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电力系统规划与可靠性（第2专题:电力负荷预测）武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程及其自动化专业选修课张莲梅电力负荷预测电力负荷预测的基本概念负荷预测的分类在规划设计中负荷预测的内容负荷预测的基本程序电力负荷预测的数据处理技术影响电力负荷预测的因素需电量传统的预测方法最大负荷值传统的预测方法确定性负荷预测方法不确定性电力负荷预测方法预测方法的比较负荷预测的综合评价电力负荷预测的基本概念电力负荷的定义电力负荷的分类负荷曲线和参数负荷预测的定义负荷预测的意义负荷预测的特点在电力规划中，广泛使用的负荷概念是指国民经济整体或部门对电力电量的消耗量的历史情况及未来的变化发展趋势。电力负荷的定义在电力系统中，电气设备所需用的电功率称为电力负荷或电力。由于电功率分为视在功率、有功功率和无功功率，一般用电流表示的负荷，实际上是对应视在功率而言。电力负荷有两方面的含义：①电力工业的服务对象，包括使用电力的部门、机关、企事业单位、工厂、农村、车间、学校以及各种各样的用电设备；②上述各用电单位、部门或设备使用电力和电量的具体数量。负荷指标、最高负荷、平均负荷、负荷率【负荷指标】目前供电部门所分配的负荷指标，主要是指小时平均的有功负荷指标，而不是视在功率和无功功率。【最高负荷】电力负荷在某个时间间隔内必然出现一个最大值，称为最高负荷。【平均负荷】在某一段时间范围内电力负荷的平均值，称为平均负荷。【负荷率】平均有功负荷与最高负荷的比率，称为负荷率。调整负荷，提高负荷率，不仅使用电单位的用电达到经济合理，而且也为整个电网的安全经济运行创造了条件。电力负荷的分类1、按物理性能分类有功负荷、无功负荷2、按电能的生产、供给和销售过程分类发电负荷、供电负荷、用电负荷3、按负荷在电力系统中的分布分类变电所负荷、分区负荷、全系统负荷4、按负荷的重要性分类一级负荷、二级负荷、三级负荷5、按所属行业分类国民经济行业用电、城乡居民生活用电用电负荷=系统内各用户在某一时刻所耗用电力的总和供电负荷=用电负荷+网损(线路和变压器损耗)发电负荷=供电负荷+发电厂厂用负荷=用电负荷+网损(线路和变压器损耗)+厂用电国民经济行业用电：第一产业、第二产业、第三产业和居民生活用电第一产业：农、林、牧、渔、水利业第二产业：工业和建筑业第三产业：国民经济行业用电中的其他剩余部分一级负荷：中断供电将造成人身伤亡，或在政治经济上有重大损失的负荷；二级负荷：中断供电将影响重要用电单位的正常工作，或将在政治经济上有较大损失的负荷；三级负荷：不属于以上一级和二级的负荷。负荷特性和参数日最大(小)负荷=每日24个整点负荷中的最大(小)值;日平均负荷=日发(用)电量/24小时;年平均负荷=全年8760小时负荷的平均值(或全年各日平均负荷的平均值);日负荷率γ=日平均负荷/日最大负荷;年负荷率δ=全年平均日电量/年最大负荷;年平均日负荷率=全年各日负荷率的平均值(或全年每月最大负荷日平均负荷之和/全年每月最大负荷日最大负荷之和);日最小负荷率β=日最小负荷/日最大负荷;年最大负荷利用小时数=年发(用)电量/年最大负荷;日峰谷差=日最大负荷与最小负荷之差;年最大峰谷差=全年各日峰谷差的最大值;主要特性指标负荷率:测计时段内负荷曲线中平均功率与最大功率的比值，即最小负荷率：测计时段内负荷曲线中最小功率与最大功率之比，即最大负荷利用率：等于该年最大负荷利用小时数除以全年小时数。maxpPPminmaxPP=Tzd/8760常用负荷曲线日负荷曲线:一天内每小时(整点时刻)负荷的变化情况。0.60.70.80.91.0012345678910111213141516171819202122232001年夏季2001年冬季周负荷曲线:一周内每天最大负荷的变化情况。年持续负荷曲线:将全年(8760)每小时负荷按大小排队,并作出的曲线。n.maxP8760t(h)01tP(MW)年负荷曲线:每年每个月最大负荷变化情况。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月负荷预测的定义【定义】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，确定未来某特定时刻的负荷数据，其中负荷是指电力需求量（功率）或用电量。【对象】负荷预测是从预测对象来看，电力负荷预测包括对未来电力需求量（功率）的预测、对未来用电量（能量）的预测、对负荷曲线的预测。【地位】电力负荷预测是电力系统规划的重要组成部分，也是电力系统经济运行的基础，它是电力系统经济调度中的一项重要内容，是能量管理系统(EMS)的一个重要模块。【问题】随着我国电力供需矛盾的突出，社会发展速度的不断加快和信息量的膨胀，电力负荷预测的准确度变得愈加困难。【用途】基于准确的负荷预测可以：经济合理的安排电力系统内部发电机组的启停保持电网运行的安全稳定性减少不必要的旋转储备容量合理安排机组检修计划保持社会的正常生产和生活有效降低发电成本提高经济效益和社会效益负荷预测的意义【意义】预测未来电力负荷的时间分布和空间分布，为电力系统规划和运行提供可靠的决策依据。【不准确性】电力负荷的未来发展受到复杂因素（如政治、经济、气象、预测技术）的影响，而且各种影响因素也是发展变化的。【条件性】各种负荷预测都是在一定条件下做出的。【时间性】负荷预测都有一定的时间范围。【多方案性】在一定精度范围内，采用不同的负荷预测方法，其结果不完全相同。负荷预测的特点（1）按时间分类按电网规划的时间范围划分长期负荷预测（10——30年）：用于战略规划，包括对发电能源资源的长远需求的估计，确定电力工业的战略目标中期负荷预测（5——10年）：与电力工程项目的建设周期相适应，对电网的规划、增容和改建工作至关重要短期负荷预测（1——5年）：对电力系统规划，特别是配电网的规划服务负荷预测的分类按电网调度部门的时间范围划分超短期负荷预测（未来1h以内），用于编制发电机的运行计划，确定旋转备用容量，控制检修计划，估计收入，计算燃料以及购入电量的数量和费用。短期负荷预测（24——48小时内），用于水火电分配、水火协调、经济调度和功率交换。使用对象是编制调度计划的工程师中期负荷预测（时间跨度在一周至一月内），用于水库调度、机组检修、交换计划和燃料计划。使用对象是编制中长期运行计划的工程师长期负荷预测（单位：年），用于电源和电网的发展计划，需数年的负荷值。使用对象：规划工程师。超短期负荷预测指未来1h以内的负荷预测，其中：用于电能质量控制需要5～10s的负荷预测值在安全监视状态下，需要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。•城市民用负荷预测•商业负荷预测•工业负荷预测•农村负荷预测•其他负荷预测（2）按行业分类•最高负荷、最低负荷•平均负荷•全网负荷•负荷峰谷差•母线负荷（3）按特性分类在规划设计中负荷预测的内容负荷预测包括电量需求预测和最大负荷预测。在规划设计中，应完成以下5个方面的内容：(1)电量需求预测：应包括以下内容：①各年(或水平年)需电量；②各年(或水平年)一、二、三产业和居民生活需电量；③各年(或水平年)分部分、分行业需电量；④各年(或水平年)按经济区域、行政区域或供电区需电量。(2)电力负荷预测：应包括以下内容：①各年(或水平年)最大负荷；②各年(或水平年)代表月份的日负荷曲线、周负荷曲线；③各年(或水平年)年持续负荷曲线、年负荷曲线；④各年(或水平年)的负荷特性和参数，如平均负荷率、最小负荷率、最大峰谷差、最大负荷利用小时数等。(3)用电增长的因素和规律分析：为了很好地掌握系统中用电增长的因素和规律，需要在充分调查研究的基础上，对以下内容进行分析：①能源变化的情况与电力负荷的关系；②国民生产总值增长率与电力负荷增长率的关系；③工业生产发展速度与电力负荷增长速度的关系；④设备投资、人口增长与电力负荷增长的关系；⑤电力负荷的时间序列发展过程。此外，尚需研究经济政策、经济发展水平、人均收入变化、产业政策变化、产业结构调整、科技进步、节能措施、需求侧管理、电价、各类相关能源与电力的可转换性及其价格、气候等因素与电力需求水平和特性之间的影响，需分析研究电网的扩展和加强、城市电网改造、供电条件改善、农村电气化等对电力需求的影响。(4)电力电量、负荷特性、缺电情况分析：除了对上述因素分析以外，SDGJ60—1988《电力系统设计内容深度规定》应对以下内容进行分析：①分析地区电力电量消费水平及其构成；②地区总的电力电量消费与工农业产值的比例关系；③过去5-10年电力电量增长速度；④对负荷特性、缺电情况做必要的分析和描述。(5)设计负荷水平的确定：对电力系统规划审议确定的负荷水平，特别是设计水平年的负荷水平进行以下分析和核算并报有关单位认可，即作为本设计的负荷水平。①与本地区过去的电力电量增长率进行对比；②与国家计委和主管部门对全国或对本地区的装机和发电量预测和控制数进行分析对比；③说明与地区电力部门的预测负荷和电量是否一致；④对负荷的主要组成、分布情况和发展趋势作必要的描述；⑤必要时还应根据关键性用户建设计划及其主要产品产量对预测负荷进行分析评价。确定负荷预测的目的(紧密联系实际需要)收集负荷预测需要的资料资料整理对收集资料的初步分析建立预测模型综合分析，确定预测结果编写预测说明负荷预测的基本程序负荷预测工作的关键在于收集大量的历史数据，建立科学有效的预测模型，采用有效的算法，以历史数据为基础，进行大量试验性研究，总结经验，不断修正模型和算法，以真正反映负荷变化规律。负荷预测需收集的资料，一般包括：①城市总体规划中有关人口、用地、能源等以及各功能分区的布局改造和发展规划。②统计部门及气象部门等提供的有关历史数据和预测信息。③电力系统规划中电力、电量的平衡，电源布局等有关资料。④全市及各分区历年用电量，高峰用电和负荷典型日负荷曲线，电网潮流图。⑤各级电压变电所的负荷记录和典型负荷曲线、功率因数。⑥当电源及供电网能力不足时，应根据有关资料估算出潜在负荷的情况。资料整理：一般来说，由于预测的质量不会超过所用资料的质量，所以要对所收集的与负荷有关的统计资料进行审核和必要的加工整理，来保证资料的质量，从而为保证预测质量打下基础，即要注意资料的完整无缺，数字准确无误，反映的都是正常状态下的水平，资料中没有异常的分离项，还要注意资料的补缺，并对不可靠的资料加以核实调整。初步分析：包括画出动态折线图或散点图，观察变动的轨迹；计算一些统计量；查明异动的原因并加以处理。建立预测模型是统计资料轨迹的概括，预测模型是多种多样的，因此，对于具体资料要选择恰当的预测模型，这是负荷预测过程中至关重要的一步。当由于模型选择不当而造成预测误差过大时，就需要改换模型，必要时，还可同时采用几种数学模型进行运算，以便对比、选择。在选择适当的预测技术后，建立负荷预测数学模型，进行预测工作。综合分析：由于从已掌握的发展变化规律，并不能代表将来的变化规律，所以要对影响预测对象的新因素进行分析，对预测模型进行恰当的修正后确定预测值。选择适当的预测技术运算得到预测值，参照当前的各种可能性，对新的趋势和发展综合分析，对初步预测进行调整和修正。编写预测说明：对取得这些结果的预测条件、假设、限制因素等情况进行详细的说明。电力负荷预测的数据处理技术数据处理的必要性数据处理的基本内容负荷数据的预处理【必要性】历史数据的正确性直接影响到预测精度的高低。因此需要对历史数据进行合理性分析，去伪存真。【意义】数据的前置处理可使原始数据得到优化，降低算法的时间和空间复杂性，利于算法的最终实现。【基本要求】排除人为因素带来的错误及由于统计口径不同带来的误差。尽量减少“异常数据（历史上的突发事件或由于某些特殊原因会对统计数据带来重大的影响）”。数据处理的必要性（1）数据补全：可使用人工填写空值、使用最可能的值填充、使用一个全局常量填充等方法。（2）数据噪声处理：由于数据录入或测量仪表等原因可能使数据存在