徐 伟 安新润
（湖北省供电公司十堰供电公司，湖北 十堰 442000）
【摘 要】地区电网规划是所在区域国民经济和社会发展的重要组成部分，同时也是电力企业自身长远发展规划的重要组成部分。电力需求预测是电力系统规划决策、经济运行的前提和基础，电力需求的准确预测对电力安全生产和运行以及国民经济发展都有重要意义。通过对负荷预测的几种常用算法和电网规划的优化方法的介绍，并结合某地区经济发展和电网建设的现状，提出该地区中长期的负荷预测方案。
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关键词 城市电网；负荷预测；电网规划
作者简介：徐伟（1977.11—），男，汉族，湖北十堰人，工程硕士，湖北省供电公司十堰供电公司，电力工程师，主要负责配网规划、自动化建设。
安新润（1976.06—），男，汉族，湖北十堰人，工程硕士，湖北省供电公司十堰供电公司，高级电力工程师，主要负责负荷预测、配网建设。
地区电网规划是所在供电区域国民经济和社会发展的重要组成部分，同时也是地区电力企业自身长远发展规划的重要组成部分，电网规划对于电网建设、运行和供电保障的具有先导和决定作用。电网规划的目标是寻求最佳的电网投资决策，其目的是根据电网发展、负荷增长和电源装机情况合理地确定今后若干年的电网结构，以保证整个电力系统的长期最优发展，使其既安全可靠又经济合理。地区电网规划的基本原则是在保证电力安全可靠地输送到负荷中心的前提下，使地区电网建设和运行的费用最小。
电力需求预测是电力系统规划决策、经济运行的前提和基础，电力需求的准确预测对电力安全生产和运行以及国民经济发展都有重要意义。大多数预测方法利用统计技术或人工智能算法，如回归、神经网络、模糊逻辑和专家系统。其中的两种方法，最终使用法和计量经济法广泛用于中期和长期预测。其他方法，其中包括类似天方法、各回归模型、时间序列、神经网络、统计分析算法、模糊逻辑和专家系统，主要用于短期预测。
1 几种常用的负荷预测方法
1.1 弹性系数法
电力弹性系数是指一段时间内电力消费增长速度与国民生产总值增长速度的比值。用以评价电力与经济发展之间的总体关系，用来从宏观角度调控电力与国民经济发展之间的关系。电力弹性系数可以用以下公式来表示：
E=Ky/Kx
式中：E——电力弹性系数；
Ky——电力消费年平均增长率；
Kx——国民经济年平均增长率。
1.2 趋势分析法
趋势分析法是根据已知的历史资料来拟合一条曲线，使这条曲线反映负荷本身的增长趋势，然后按照这个增长趋势曲线，对于要求的未来某一点，从曲线上估计出该时刻的负荷预测值。在很多情况下，它确实能给出较好的预测结果。其基本形式为：
Y＝F(t，θ)＋ε
式中：Y——预测对象；
ε——预测误差；
θ——待定参数。
几种典型的趋势模型为：幂函数趋势模型Y＝abt；指数趋势模型Y＝aebt；对数趋势模型Y＝a+blnt；线性趋势模型Y＝a+bt；逻辑斯蒂（Logistic）模型Y＝L/(1+ae_bt)；多项式趋势模型Y＝a0+a1t+……＋antn。在实际应用中，采用该方法得到的预测结果，其精确度原则上对拟合的全区间都是一致的。
1.3 回归分析法
回归分析法（又称统计分析法）也是目前广泛应用的定量预测方法。其任务是确定预测值和影响因子之间的关系。
回归分析法是通过对影响因子值和用电的历史资料的拟合，用回归分析建立两者之间的函数关系，有了这种函数关系后就能够预测用电。但由于回归分析中，选用何种因子和该因子系用何种表达式有时只是一种推测，而且影响用电因子的多样性和某些因子的不可测性，使得回归分析在某些情况下受到限制。
采用该方法进行负荷预测时，要建立人口与居民用电、各产业同各产业用电的关系，采用政府部门提供的人口及经济规划指标，预测对应年度的售电量值。
1.4 组合预测法
不同的预测方法能提供不同的有用信息，组合预测方法可以综合利用这些信息，可以更充分地利用原始数据的信息，弥补单模型方法的不足，尽可能地提高预测精度。组合预测法是指将几种预测方法所得的预测结果选取适当的权重进行加权平均的预测方法，或在几种预测方法中进行比较，选择拟合优度最佳或标准离差最小的预测方法。
1.4.1 等权平均组合预测法（EW)
EW是一类经常使用的组合预测方法。
设f1（i=1，2，…，k）为第i个模型的预测值，fc如果代表组合预测值，则EW法得到的组合预测：
EW法不需要了解单一预测值f1的预测精度，也不需要知道单一预测的误差之间的相互关系，方法简单，是在对各种预测方法的预测精度完全未知的情况下，所采取的一种较为稳妥的方法。
1.4.2 方差一协方差组合预测法(兆瓦)
EW法是在不知道各预测精度的条件下所采用的一种组合预测方法。在能够了解到各单独预测值的预测精度的情况下，就应采用加权平均的方法。
设f1、f2是两个关于f的无偏预测值，fc是加权平均的组合预测值。设预测误差分别为e1、e2和ec，取w1、w2是相应的权系数，且有w1＋w2=1，有fc＝w1 f1＋w2 f2，要求fc也是无偏的，且误差及其方差分别是ec=w1e1＋w2e2。其优于各单一算法，也优于EW算法。
1.4.3 回归组合预测
回归组合预测方法是另类加权平均优选组合预测方法，一般记为R法。
此外，也可用加权最小二乘法进行回归组合预测。
以上三种是常用的组合预测方法。单一的预测方法所用的信息是有限的，而不同的预测方法所用的信息是不完全相同的，将各种单一预测结果进行组合可以得到一种组合预测结果。
1.5 空间负荷预测法
近年来，负荷发展和变化的情况比较复杂，用传统的负荷预测方法得到的负荷大小和地理分布存在着较大的偏差。为了适应实际的需要，上世纪80年代初，WILLIS.H.L.提出了空间负荷预测理论(SPACIAL LOAD FORECASTING THEORY)法不仅能预测未来负荷量的变化规律，而且对未来的负荷地理分布情况也作出了相应预测。空间负荷预测方法主要分为解析法 、域分析法和基于模糊逻辑的方法等三大类。解析法是运用小区的各项原始数据预测小区负荷的发展趋势，又可分为趋势法(TREND)，多变量法(MULTIVARIATE)、基于土地利用的方法，即用地仿真法（LAND-USE SIMULATION)；域分析法，即通过专家或规划人员输入各小区对各类负荷的适应性分数值，直接确定将来小区新增电力用户的数量；基于模糊逻辑的方法，即利用模期集理论分析小区规划年的用地性质。
2 电网规划研究方法
地区电网规划任务是根据规划期间的电源开发、负荷增长及设备改造方案，确定相应的规划水平年的电网网架结构。在保证将电力安全可靠地输送到负荷中心的前提下，使地区电网建设和运行费用最少。实践证明，设计上的少量改善往往就可以获得巨大的经济效益。进入二十世纪中后期，随着数学、运筹学和计算机技术的发展，使得电网规划的新方法应运而生。目前，电网规划的研究方法主要有启发式优化方法和数学优化方法两种。
2.1 启发式优化方法
启发式优化方法是一种比较接近于工程人员的思路、根据经验和计算分析以直观分析为依据的算法。比如：以马尔科夫链的遍历理论为基础的模拟退火算法，以优胜劣汰的原则进行搜索和优化的遗传算法，还有由意大利科学家DORIGO研究总结出的仿生启发式优化寻优的蚂蚁算法，以及TABU搜索法、专家系统法等。
2.2 数学优化方法
数学优化方法是对电网规划问题作数学描述，并处理成有约束的极值问题，然后利用最优化理论进行求解。数学优化的主要方法有：线性规划、整数规划、多目标规划、混合整数规划和动态规划等方法。
3 某地区电网负荷预测的应用
根据该地区《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》和“十二五”规划发展目标，结合当地电网发展现状，在电网发展的中长期规划中采用了弹性系数法、年递增率法对该地区的电网的电力、电量进行预测，相互校验，推算出水平年电力、电量预测值。
3.1 电力弹性系数法电量预测
电力弹性系数反映了在一定时期国民经济与电量需求的增长之间的内在关系。根据该地区全社会历史用电量和国内生产总值的数据，分别计算出它们的平均增长率，从而得到电力弹性系数的历史序列。在历史弹性系数序列的基础上，运用回归技术、动平均法、指数平滑法、灰色模型等手段，预测未来年份的电力弹性系数，然后，利用基准年电量为基础，预测未来各年的电量需求。
从历史数据来看，该地区的电力弹性系数波动较大，这与其在“十一五”期间大力发展高耗能企业有关，电量有较大的涨幅，弹性系数将处于较高的状态。但总体趋势是下降的，产业结构亦发生了较大变化，能耗小的第三产业比重将大幅度上升，这种产业结构的变化必然促使电力弹性系数呈现下降趋势。因此，推断在规划年期间电力弹性系数将逐渐下降。预测未来各年的电量需求结果如表2所示。
3.2 年平均增长法电量预测
年平均增长法是负荷预测中常用的一种方法，其利用对历史数据的分析，总结出其电量、负荷的发展变化的增长率，同时结合考虑该城市的远景规划发展，确定出在规划期间的年平均增长率，即可得知预测年的电量和负荷值。
3.3 综合预测结果
2015年－2030年电量的各种算法预测结果比较分别如表4所示。
根据以上需求电量预测结果的高、中、低方案，该地区推荐中方案结果。
对该地区的负荷预测中，该地区的社会经济发展和招商引资的最新进展等动态信息在一定程度上影响了负荷预测的准确性。此外，上一级电网规划的调整对区域电网规划的影响很大。目前，国内外电网规划的思路和方法也在不断发展进步，今后将及时跟踪最新的进展和动态，为将来电网规划的修订完善奠定基础。
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［责任编辑：汤静］
