第一章 绪论
1.1课题的提出和意义
随着我国电力事业的发展，电网管理日趋现代化。负荷预测问题的研究逐渐引起了人们的关注，在电力系统学科中占据了重要的地位，是一个重要的组成部分。在实际中，制定电力系统规划以及实现电力系统自动化这两项重要的工作，对它们进行应有的负荷预测都是基本要求。
众所周知，电力系统的作用应当是为各类的用户提供可靠而合乎质量要求的电能，使得各种客户的要求得到满足，而所有用户所使用的电能即为负荷。负荷的大小与特性，对于系统的运行研究以及系统的设计，都是重中之中。所以，对负荷的变化与特性，有一个事先的估计，是电力系统发展与运行研究的重要内容。电力系统运行管理现代化中最看重的就是负荷预测，其水平决定了现代化的程度以及技术的高度，能够保证整个系统能够在正确的思维指导下调度和运行。精准而优良的预测系统不仅在电力系统的安全、可靠、经济运行中起着支柱的作用，在节约能源方面也有着不俗的发挥。负荷预测会受到很多方面的影响，不单单由以往的数据所决定，还要各方面非电力系统负荷的影响。那整个系统为什么会要对将来的用电进行预测？因为系统内的可用发电容量，在正常运行的情况下，无论什么时候都要满足客户的需求，即满足所要提供的负荷。发电容量一旦不够，则必须采取相应的措施来增加其发电容量，比如新增发电机组或从相邻的电网借来所差容量；反之，若发电容量过剩，则也应该采取必要的措施，如有选择性的止某台电机的运行或者向相邻的网络输出多余的电容量。为了对选择对应的机组，确定所要具备的电源的结构，以及对于燃料的需求等，我们就应该要做到对负荷有一个准确的预测。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。
电力用户是电力工业的服务对象，电力负荷的不断增长是电力工业发展的根据。正确地预测电力负荷，既是为了保证无条件供应国民经济各部门及人民生活以充足的电力的需要，也是电力工业自身健康发展的需要。电力负荷预测工作既是电力规划工作的重要组成部分，也是电力规划的基础。全国性的电力负荷预测，为编制全国电力规划提供依据，它规定了全国电力工业的发展水平、发展速度、源动力资源的需求量，电力工业发展的资金需求量，以及电力工业发展对人力资
源的需求量。
电力系统负荷预测按照时间以及目的，可以划分为以下几个层次：①超短期负荷预测是未来1个小时以内的负荷预测，在安全监视状态下，需要5～l0s或1到5min的预测值，预防性控制以及紧急状态处理需要l0min至1h的预测值。②短期负荷预测则是指日负荷预测和周负荷预测，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长期负荷预测国家对3年以上的时间所进行的预测，由电网规划部门来根据国民经济的发展和对电力负荷的需求，对电网改造以及扩建来做一个相应的准备工作。国民经济发展、国家政策会对中长期的电力负荷预测有着一个重要的指导作用。
综上所述，电力系统的正确调度、规划和运行都离不开电力负荷预测，准确的负荷预测不仅对电力系统的安全、可靠、经济运行起着重要作用，同时也是潜在节约能源的方法。随着我国在市场经济体质下的发展，电力系统对市场需求也要有着应对措施，减少发电时所用的成本，提升综合竞争能力。为此，随着竞争计划在电力系统的运用，政府从2001年至2010年在厂网分开的基础上建立起了规范，竞争，有序的发电市场。2010年后再在营销环节逐步引入竞争机制。各发电厂需要按各自的上网电价竞价发电以达到节省能源，降低总发电成本的目的。。负荷预测是实现电力市场的必备条件，具有重要的理论意义和实用价值。人们在生产生活实际中逐渐产生了两种预测方法，都是根据统计学理论来进行的分析，即时间序列法以及回归分析法。时间序列法早期的时候被广泛运用，一般来说分为确定性时序法和随机性时序法，确定性时序法包括时间序列平滑法，趋势外推和季节变动法等；后者则包括马尔可夫法Box．Jenkins法(又称ARMA模型法)等，其中Box-Jenkins法是最为大众所接受，使用也最为广泛。但是在使用的过程中，这些理论方法却被发现出了许多局限性，如预测的精度不能满足于实际工程的要求，在有些节假日的预测效果不是那么令人满意，加上它不具备自我适应和自我学习的能力，整个预测系统的鲁棒性完全没有得到保障等。时间序列
法则大都建立在假定负荷是稳定发展变化基础上的，没有考虑过温度等因素对负荷的影响，所以面对温度变化剧烈或者其他因素对他产生了干扰的时候，结果通常会有较大的偏差。这些方法所共同具备的特点，也是他们之所以能呗人们广泛运用会是由于需要的历史数据少，工作量相对来说也会比较的少一点。假如是没有考虑负荷变化的因素，只能适用于负荷变化相对比较平稳前提下所进行的预测。
1.2负荷预测特点以及他的研究现状
负荷预测的一个突出特点，就是要依靠负荷的历史记录，对过去的负荷进行分析，进而对未来做出预测。电力系统的负荷在本质上来说是不可控的。虽然一些小的变化可用频率控制加以影响，或者在某些情况下可以在局部地区采用电量计划分配，或者采用某种特殊的电价政策来对负荷施加影响，然而，总的说来，由于各种因素的影响，负荷是不可控的。因此，了解未来短期内负荷的可能变化的一个最为有效的方法，就是观察负荷的历史记录。·负荷的另一个特征就是它具有按天，按周以及按年的周期性变化特点，而短期负荷预测正是密切注意到负荷的这两个重要特征，有针对地提出一套可行的办法。
电力系统的短期负荷预测分为离线预测和在线预测。离线预测就是进行按天，按周，按月的负荷预测。它是指在一定的预测区间内，需要进行逐步预测并不是步步改变预测模型。所以，要求在一定的预测区间内，给定一个通用的预测模型。在线预测则进行按分，按小时的负荷预测。为了能使模型在任何时候都能精确的反映过程特性，可以按照预测误差随时的连续的调整模型的参数甚至改变模型阶数，而在必要的时候甚至可以转化模型形式。
本文采用离线预测，下面介绍短期预测的步骤： (1) 确定要预测的量以及预测量的时间间隔。
(2) 按同样的时间间隔，对所要预测的量，取足够的历史记录，有时 候甚至需要历史记录资料的采样时间间隔小于预测量的时间间隔。 (3) 分析负荷的历史资料，判断用什么样的模型最适于描述这个负荷 变化过程。
(4) 对所建立的模型，根据模型本身的特性及己知负荷记录资料对它 进行辨识与参数的粗估计。 (5) 进行参数的精确估计。 (6) 进行模型适用合理性的检验。 (7) 建立预测模型。
(8) 在预测过程中，对预测模型进行必要的校正。
长期的实践中人们开发了许多种负荷预测方法，传统的基于统计学的负荷预测方法大致有两种，即时间序列法和回归分析法。早期的预测技术主要是时间序列法，它分为确定性时序法和随机性时序法，前者包括时间序列平滑法，趋势外推和季节变动法等；后者包括马尔可夫法和Box．Jenkins法(又称ARMA模型法)等，其中Box-Jenkins法最成功，使用最广泛。但这些方法被广泛应用的同时，也表现出很多缺陷和局限性，如预测精度不能满足实际工程的要求，在节假日的预测效果不令人满意，加上不具备自适应和自学习的能力，预测系统的鲁棒性没有保障等。
时间序列法一般都是建立在假定负荷是稳定发展变化的基础上，没有考虑天气对负荷的影响，故面对天气骤变或突发事件时预测误差较大。这些方法的优点是所需历史数据少，工作量小。确定是没有考虑负荷变化的因素，只适用于负荷变化比较平稳的前提下进行的预测。
回归算法能够考虑进天气影响和特殊日负荷的特点，但它需要大量数据的参与计算，同时一般均假设各变量之间是简单的线性关系，而负荷与天气等变量之间是动态的、非线性的关系，对此，回归算法便不能很好地解决：另外，部分假设天气与负荷之间是动态、非线性关系的回归算法也只是通过简单的变量代换来拟合这种非线性关系，故均不能较好地反映负荷与天气间的关系
近年来许多人逐渐对负荷预测有了更多的研究，随着研究的深入，也对负荷预测有了新的见解，产生了许多更适用于莫方面的方法。其中主要包括：短期负荷预测的趋势外推预测技术，灰色预测技术以及人工智能技术。电力负荷虽然有随机、不确定的一面，但是在趋势上有明显的规律可循。根据各行业负荷变化的规律，运用趋势外推技术进行负荷预测能够得到较为理想的结果。外推法有线性趋势预测、对数趋势预测、二次曲线趋势预测、多项式趋势预测、季节型预测和