不十分重要，一般取 或或 。11(1),1,2

59、,tttxxxt1(),1,2,ttttxxxxt1 x1 x1 x101 xsx00s當數據較少且當數據較少且 偏小時偏小時，初值，初值 的選取對預測結果的選取對預測結果影響較大，可通過分析預測誤差取到較為合理的初值。影響較大，可通過分析預測誤差取到較為合理的初值。 【 的取值的取值】分析遞推公式可知，若數據序列波動較大，為了在預測中反分析遞推公式可知，若數據序列波動較大，為了在預測中反應這種波動，應應這種波動，應突出新數據突出新數據 的作用，或強化誤差修正的作用，或強化誤差修正項項，要用較大的，要用較大的 值，如取值，如取 。反之取較小的反之取較小的 值。值。1 xtx0.8不確定性負荷預

60、測方法 2020世紀世紀8080年代后期，一些基于新興學科理論的現代預測年代后期，一些基于新興學科理論的現代預測方法逐漸得到了成功應用。方法逐漸得到了成功應用。 這其中主要有灰色數學理論、專家系統方法、神經網這其中主要有灰色數學理論、專家系統方法、神經網絡理論、模糊預測理論等。絡理論、模糊預測理論等。 這些方法用于解決不確定型問題時，又稱不確定性負這些方法用于解決不確定型問題時，又稱不確定性負荷預測方法。荷預測方法。不確定性負荷預測方法灰色預測法灰色預測法專家系統預測法專家系統預測法神經網絡預測法神經網絡預測法小波分析預測技術小波分析預測技術模糊預測法模糊預測法其他預測方法其他預測方法預測方法