（电力系统及其自动化专业论文）农村电网规划的辅助决策研究.pdf

a b s t r a c t t h er e s e a r c ho f a s s i s t a n td e c i s i o n - m a m n g i nr u r a lg r i dn e t w o r k p l a n n i n g a b s t r a c t t h es c i e n t i f i cp l a n n i n gs c h e m ei sag o o db a s i sf o rt h es t r u c t u r eo f t h eg r i dd o i n g ag o o dw o r ko fp l a n n i n ga n gd e s i g np l a y sad e c i s i v er o l ei ni n v e s t m e n tc o s to f e n g i n e e r i n gc o n s t r u c t i o na n dc o m p r e h e n s i v ee c o n o m i cb e n e f i t so fo p e r a t i o n a t p r e s e n t ，t h e r u r a lg r i dn e t w o r kp l a n n i n gi s m a i n l yf i n i s h e db yt h ep l a n n e r sv i a h a n d c r a f t ，t h a t sg r e a te l e c t i v et h i st e x ts t r i v e st om a k eam o r ep e r f e c tr u r a lg r i d n e t w o r kp l a n n i n gm o d e la n da s k ss o l u t i o nw i t hc o m p u t e ri no r d e rt or e c e i v em o r e e c o n o m i cd e c i s i o ns c h e m e l o a df o r e c a s t i n gi st h ep r e r e q u i s i t ea n db a s i sf o rt h eg r i dp l a n n i n g i nc h a p t e r t w o ，t h i sl i t e r a r yu s e st h eg r e ym o d e la n dt h er e g r e s s i o nm o d e lt of o r e c a s tt h et o t a l l o a d ，a n du s e st h et e c h n o l o g yo f o p t i m i z i n gg r o u p i n gw h i c hs y n t h e s i z e st h ea d v a n t a g e o fe v e r ym e t h o dt oo b t a i nt h es y s t e m a t i ct o t a la m o u n to fl o a d i na d d i t i o n ，a c c o r d i n g t ot h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h et o w n se l e c t r i c i t yg r o w t h ，w ed i v i d ei t s e l e c t r i cl o a di n t o t w op a r t s ，t h a t st h ep a r to fn a t u r a li n c r e a s i n ga n dt h ep a r to f j u m p i n gi n c r e a s i n g w e u s et h em o d e lo fl o g i s t i ci nd e m o l o g yt of o r e c a s tt h ep a r to fn a t u r a li n c r e a s i n ga n d a d o p tt h em o d e lo ff u z z ys y n t h e s i sj u d g i n gt oa n a l y z et h ep a r to f j u m p i n gi n c r e a s i n g s og oo f f w ec a ng e tac e r t a i ne v e r yd i s t r i c tt o w nl o a do f r a t ea tt h es a m et i m e t h eo p t i m i z a t i o no ft h es u b s t a t i o n ss i t ea n dt h ec h o i c eo ft h ec a p a c i t ya r et h e i m p o r t a n tf a c t o r si ni n f l u e n c i n gt h e 面ds t r u c t u r ea n dt h ec o n s t r u c t i o ni n v e s t m e n to f t h eg r i di nc h a p t e rt h r e eh e r e i n ，t h ea u t h o rs e e k st oc o n d u c ta ni n - d e p t ha n a l y s i so n t h i si s s u e a tf i r s t ，is e t su pt h em o d e lo fo p t i m i z i n gs u b s t a t i o nh a l to fm a n ys t a g e s a n dc o n f i r m i n gc a p a b i l i t y , w h i c hs t a n d so nt h eb a s i so fs e l e c t i n gs i t e sw i t hm a n y c o n t i n u o u s l ys o u r c e s e m p l o y , t h ea u t h o ru s e st h et h e o r yo f t h em o s tl i t t l et r e ea n d t h e m o s ts h o r tr o a di nt h et h e o r yo fc h a r tt od i s c u s st h ei s s u eo fs e l e c t i n gs i t ew i t hs i n g l e s o l l r c e ，a tl a s t , u s i n gc o m p u t e ra sat o o l ，is o l v e st h ea c t u a lm a t t e r n e t w o r kp l a n n i n gi st h ek e yt e c h n o l o g yi ng r i dp l a n n i n g t h i st e x te s t a b l i s h st h e a b s t r a c t o 一1p l a n n i n gm o d e lw h i c hb a s e so i lt h em i n i m u ms u mo ft h eo p e r a t i n ge x p e n s e sa n d t h ea n n u a lv a l u es u c ha st h ea n n u a li n v e s t m e n tn e e d e do ft h ep l a n n i n gl e v e ly e a ri n c h a p t e rf o u r , e s p e c i a l l yc o u n tt h ep o s s i b i l i t yf o rt h ec h a n g i n go ft h eo l dc i r c u i t r y i t a d o p t st h em e t h o do fd i r e c tc u r r e n ts w i mt oc a l c u l a t et h es w i mo ft h eg r i da n dv e r i f y t h ee x o r b i t a n t t h et o a du n d e rt h ec a s eo f “n 一1 a t1 a s t ，iu s et h et e c h n i c a ln o n l i n e a r p r o g r a m m i n gs o f t w a r es u c ha sl i n g o 8 0t oc a l c u l a t et h ee x e m p l ea n do b t a i nt h e s a t i s f a c t o r yr e s u l t i nc h a p t e rf i v e ，t h r o u g ht ot h eo v e r a l l ，d e e pi n v e s t i g a t i o n so f t h e 鲥dn e t w o r ko f p i n g x i a n g ，c o m b i n i n gt h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o no ft h e 醉dn e t w o r ko fp i n g x i a n g ， p r o c e e d i n gw i t hc u r r e n ts i t u a t i o no ft h eg r i dn e t w o r ko fp i n g x i a n g ，ie m p l o yt h e r e s e a r c hm s m t so ft h i st e x tt oc a r r yo np l a n n i n ga n dd e s i g nt ot h er u r a l 鲥dn e t w o r k o fp i n g x i a n g ，a n dh a v ee x c h a n g e dt h et r e n da n ds h o r t e do u tt oc a l c u l a t et h e p r o g r a m m e w r i t t e nb y ：f a n gg a n - l i n ( p o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i o n ) d i r e c t e db y ：z h a n gz h o n g h u i ( a s s o c i a t ep r o f e s s o r ) k e y w o r d s ：g r i dn e t w o r kp l a n n i n g ；i a df o r e c a s t i n g ；t h ed i s t r i b u t i o no f t r a n s f o r m e r s u b s t a t i o n ；0 - 1p l a n n i n g 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得壹虽塞鲎或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 1 学位敝储签名多 签字日期：2 。0 6 年多月侈日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解南昌太学有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权南昌大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签 签字日期：2 0 0 6 名：身 窀。 蝴 茂 篡熟声必蝴通讯地址；丘懒券天产璐妒眄f 伛 导师签名： 否z 会 签字日期：2 0 0 6 年彩月珍日 蝴3l f 群盼哆 嘟缀t3 浮圆 第一章绪论 第一章绪论 1 1 电网规划研究的意义 要满足国民经济发展的需要，电力工业必须先行。电力系统规划设计是电力 工程前期工作的重要组成部分，正确、合理的电力系统规划设计实施后可以最大 限度地节约国家基建投资，促进国民经济其他行业的健康发展提高其他行业的 经济和社会效益，因而其重要性是不可低估的【l | 0 电力网络规划是电力规划的重要组成部分【2 】。一个好的电网规划可以用来指 导电网建设和发展，为电网的安全稳定运行及经营管理奠定坚实的基础，使所设 计的系统能最有效地供应电力，能取得最经济的投资和运行费用；而电网规划设 计决策的失误对电力系统本身的安全运行和经济损失将产生巨大影响。另外，实 际电网中存在的许多急需解决的问题，如：电网结构薄弱，供电可靠性不高，电 压质最低，电网线路能损高等都与电网结构是否合理密切相关。因此，电网规划 近年来在国内外日益受到广泛重视，成为工业界与学术界研究的热点。 从数学上讲，电网规划是一个复杂的动态多目标不确定性非线性整数规划问 题，同时其复杂程度随着系统规模的增大而增加。电网规划研究就是要将系统工 程、运筹学领域的研究成果转化为电网优化规划理论，并同计算机相结合，这样 将不仅使规划方案的技术经济评价更加精确全面，而且也大大减轻了规划人员的 繁琐工作，加快了规划的进程。 1 2 电网规划的内容和步骤 电网规划以负荷预测和电源规划为基础吼主要完成两个方面的任务：一是 确定电嘲未来安装设备规格，如导线电压等级及型号、变j 盘器规格等；二是确定 电网中增加新设备的时间和地点。 电网规划按照其规划年限可以分为近期规划( 五年) 、中期规划( 十年) 和 远期规划( 二十年) l q o 近期规划与现有网架关系密切，它从现有的电网入手，将下一年的预测负荷 分配到现有的变电所和线路，进行电力潮流、电压降、短路容量等各项验算，以 检查电网的适应度，针对电网中出现的不适应问题，合理规划变电所位置、变电 第一章绪论 所容量，规划输、配电网网架，确定网改方案。新电网布局确定后，应对电网的 供电可靠性、供电电压质量、电网线损率、电网经济敬益等各项指标进行验算， 务必使其满足近期规划的目标要求f 4 。 中期规划足在做好近期规划的基础上，对今后1 0 年电网的发展进行详细的 分析论证。以中期预测负荷分配到各变电所和输、配电线路进行各项分析计算， 来检查电网的适应度。针对电网中存在的不适应问题，从远期规划的初步布局中 确定比较具体的电网改造方案，其中对大型的建设项目应给以适当的论证。 远期规划是以中期规划的电网布局为基础，根据远期预测来进行各项计算分 析。远期规划主要根据本地区国民经济和社会发展的长期规划来宏观地分析电力 市场要求，提出电力可持续发展的基本原则和方向。 农村电网的规划设计包括下列主要内容【4 j ： ( 1 ) 调查和搜集电力网现状资料，分析存存的问题，明确规划改造的重点。 ( 2 ) 调查和搜集规划区内国民经济各部门发展规划和人民生活用电的发展 变化资料，分区测算用电负荷对近期规划应逐年列；_ _ ，而中期及远期规划列出规 划年度总的负荷水平。 ( 3 ) 依据农村的总体规划及电力负荷的发展，分析规划年度的用电水5 f 。 ( 4 ) 分析规划区内无功电源和无功负荷的情况，进行无功平衡，合理地安排 无功电源的位置，确定最经济的补偿容量。 f 5 1 进行农村电网布局及电网结构方案研究，其中包括： 1 ) 分期对农网结构进行整体规划； 2 ) 确定农村变电所的布局及其最佳位置； 3 ) 确定输配电线路的接线方式、重点接线方式、线路路径： 4 ) 确定变电所及输配电线路的建设分期，分期的工程项目及建设进度； 5 1 确定调度、通信、自动化的规模及其采用继电保护的方式和要求； 6 ) 估算各规划时期内需要的投资、主要设备、主要材料的需要量及设备的 规范； 7 1 分析计算农村电网规划前后的各项指标，诸如，电网供电的可靠性、电 网线损率、各主要线路的电压损失和电能损失； 8 ) 估算规划期末所取得的经济效益和扩大供电能力后取得的社会效益； 第一章绪论 9 ) 编制规划文件，其中包括农网规划地理位置的接线图及规划说明书。 1 3 农网规划现状 电网规划的最终结果主要取决于原始资料及规划方法。与城市电网规划相比 较，农村电网规划存在以下缺点： ( 1 ) 农恻规划中由于原始资料收集难、数据1 i 可靠等问题，加上地形复杂， 使得规划带有很大的盲目性。 ( 2 ) 目前农网规划主要采用的还是以方案比较为基础的传统电网规划方法。 这种方法是从几种给定的可行方案中，通过技术经济比较选择出推荐的方案。一 般，参与比较的方案是由规划人员根据经验提出的，并不一定包括客观上的最优 方案。因此最终推荐方案就包含相当主观的因素。 ( 3 ) 随着整个电网变得越来越复杂，农网设计中以往那种人为臆断和局部最 优的规划方式会给电网的运行、发展带来隐患，使资金盲目使用的可能性加大。 结果是规划对实际生产建设所起的指导意义不大，权威性不足。 上述不足造成了目前我国农网建设缺乏统一、长远规划的局面，往往在某地 区负荷发展到一定阶段，山现了运行上的问题或发现了存在的隐患，就在该地区 建设或局部进行技术改进。这种“哪里需要哪里建的应急工程”的建设方式，导 致了电网结构凌乱和运行方式的复杂、没有扩展余地、可靠性不高等问题。随着 全面建设小康社会的深入，县级电网的重要性将日益突出，应用新方法和新工具 进行农村电网规划势所必然。 文献t 5 1 提出了基于g i s 的农村电网规划应用系统的总体设计和实现方法。在 农村电网变电所布局系统规划研究中，以克里斯塔勒的中心地理论为基础，建立 了基于g i s 的变电所布局空间优化模型，采用交替选址分划法求得变电所的合理 布局；在农村电网整体系统规划研究中，建立了农村屯网规划的0 1 整数规划模 型，并对遗传算法的各个环节作了部分改进以用于问题的求解。 文献 6 1 运用非线性规划理论对农村3 5 k v 变电站的选址问题进行了讨论，将其 归纳为单源连续型选址问题，使用迭代法对确定的数学模型进行优化，以确定变 电站的位置。 文献7 1 提出了一种用于区镇级小区域电力需求中期预测组合模型，引入专家 系统方法，结合常用预测方法，使预测模型能适应含跃变转折变化时期的电力需 第一章绪论 求预测。 上述文献均在农村电网规划的某个方面进行了研究，但总的来说其模型和算 法还不能完全适应当前广大农村的现状。针对农网目前的情况，找到一个切台实 际的规划方法显得很是必要。 1 4 本文所做的工作及意义 目前农村电网规划工作主要由规划人员根据知识、经验纯手工进行，效率 低f ，盲目性大。本文对农网规划中的重要部分建立了严格的数学模型，并编制 了计算机程序进行实例计算。具体内容包括以下几部分： ( 1 ) 负荷预测部分 针对区域负荷总量和乡镇小区负荷的不同特点，对前一部分建立了基于灰色 预测和回归预测基础上的组合优化预测模型，对后一部分建立了包含跃变增长量 的预测模型，更好地符合了当前农网的实际情况。 ( 2 ) 变电站定位及容量优化部分 建立了基于多源连续选址的多阶段变电站站址优化和容量确定模型，充分考 虑了变电站扩容及升压的情况：应用图论中最小生成树及最短路理论，给出了一 种单源选址问题中站址搜索的新方法，具有一定的实用意义。 ( 3 ) 刚架优化部分 构造了严密的数学模型，特别对原有线路是否进行改造也作了相关考虑，使 得模型更适合农网规划的特性：运用专门的非线性规划软件l i n g o8 0 对算例进 行计算，验证了模型的可行性。 ( 4 ) 应用实例部分 本文将上述三部分的研究成果应用于“江西萍乡供电区农村电网2 0 1 0 年发展 规划及2 0 2 0 年远景目标展望”中，得出了较为满意的结果。 第二章负荷预测辅助决策 第二章负荷预测辅助决策 2 1 概述 电力负荷预测是电网规划的基础，对规划的质量起着关键作用。准确的负荷 预测，将为电源的合理布点、适时的电网建设、最佳的投资时间、以及获得最大 的经济效益和社会效益提供科学的决策，并为电网的安全、经济、可靠运行提供 保证。 所谓负荷预测是指在充分考虑一些重要的系统运行特性、增容决策、自然条 件与社会影响的条件下，研究或利用一套系统处理过去与未来负荷的数学方法， 在满足一定精度要求的条件下，确定未来某时刻的负荷数值，其预测目标包括规 划期内的年发电量和用电量，以及系统的年最大负荷。从预测期限来分，电力负 荷预测可分为长期、中期和近期【1 】o 本文主要对中期负荷预测( 5 1 5 年) 作研究。 负荷预测的基本步骤【2 j ： ( 1 ) 预测内容的确定：由于不同级别的电网对预测内容的洋尽程度有不同的 要求，同一地区在不同时期对预测内容的要求也不尽相同，故应确定合理、可行 的预测内容； ( 2 ) 相关资料的收集：根据预测内容的具体要求，广泛搜集所需的有关资料。 资料的收集应尽可能全面、系统和准确； ( 3 ) 基础资料的分析：将得到的大量资料进行全面分析，从巾_ 选出有代表性 的、可用程度高的有关资料，同时将资料中的不良数据进行分析和处理； f 4 ) 经济发展的预测：由于电力系统的发展与国民经济和社会发展密切相 关，所以需要对本地区经济和社会发展、人口增长等前景进行分析和预测； f 5 ) 预测模型的选择：根据所确定的预测内容，并考虑本地区实际情况和资 料的可利用程度，选择适当的预测模型，求取模型的参数； ( 6 ) 预测模型的应用：将模型应用到实际的系统中，对未来时段的情况进行 预测。 负荷预测的核心是建立数学模型来表述其发展变化规律，其建立原则为【8 】： f 1 ) 完全性原则 仟何一种因素对电力系统的影响最终必然体现存电力需求的变动上。完全性 第二章 负荷预测辅助决策 原则在电力需求方面是普遍适用的。 ( 2 ) 延续性原则 相当于物理学中的“惯性定理”。系统越大，“势”越大，表现出来的惯性也 就越大，预测量的历史行为对未来的影响越大。 ( 3 ) 相似性原则 即在相同的背景下，预测量会体现出与历史量相同的规律。 ( 4 1 统计规律性麒则 预测量的历史行为中必然包含着一定的随机因素，即具有某种统计规律性， 这是应用概率论和数理统计的理论和方法进行预测的基础。 电力负荷是一个随机非平稳过程，它由成千上万个单独部分的分量组成，而 每个部分分量又以不符合任何已知物理定律的不平稳形式变化着；电力负荷还受 到社会、经济、环境等各种不确定性因素的影响，因此电力负荷预测是一个十分 复杂的问题。农村电力负荷又具有季节性、地区性等特点，使得对其进行预测难 度更大。 但是，电力负荷仍然呈现出比较明显的特征。从时间特性来看，电网负荷具 有年间负荷不断增长及年内周期性变化两种特征。从空间特性来看，随着用户的 增多及区域的扩大，电网负荷同时率及负荷增长行为的变化是有规律的。一方面 用户数越多，负荷同时率越低；另一方面，随着年度的变化，因用户数的增长及 每户平均用电量增长导致电网负荷增长，但增长曲线的形状是区域分解的函数， 供电区域面积越大，曲线就越平滑。 所以，电力负荷虽然多变，对其的影响因素和随机干扰很多，但它仍然呈现 出一定的规律性，通过对电网负荷这些规律性的分析，可以使我们对未来电力负 荷的变化进行正确的预测工作，为电力系统的安全性、经济性服务。 本文在正确分析当前农网负荷特点的基础上，致力十建立一个比较台理的辅 助预测模型，应用计算机这一先进的工具来解决当前农村电网规划中的负荷预测 问题。 2 2 负荷总量预测 农村电力负荷按在电网中的用电层次分类，包括有变电所，乡镇及区域负荷 等。其中区域负荷( 即所规划地区的负荷总量) 用以进行电力平衡，确定系统中必 第二章 负荷预测辅助决策 须的变电容量。 区域负荷的变化符合惯性原理，其年最大负荷增长呈现一个平滑、持续增长 趋势，每年因天气等因素变化而引起的负荷波动不大，如图2 - 1 所示。 负 时间 图2 - 1 大区域负荷年问增长曲线 多年来，国内外电力系统工作者已经积累了许多预测经验，形成了对该类负 荷的常规预测方法，农网规划中使用的主要是确定性负荷预测方法，如： ( 1 ) 用电单耗法4 】 t” 彳= 岛，+ 爿， ( 2 1 ) j = l1 = i 式中彳预测期总需电量； ( o 行业第z 种产品( 产值) 用电单耗： q 州_ ，行业第f 种产品产量( 或产值) ； a ，不能计算单耗的用电量。 这种方法在有单耗指标的工业部门和部分农业部门中预测用电量，是一种较 为有效的方法，适合于近中期预测。 ( 2 ) 经济模型预测法【2 1 儿= a + b t ( 2 - 2 ) 只= g “( 2 - 3 ) ”= a + b t + c t 2( 2 - 4 ) 上三式分别为线性趋势模型、对数线性趋势模型和二次曲线趋势模型，式中 的f 为时间( 年) ，y ，为第f 年的负荷值，口，b ，c 是根据历史数据，用最小二乘法来 第：二章负荷预测辅助决蕞 确定的参数。这类方法在负荷变化趋势不均匀时会得到与实际偏差较大的结果。 ( 3 ) 年均增长率法4 1 以= a 0 + ，y ( 2 - 5 ) 式中以规划区第n 年电量( 或负荷) ； a 规划区基础年电量( 或负荷) ； y 年均增长率。 确定性负荷预测方法的优点在于对供电部门要求提供的原始数据较少，处理 也比较方便。 当前进行农刚负荷预测面临的现实是：供电部门能提供的原始数据不论在 种类上还是年份上均较少，某些县级供电局在2 0 0 0 年后成立，2 0 0 0 年前的数据 空白或者是不良的；随着电网规模的扩大，涉及各方面的因素越来越多，不可 避免地出现大量不确定性信息，常规负荷预测方法在这方面不能适应。 因此，本文对规划区域的负荷总量既采用确定性预测方法，又采用不确定性 预测方法，再通过组合预测模型将这两种方法有机地组合在一起相结合，综合各 个模型的优点，提供更准确的预测结果。负荷预测流程如图2 2 ： 图2 - 2 负荷预测流程图 上图中，原始数据必须是规划人员对“异常”数据作了处理之后的数据。灰 色模型作为不确定性预测模型，多元线性回归作为确定性预测模型。一般情况下， 第二章负荷预测辅助决策 电力负荷( 电量) 是受多个因素影响的，但哪些因素对其影响较为显著，这在不同 区域是有差异的。菜一多元回归模型用于某一地区负荷预测时，有可能被检验出 是个无效模型，这时就需要考虑采用逐步回归模型，逐个地剔除或引进自变量， 以求得最终的有效模型。 2 2 i 灰色模型预测方法 电力系统负荷受众多不确定因素的影响，是典型的灰色系统，因此考虑使用 灰色动态建模( 简记g m ) 进行预测。目前在电力负荷预测中经常采用的灰色动态 模型是g m ( 1 ，1 ) ，即只有一个变量，一阶的g m 模型。其解算步骤为1 9 ： ( a ) 累加生成 已知原始数据序列： ( o ) = 口。( 1 l 上 。( 2 l ，z ( 。g ) 对卫( o ) 进行一次累加生成，得到生成序列： x ( 1 ) = 口( 1 x x ( ( 2 l ，( 1 0 ) ，、 其中x 0 ) 征) = z ( f l k = l ，2 ，” j = l ( b ) 建立模型 由生成序列工( ) 构造背景值序列： z 螂= 留( 1 ( 2 l z 1 ( 3 l ，z ( 1 0 碍 其中z 1 g ) = n ( 1 1 以一1 ) + ( 1 一口) x ( 1 1 0 lk = 2 , 3 ，n ，一般取a = 0 5 。通常 o 具有近似指数变化规律，则白化方程为： d x - 0 ) + 攒( 1 ) ：“ ( 2 石) 百+ 似”“ 【2 叫 将上式离散化，微分变差分，得到g m ( i ，1 ) 灰微分方程如下 ( 0 1 证) + 以( 1 ) = “( 2 7 ) ( c ) 求解参数口和“ 将式( 2 - 7 ) 展开成矩阵形式，用最小二乘法可以解得参数口和甜的近似解。 第二章负荷预测辅助决策 式中 b = 一z ( 2 ) 一z ( 1 ) ( 3 ) 一z ( 0 ) 防7 b 】- bc c = ( o ( 2 ) x ( o ( 3 ) ( o 以) ( 2 - 8 ) ( d ) 得到生成序列的预测公式 将上式求得的a 、“近似解代入式( 2 - 5 ) ，解之并写成离散形式( 令 ( 1 ( 1 ) = x ( o ( 1 ) ) ，最终得到： ( 1 e t + ，= z ( o 。，一鲁 e 一盎+ 兰e t = 。，t ，z ， c z e ， ( e ) 对上面的生成序列预测值进行累减还原，得到原始序列的灰色预测模型 j ( o 弘+ 1 ) = x ( 1 1 伍+ 1 ) 一z ( 1 ) ( 2 一l o ) ( f ) 模型检验 灰色模型的建模优劣精度通常用后验差检验方法进行分析。在进行了上面的 以) = x 忙) 一x ( o 犯) = l ，2 ，”)( 2 1 1 ) 记历史数据方差为 汴去喜职) 一夏) 2 ( 2 - t 2 ) s ；= 去善g 忙) 一；r ( 2 1 3 ) 卜- 两式中 孔l 。智 x ( 。矗土m 妻k = l 雌) 一般有m n 。 则可得后验差检验的两个重要数据，即后验差比值h ，小误差概率p ：曼 p=p仆o)一习 0 9 5 o8 07 ( 一。幻，n p 一1 ) ，则拒绝。，认为y 与，z ：，x ，之间显著地有 线性关系；否则就接受h 。，认为y 与x 1x ：，x 。之间线性关系不显著。 引入多元线性回归方程中的因子是因地而异、因时而异的，不是一成不变的。 当模型检验显示该模型是无效时，就要考虑用逐步回归分析模型。 ( 2 ) 逐步回归分析 在实际问题中，存在这样地情况：参加回归的p 个变量x 。，x ：，j 。中有些因 子单独看与变量y 的相关程度很密切，但p 个因子联合起来求y 的回归方程时， 这些因子的变化在回归方程中却显得无足轻重。 这是因为这些因子之间有相关关系，在作回归时，它们对y 所起的作用被其 他因子代替了的缘故，这时，把这些因子留在回归方程中，不仅增加计算上的麻 烦，而且会增加回归方程的不稳定性，预测准确度降低。 因此，我们常常希望从p 个变量x 。，x ：，。中选出s 个与y 关系最密切的变 第二章负荷预测辅助决策 量工b ，飞来大致描述y 的变化。即组成所谓偏回归方程4 1 y = b o + 6 女，工向+ t _ + 6 t 上t ( 2 1 9 ) 这样就抓住了主要矛盾，用最少的自变量在线性函数范围内最大限度地描绘 出y 的变化，这个方法是通过逐步交换过程来实现的。 逐步变换过程中，利用矩阵变换法，逐个引入剔除变量。在进行每一次矩阵 变换过程中，首先对方程中已包含的因子中对y 作用最小的因子进行显著性检 验，如果不显著，则要随时剔除，如果显著，则不需剔除：之后，对未选入方程 的所有因子中对y 作用最大的因子进行显著性校验，如果显著，则引入方程中， 如果不显著，则说明未被选八方程的因子的作用都不显著，此时的回归方程为最 佳偏回归方程。 2 2 3 组合算法 组合预测理论认为：对同一个预测问题而言，多个不同预测模型的线性组合， 在一定条件下能够有效地改善模型的拟合能力和提高预测的精度。利用组合预测 模型进行电力负荷预测可以将各个模型有机地组合在一起，综合各个模型的优 点，提供更准确的预测结果。 由于未来情况具有不确定性，很难分出各种预测方法的精度孰高孰低，因此 可采用等权平均组合预测法( 也称e w 法) 对各种预测模型产生的数据进行综合处 理，最后得出负荷总量。 该方法模型如下： 正= z ( 2 2 0 ) 百 丘为组合预测值，z ( f _ 1 , 2 ，) 为各种方法的预测结果a e w 法不需要了解单一预测值工的预测精度，也不需要知道单一预测的误差 之间的相互关系。足在对模糊性相对较大的事件进行预测时所采用的一种较为稳 妥的方法，特别适应于农村电力负荷的预测。 2 3 负荷分区预测 负荷总量求出之后，就需要知道各区镇在规划年的负荷分配因子，以便将总 第二章负荷预测辅助决策 负荷分配到每个乡镇( 需考虑同时率) ，为变电所合理布局提供依据。 区镇负荷增长有以下特点f 7 】； 若无新小区开发或旧小区较大规模改建，以及经济政策变动的影响，电 力负荷呈现自然增长； 若有新小区开发或旧小区较大规模改建，投入使用后，负荷呈跃变增长。 这样，基于大系统、大范围的预测方法将难以直接用于区镇级小区域电力需 求预测。 为了解决这个问题，可将区镇电力负荷分成两部分：一部分用于反映类似惯 性系统的平稳负荷；另部分用于反映新区开发而形成的跃变负荷。即： y f = + j 。( i = 1 , 2 一，n ) ( 2 二2 1 ) 式中f 规划水f 年第i 区的最大负荷； t 规划水平年第i 区中以自然形式增长的负荷分量： ，规划水平年笫f 区中以跃变形式增长的负荷分量。 2 3 1 自然增长部分的预测 一个确定的区镇级小区域中可咀供电的没各容量有限，而且可用的土地面积 也有限，正常情况下，小区域负衙增长状况可用“s ”曲线来描述【”。如图2 3 所示。 一 时问 图2 0 小区域负荷年间平稳增长曲线 因此，可考虑采用人口学中的l o g i s t i c 模型来进行非线性回归： p ( ，) 2 而蕊g m ( 2 _ 2 2 ) lp o 第二章负荷预测辅助决策 式中 f 预测年份、厶历史数据起始年份； p o ) 第f 年被预测区镇的按自然形式增长的负荷量； p 。按自然增长方式，被预测区镇负荷在r 斗0 0 时理论上所能 达到的极限值( 不同的历史数据对应不同的值) ： 风起始年份被预测区镇的负荷值； 口待定系数。 2 3 2 跃变增长部分的预测 a ) 总体思路 新区开发形成的负荷跃变增长量受该区建设环境和自身条件等限制。此处所 谓的建设环境是指有关的经济发展政策、交通道路和供水供电设施；自身条件则 主要是指资源、人( 才) 力等基本因素。这些因素都带有模糊性。因此考虑建立模 糊综合评判模型，由专家对各区镇是否具有跃变负荷以及跃变程度进行评判，然 后依据评级结果确定跃变量的大小。 b ) 建立模型 因素集： u = 经济政策地，交通条件 ：，供电设施蚝，人力“。，资源优势“， ； 评价集：v = v i ，v 2 ，v 3 ，v 4 ，v 5 ) ： v 一= 1 , 2 ，5 ) 的意义见表2 - 2 ，并对其适当作了量化。 表2 - 2 模糊综合评判中评价集意义 v f 表示意义所取分值 v l 负荷将有很大跃变 4 v 2 负荷将有较大跃变 3 v 3 负荷跃变程度一般 2 v 4 负荷跃变程度较小 1 v 5 负荷没有跃变 o 每个因素对于各评价等级的权重分配：a = ( o 4 ，0 1 ，0 2 ，0 1 ，0 2 ) 。 第二章负荷预测辅助决策 对于某个区镇，由专家对其各项因素( 即因素集所列因素) 对负荷跃变的 贡献作出评价。得到评判矩阵如f ： v i ) 。 r = r _， r 2 玛 r 4 ，_ r 1 1r t 2 r 2 , 2 1岛2 r 4 i2 ，5 1r 5 2 ( 2 2 3 ) 式中 靠专家中对因素h ，作出评价为v ，的人数的比例。 得到模糊综合评判结果 b = a r = ( 6 。b 2b 3 b 4b 5 )( 2 2 4 ) 皂中最大的分量( 假设为b ，) 决定了被评判区镇在规划年的负荷跃变类型( 即 式( 2 2 4 ) 中“取为加权平均型，即“0 一”。运算定义为 “b = a b ( 2 - 2 5 ) d 0 6 ：j 1 i 甜+ b ， d + b 1 a + b 1 ( 2 - 2 6 ) 计算跃变量大小 所有区镇负荷总跃变量大小由下式确定 ，：窆，j ：了y 一窆_ ( 2 - 2 7 )，= ，j = 了一_ i t l 几 f _ 1 式中n 区镇数5 y 规划年预测出的地区总负荷： 五负荷同时率； ，f 意义同式( 2 - 2 1 ) 。 由式( 2 2 4 ) 可以知道各区镇负荷跃变类型，而每一负衙跃变类型对应一个数 值( 见表2 2 ) 。令第i 镇对应的数值记为d ，那么该镇的跃变负荷为： 卜# 。r ( 2 - 2 8 ) 以 女= l 第二章负荷预测辅助决策 2 4 算例及分析 本次算例采用江西省上栗县农网数据进行计算。上栗县农村经济发展主要历 史及用电情况表、各乡镇历年最大负荷情况表见附录a 。 ( 1 ) 负荷总量预测( 预测区间为2 0 0 6 2 0 1 0 年) 灰色预测方法的结果 根据历史负荷数据、用电量数据，用本文23 1 节中建立的灰色预测模型可 以得出表2 - 3 结果，其中k 表示预测年至历史数据起始年的跨度。 表2 - 3上栗县农网电力需求灰色预测公式及指标分析 、墨分析 预涮公式后验羞比值小误差概率模型精度 预测项目 最大负荷 成美= 2 5 13 e ” 0 1 8 61 级 用电量m i “：2 0 0 28 e o l 5 1 7 0 0 9 l 1 级 模型精度良好，因此可以用来预测上栗县农网未来年份的最大负荷和用电 量，预测结果如表2 _ 4 所示( 表中与原始数据比较部分，仅列出2 0 0 0 年以后的情 况。以下同) 。 表2 - 42 0 0 6 2 0 1 0 年上栗县农网电力需求灰色预测表单位：m w 、万k w h 回归预测方法的结果 取相关因子为历史年份的g d p 总量、一、二、三产业的g d p 分量、年末人 口数等五项指标，分别用 、 、厶、f 4 、 表示。则上栗县电力需求的多元回归 模型如表2 - 5 所示。 1 7 第二章负荷预测辅助决策 表2 - 5 上栗县农网电力需求回归公式及指标分析 i 负荷预测公式 尸m “一 4 45 + 7 49 ，l 7 88 乃一7 33 ，3 6 9 1 厂4 + 6 以 相关系数f 值f 值对应概率 精度指标 0 9 9 5 64 5 800 0 0 0 用电量预测公式m = - 9 4 6 0 3 + 4 0 1 6 8 f t 一4 0 3 9 0 f 2 3 9 2 9 7 f 3 3 9 7 4 0 4 + 3 9 1 7 五 相关系数f 值f 值对应概率 精度指标 0 9 9 5 9 4 8 5 00 0 0 0 由上表可见。两个模型的相关系数非常接近1 ，f 值很大，与f 对应的概率 义为零，说明两个回归方程都很显著并且回归模型都成立。 负荷预测的残差分析见图2 - 4 ，用电量预测的残差分析见图2 5 。图中，除 倒数第四个数据外，其余数据的残差离零点均较近，且残差的置信区间均包含零 点，这说明表2 - 5 中的两个预测模型能较好地符合原始数据。 图2 - 4 负荷预测残差图2 - 5 用电量预测残差 根据文献【3 2 】以及上栗县“十一- 五”规划，2 0 0 6 2 0 1 0 年f _ 二栗县农网区域 主要经济指标及年末入口预测如表2 - 6 所示。结合表2 5 中的预测模型，可以求 出2 0 0 6 4 2 0 1 0 年上栗县农网供电区的最大负荷及用电量变化趋势，见表2 7 。 表2 - 6“十一五”期间上栗县农两区域发展预测单位：亿元、万人 第二章负荷预测辅助决策 表2 72 0 0 6 2 0 1 0 年上栗县农网电力需求回归预测表 单位；m w 、万k w h 年份负荷实厨；值负荷预测值负荷误差用电量实际值用电量预测值用电量误差 2 0 0 0 1 561 53 118 6 8 9 1 0 8 7 3 7一l9 4 2 0 0 11 951 94 70 1 5 1 0 5 1 41 0 4 4 5 06 6 2 0 0 22 64 2 4379 5 1 3 2 2 21 2 5 1 4 53 5 2 0 0 33 183 283 ，1 4 1 5 8 5 71 5 7 8 9- 0 4 3 2 0 0 43 563 6936 5 1 7 3 2 0 1 7 4 6 70 8 5 2 0 0 54 24 4 260 4 7 1 8 9 1 91 9 0 6 2 07 6 2 0 0 6 4 98 - - 2 1 6 6 2 2 0 0 7 5 942 5 1 9 5 2 0 0 8 6 97 2 8 5 7 0 。 2 0 0 9 8 l8 3 2 4 1 0 2 0 10 - 9 46 。3 7 4 2 6 1 。 组合预测方法的结果 将、部分中预测结果进行等权平均处理，就得到本次算例的组合预测