计及气象累积效应的电力系统最大日负荷预测系统及方法

计及气象累积效应的电力系统最大日负荷预测系统及方法
【专利摘要】一种计及气象累积效应的电力系统最大日负荷预测系统及方法，由数据采集模块将气象、负荷数据读入系统；通过数据筛分处理模块将负荷数据分为不含累积效应部分及累积效应显著部分，并确定影响电网负荷的关键气象指数；在负荷预测建模模块中，首先建立非累积日负荷基础预测模型，在此基础上建立累积日负荷修正模型，由此生成综合预测模型；最后在负荷预测模块中，将建模模块结果与气象及负荷数据库相联结获得负荷预测值输出到软件图形界面，提供给用户。本发明能够反映气象条件对电网负荷的时间性和累积性影响，帮助电网运行人员准确地掌握负荷的变动规律，及时根据天气预报的气象情况预测最大日负荷变化，提高短期负荷预测的精度。
【专利说明】计及气象累积效应的电力系统最大日负荷预测系统及方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统考虑气象因素的中短期负荷预测方法技术，是一种考虑气象 因素综合影响的电力系统最大日负荷预测建模优化系统及其方法。

【背景技术】
[0002] 电力系统最大日负荷预测短期负荷预测是电网调度的重要环节，是电力系统中短 期负荷预测领域的重要组成部分，对电力系统节能减排等都有重要影响。准确的负荷预测 对于保持电力系统的安全稳定运行、保障人们生产活动和生活的有序进行具有重要的意 义。随着居民生活条件的逐步改善，空调、暖气高频率地出现在日常生活工作中，电网统调 负荷快速增长，调温负荷所占的比例逐年增大，从而构成用电峰荷，拉大电网负荷峰谷差。 电网气象敏感负荷不断上升，气候对负荷特性的影响越来越大，还存在着复杂的累积和滞 后等效应。这些因素使电网负荷规律性变得很复杂，给负荷建模、负荷管理、电网规划带来 许多困难。


【发明内容】

[0003] 本发明将根据电网实际的负荷、经济、各种气象因素等历史数据，系统分析负荷特 性，对电网统调日最大负荷及气象因素进行分析研究，提出了一种计及气象累积效应的电 力系统最大日负荷预测模型及优化方法，包括不同气象指数对最大日负荷的交叉影响分析 方法、基于地市电网负荷形成省级多因素混合气象指数分析方法、气象指数与负荷关系的 灵敏度实用化建模、温度累积效应的建模和优化方法等。通过该方法能够反映气象条件对 电网负荷的时间性和累积性影响，帮助电网运行人员准确地掌握负荷的变动规律，及时根 据天气预报的气象情况预测最大日负荷变化，提高短期负荷预测的精度，完成日调度计划 的制定。
[0004] 本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种计及气象累积效应的电力系统最 大日负荷预测系统，包括数据采集模块、数据筛分处理模块、负荷预测建模模块、负荷预测 模块和软件图形界面模块。
[0005] 数据采集模块是将外部气象、负荷数据传递到系统中进行解析；数据筛分处理模 块是将采集来的数据进行季节性筛选，并且将负荷分解为累积效应显著负荷和累计效应不 显著负荷两大类分别存储；负荷预测建模模块，包括非累积日负荷基础预测模型建模模块 及累积日负荷修正模型建模模块，非累积日负荷基础预测模型建模模块是提取累积效应不 显著的负荷进行正常工作日模型的建立和预测，累积日负荷修正模型建模模块是在非累积 日负荷基础预测模型基础上针对累积日进行建模和预测修正，最后建立综合预测模型；负 荷预测模块是将负荷预测建模模块结果与气象及负荷数据库相联结获取负荷预测值；软件 图形界面模块是对以上预测结果的输出。
[0006] 所述的计及气象累积效应的电力系统最大日负荷预测系统的预测方法，包括以下 步骤：
[0007] 首先采用相关度分析、关联误差分析等方法进行特征选择，确定影响电网负荷的 关键气象指数；通过回归分析和灵敏度计算方法得到具体电网负荷对关键气象指数的灵敏 度，并通过最小二乘法拟合逼近得到气象指数与负荷关系的灵敏度实用化表达方式；通过 数据筛选分离出累积效应不显著负荷并建立基础预测模型，在此模型上对累积效应显著负 荷建模，采用不同气象因素预测负荷的误差交叉修正方法，利用最优化方法求解最优修正 因子，得到考虑了温度累积效应的实际负荷预测工程化模型，并借助灰色关联度、预测误差 率等评估修正结果。
[0008] 本发明的工作原理及过程如下：
[0009] (1)利用负荷、各种气象因素等历史数据，计算多因素混合气象指数；
[0010] (2)分析不同气象因素包括温度、湿度、风速、降雨量以及四个多因素混合气象指 数（温湿指数、实感温度、舒适度、寒湿指数）对负荷的交叉作用，采用相关性分析方法、关 联误差分析等方法，分析影响最大日负荷的各种气象因素及其相关度，通过多种特征选择 方法确定影响最大日负荷的主要气象因素；
[0011] (3)根据地市多种气象指数和地市负荷的相关性，建立地市多种气象指数和地市 负荷推导模型，基于地市电力负荷和地市气象指数计算省级多因素混合气象指数；
[0012] (4)筛分累积效应显著与非显著日，获取这两种情况下的气象数据和负荷数据，以 方便对基础负荷和含累积效应负荷建模；
[0013] (5)根据步骤（2)得到的影响最大日负荷的气象因素，构建气象指数与负荷关系 的灵敏度实用化建模，得到不含温度累积效应时的基础负荷预测工程化模型；
[0014] (6)将实际负荷与上述基础负荷预测值之差当作由累积效应引起的负荷偏差，利 用不同于基础负荷预测的气象指数对该负荷偏差建立优化模型；
[0015] (7)求解由累积效应引起负荷偏差建立优化模型，获取修正模型系数；
[0016] (8)根据实际负荷值与含累积效应的负荷预测值，计算预测误差率，并用灰色关联 度评估修正结果，获取最优的气象因素交叉修正方案。
[0017] 与现有技术方案相比，本发明的有益效果是：
[0018] 建立了考虑温度累积效应影响的最大日负荷预测模型，根据历年负荷和气象数 据，分析了电网最大日负荷与气象之间的关系及影响规律，建立的模型以气象指数作为输 入量，根据气象部门的天气预报情况判断未来负荷变化趋势。所建模型考虑了气象因素对 负荷影响的复杂性，在建立负荷预测模型时应该将正常的负荷与受累积效应影响显著的负 荷分开来考虑，这样在数学层面上避免了"重复"运算。考虑了单一气象因素和多因素混合 气象因素，利用不同的气象因素及多因素混合气象指数交叉修正预测负荷，体现了不同气 象条件对负荷的交叉影响。提出基于地级电用电情况的省级地区多因素混合气象指数计算 方法，处理各地市间由于地域原因产生的气象差异。提出的灵敏度简化表达方式简化了模 型的复杂程度，使其在工程上更容易实现，同时减轻了预测人员的繁杂度，提高了预测工作 的效率。由于累积效应最直接影响的电量，因此该模型处理累积效应时采用直接修正负荷 的方法，而不采用修正气象指数的方法，避免了误差的多级放大。建立优化模型，采用优化 方法，有效减小了预测误差，提高了电网短期负荷预测的准确度，为合理安排发电计划提供 依据。

【专利附图】

【附图说明】
[0019] 图1为本发明所述的计及气象累积效应的电力系统最大日负荷预测系统的结构 连接图。
[0020] 图2为本发明所述的多气象因素交叉修正方法。
[0021] 图3为本发明所述的非累积日负荷基础预测模型建模模块的整体实现过程。
[0022] 图4为本发明所述的累积日负荷修正模型建模模块的整体实现过程。
[0023] 图5为本发明实施例所述的夏季最大负荷与综合最高温度的曲线图。
[0024] 图6表示本发明实施例所述的最高温度与负荷关系灵敏度实用化表达及相关性。
[0025] 图7表示本发明实施例所述的负荷偏差（Λ L)与温差（Λ ?\)的关系。
[0026] 图8表示本发明实施例所述的负荷偏差（Λ L)与温差（Λ Τ2)的关系。
[0027] 图9表示本发明实施例所述的实际负荷值与最高温度初步预测值之间的关系。
[0028] 图10表示本发明实施例所述的实际负荷值与平均实感温度二次拟合修正预测的 负荷值的相关关系。

【具体实施方式】
[0029] 下面参照附图，详细叙述本发明的具体实施方案。
[0030] 如图1所示，本发明所述的计及气象累积效应的电力系统最大日负荷预测系统， 包括数据采集模块、数据筛分处理模块、负荷预测建模模块、负荷预测模块和软件图形界面 模块。
[0031] 本发明所述的电力系统最大日负荷预测建模中考虑气象累积效应影响的建模方 法，包括影响负荷变动的关键气象因素选择，建立不含累积效应的基础预测模型，对累积效 应显著的负荷进行预测修正建模。
[0032] 如图2、图3和图4所示，建立考虑气象因素综合影响的电力系统最大日负荷预测 模型，包括如下步骤：
[0033] 1、在影响负荷变动的关键气象因素选择模块中，分析气象对负荷的交叉作用，采 用计算负荷与各气象指数的相关度以及方差分析等方法，对各影响因子进行比较，相关度 大并且方差小的气象指数即确认是关键的影响因子。
[0034] 在大多数研究中认为，各个气象因素直接作用于电力负荷。实际上，气象因素对于 电力负荷的影响规律是非常复杂的，而且往往存在着不同气象因素的交互影响，这就需要 进一步分析多个气象因素产生的耦合效果（多因素混合气象指数）及其对电力系统的影响 规律。
[0035] 在影响短期负荷的气象因素中，温度很明显是影响最大的一个，低温和高温闷热 可以引起相对较大的高峰负荷。事实上，气象因素对负荷的影响是通过改变人体对环境的 舒适度感觉而实现的。为此，本发明引入生物气象学中的温湿指数、寒湿指数、实感温度、舒 适度指数4个指标来综合衡量气象因素对电力负荷的影响，并用多因素混合气象指数与温 度、湿度等单一因素的相关关系进行比较，找出对负荷特征的变化有更好的跟随性和描述 效果的气象指数。
[0036] 相关性分析是指对两个或多个具备相关性的变量元素进行分析，从而衡量两个变 量因素的相关密切程度。相关性的元素之间需要存在一定的联系或者概率才可以进行相关 性分析。本方法计算各气象因素以及各多因素混合气象指数与电网还原负荷的相关系数， 找出对负荷的影响大且影响较为稳定的因素，并用回归分析法建立关系方程。利用方差分 析等方法，对各影响因子进行比较，相关度大并且方差小的气象指数即认为是关键的影响 因子。将不同的影响因子分别用在基础负荷建模和累积效应修正建模上，生成交叉修正方 案。
[0037] 以某地区实际电网为例，对2008年到2013年夏季最大日负荷和气象数据进行分 析，负荷与各气象之间的关联程度如表1所示，从表内可以看出最大温度及平均实感温度 的相关度最高且各年相关度的方差较小，说明这两个因素在该电网区域，对夏季最大日负 荷的影响相对较大且影响较为稳定。
[0038] 表1某电网夏季日最大日负荷与加权多因素混合气象的相关度
[0039]

【权利要求】
1. 一种计及气象累积效应的电力系统最大日负荷预测系统，其特征在于，包括数据采 集模块、数据筛分处理模块、负荷预测建模模块、负荷预测模块和软件图形界面模块； 数据采集模块是将外部气象、负荷数据传递到系统中进行解析；数据筛分处理模块是 将采集来的数据进行季节性筛选，并且将负荷分解为累积效应显著负荷和累计效应不显著 负荷两大类分别存储；负荷预测建模模块，包括非累积日负荷基础预测模型建模模块及累 积日负荷修正模型建模模块，非累积日负荷基础预测模型建模模块是提取累积效应不显著 的负荷进行正常工作日模型的建立和预测，累积日负荷修正模型建模模块是在非累积日负 荷基础预测模型基础上针对累积日进行建模和预测修正，最后建立综合预测模型；负荷预 测模块是将负荷预测建模模块结果与气象及负荷数据库相联结获取负荷预测值；软件图形 界面模块是对以上预测结果的输出。
2. 权利要求1所述的计及气象累积效应的电力系统最大日负荷预测系统的预测方法， 该方法包括如下步骤： (1) 采用相关性分析方法，分析历史数据中影响最大日负荷的各种气象因素，包括温 度、湿度、风速、降雨量以及多因素混合气象指数，多因素混合气象指数包括温湿指数、寒湿 指数、实感温度指数和舒适度指数，得到最大日负荷与各种气象因素的相关度，通过多特征 选择法确定影响最大日负荷的主要气象因素，并分析不同气象因素对负荷的交叉作用； (2) 根据地级市多种气象指数和地级市负荷的相关性，基于地级市电力负荷和地级市 气象指数计算省级多因素混合气象指数； (3) 筛分气象累积效应显著与非显著日，提出一种气象指数与负荷关系的灵敏度实用 化建模，得到不含温度累积效应时的基础负荷预测工程化模型； (4) 在基础负荷预测工程化模型上，提出不同气象因素预测误差交叉修正方法，利用优 化理论求解最优修正因子，得到考虑了气象累积效应的最大日负荷预测工程化模型。
【文档编号】G06Q10/04GK104156783SQ201410367888
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】李滨, 吴茵, 张智光, 朱桂兰, 龚利武, 牟才荣, 覃芳璐, 巩德军, 黄佳, 苗增强, 韦化, 林洁 申请人:广西电网有限责任公司, 广西大学