（计算机软件与理论专业论文）辽宁电网负荷预测与气象信息服务系统的设计与实现.pdf

东北大学硕士学位论文 摘要 辽宁电网负荷预测与气象信息服务系统的设计与实现 摘要 电网负荷预测对电力部门而言，是一项很有现实意义的研究课题。 本文主要是从气象的角度探讨如何建立辽宁短期电网负荷预测模型。 文中通过引入温度和降水等气象因子，利用近几年的气象和电网负荷 等数据采用多元回归分析方法建立了电网负荷预测模型。 根据辽宁电力有限公司的实际需求，结合气象科技服务技术和电 网负荷预测理论，完成了气象信息服务系统的设计与实现。该系统采 用b s ( 浏览器服务器) 结构，使用户可以通过w e b 浏览器，查询历 史上的气象要素和电网负荷值；可以对历史上某一时间段的数据资料 进行统计并能用图形方式在网页上显示出来：可以查看天气实况信息， 了解当前的天气情况。用户可以使用系统提供的电网负荷预测功能， 让系统根据温度和降水预报计算出电网负荷的预测值。该系统还为用 户提供卫星云图、雷达回波图像等气象资料，使辽电的专业技术人员 可以自己来预测未来的天气发展趋势，同时还为其提供了由辽宁省气 象台发布的温度预报、短期预报、中期预报和短期气候预测，以及可 能对电力的生产和消费产生影响的天气信息，为主观订正电网负荷预 测提供气象依据。 本系统在辽宁电力有限公司投入试运行以来，运行状况良好，为 辽宁电力有限公司能够更好地进行电力的生产和调度发挥了重要的作 用，创造出显著的经济效益。 关键词气象信息服务电网负荷预测气象要素b s 查! ! 垄兰翌主兰堡堡查 一 一望! ! 竺生 d e s i g na n dr e a l i z a t i o no fl i a o n i n g g r i dl o a df o r e c a s t i n ga n d m e t e o r o l o g i c a li n f o r m a t i o ns e r v i c es y s t e m a b s t r a c t i ti saa u “er e a l i s t i cs u b j e c tf o re l e c t r i cl t d t of o r e c a s tg r i dl o a d i n t h i st h e s i s ，f r o mm e t e o r o l o g i c a lp o i n to fv i e wi sh o wt ob u i l ds h o r t t e r m g r i dl o a df o r e c a s t i n gm o d e l si nl i a o n i n g g r i dl o a df o r e c a s t i n gm o d e l sf o r l i a o n i n ge l e c t r i cn e t w o r kw a sb u i l t ，u s i n gm u l t i p l er e g r e s s i o na n a l y s i sa n d w e a t h e rd a t aa n dg r i dl o a dv a l u e si nr e s e n ty e a r s ，i m p o r t i n gt e m p e r a t u r e a n dr a i n f a l lw e a t h e rf a c t o r s ，e t c a c c o r d i n gt od e m a n do f e l e c t r i cl t d ，c o m b i n gw e a t h e rt e c h n o l o g y s e r v i c ew i t h 鲥dl o a d f o r e c a s t i n gt h e o r y ,g r i d l o a d f o r e c a s t i n g o f l i a o n i n ga n dm e t e o r o l o g i c a l i n f o r m a t i o ns e r v i c e s y s t e m i n l i a o n i n g e l e c t r i cl t d w a sa c c o m p l i s h e d t h em a i ns t r u c t u r eo ft h es y s t e mi sb s ( b r o w s e r s e r v e r ) b yw r e bb r o w s e lu s e r sc a nl o o kf o rm e t e o r o l o g i c a l e l e m e n ta n dg r i d1 0 a dv a l u ei nt h ep a s t ，c a r r yo ns t a t i s t i c so fd a t a i n f o r m a t i o nf o rac e r t a i nt i m es l o ti nh i s t o r ya n dc a nb es h o w e db yf i g u r e s ， l o o ki n t ot h ec u r r e n tw e a t h e ri n f o r m a t i o na n dk n o ww h a tw e a t h e ri ti sn o w p e o p l ec a r lu s et h ef u n c t i o no ft h eg r i dl o a df o r e c a s t i n gp r o v i d e db yt h e s y s t e m ，l e tt h es y s t e mc a l c u l a t e t h ev a l u eo fg r i dl o a d f o r e c a s t i n g a u t o m a t i c a l l yb a s e do na i rt e m p e r a t u r en u m e r i cf o r e c a s ta n dp r e c i p i t a t i o n n u m e r i cf o r e c a s t t h es y s t e mc a np r o v i d ew e a t h e ri n f o r m a t i o no ft 1 1 e s a t e l l i t ei m a g ea n dr a d a re c h op i c t u r ee t c f o rt h et e c h n o l o g i s ti nl i a o n i n g e l e c t r i cl t d ，a n dt h et e c h n o l o g i s tc a np r e d i c tt h ef u t u r ew e a t h e rt r e n db y t h e m i ta l s op r o v i d e sa i rt e m p e r a t u r ef o r e c a s t ，s h o r t - t e r mw e a t h e rf o r e c a s t ， m i d d l e - r a n g ef o r e c a s ta n n o u n c e db yt h em e t e o r o l o g i c a lo b s e r v a t o r yo f l i a o n i n ga n do t h e rw e a t h e ri n f o r m a t i o nw h i c hm a y b ea f f e c te l e c t r i c p r o d u c t i o na n dc o n s u m p t i o n ，i tc a np r o v i d et h ee v i d e n c ef o rc o r r e c t i n gt h e g r i dl o a df o r e c a s t i n gs u b j e c t i v e s i n c et h e s y s t e mw a sp u ti n t ot h ef i r s to p e r a t i o ni n l i a o n i n g 东北大学硕士学位a b s t r a c t e l e c t r o n i cl t d ，i tg o n ew e l l ，i tp l a y e da ni m p o r t a n tr o l ei nt h ee l e c t r o n i c p o w e r sp r o d u c t i o na n dd i s p a t c ha n dc r e a t e dg r e a te c o n o m i cb e n e f i tf o r l i a o n i n ge l e c t r o n i cl t d k e yw o r d sm e t e o r o l o g i c a li n f o r m a t i o ns e r v i c e ；g r i dl o a df o r e c a s t i n g ； w e a t h e rf a c t o r s ；b s - i v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或 撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：苍晶 日 期：加艿，彦谚 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用 学位论文的规定：即学校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。本人同意东北大学可 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、交流。 学位论文作者签名： 日期： 另外，如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为 同意。 妻譬论圣作者签名：孪貉 签字日期。研g 毒驯9j 0 y i 翮签名：趣麟 签字日期：r 汐埸 查! ! 垄芏堡主茎堡垒查 一一苎二i l ! 芏垒一 第一章绪论 1 1 课题背景及研究的意义 在现代社会的生产生活中，随着自动化程度的增高和家用电器的增多，人们 对电的依赖性越来越强。由于电能不能大量储存，而发电本身又是一个消耗资源 的过程，因此既能满足各类用户对电能的需求又能节约能源和资金，对电力系统 来讲是非常重要的。要想做到这一点，电网调度部门和规划设计部门就要对未来 的电网负荷变化进行预测，根据预测结果制定发电计划和电量分配，从而提高其 经济效益和社会效益。 气象与各行各业的生产和每个人的生活息息相关，它对电网负荷，特别是短 期电网负荷的影响非常大。辽宁省气象台负责全省的天气预报和气象产品的制作 工作，承担对外发布气象信息的责任，并为决策部门提供气象决策服务。在项目 开发前，辽宁电力有限公司能获得的气象资料很有限，他们的技术人员只能利用 有限的气象资料对电网负荷进行主观经验预测。随着计算机技术和气象科学技术 的发展，气象信息和产品越来越丰富，如何能使电力部门获得大量的、及时可靠 的气象信息并把它们应用于电力系统是促使本课题进行研究开发的主要原因。 本系统研究的目的，将辽宁省气象台的气象信息和加工后的气象产品及时、 准确地提供给辽电的管理部门，为其在制定生产、调度方案时提供一定的依据， 在防灾减灾和工作经验总结方面都有较大的帮助。系统本身还提供给使用方种 负荷预测的功能，避免了完全主观上的判断，在此基础上，再利用系统提供的气 象数据和图像等信息来做人工订正，会取得更好的预测效果。 1 2 国内外发展现状 国内外有很多文献记载着对电力负荷预测进行的研究工作。从预测的方法和 建立的模型来看：有趋势外推预测模型和灰色预测模型1 】；线性时间序列模型【z l ： k a l m a n 滤波方法多元回归预测模型【4 】i 卵；人工神经网络预测模型6j 【7 】；采用小 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 波神经网络作为预测模型1 8 】；采用模糊推理和模糊神经网络建立的预测模型1 9 】；采 用专家系统方法建立的模型【1 0 1 等。 从预测方法中使用的因子上看，因文献作者所能得到数据样本的不同，采用 的预报因子具有很大的差异。本人所知的有如下几类：仅通过对历史电网负荷数 据特征的分析来建立预测方程的主成分分析方法【1 1 1 ；通过对人口和经济发展等因 素的预测来实现对未来电网负荷的预测的方法 6 】；通过对某个( 或几个) 气象因素 与电网负荷的关系，建立适应该地区的电网负荷预测方程【”1 。以上的方法在长期、 中期和短期负荷预测方面都取得了一定的研究成果。 采用数据库和网站等编程技术，建立辽宁电网负荷预测与气象信息服务系统， 使用户可以在网上浏览、查询相关的气象信息，并实现基于气象数值预报( 温度 和降水预报) 进行电网负荷预测的功能。实现上述功能的系统在辽宁省尚属首次。 1 3 负荷预测技术方法 负荷预测技术方法，总体上分为经验预测法、时间序列法、回归分析法、人 工智能法几大类。 1 3 1 经验预测技术和经典预测技术 经验预测主要依靠专家或专家组的判断，不是依靠数量模型。目的不是弄清 电力负荷变化的轨迹和结构，而是给出一个方向性的结论，当然预测结果也可能 是数值型的。主要方法有专家预测法、类比法、主观概率预测法。 经典预测技术主要有单耗法、密度法、比例增长法及弹性系数法。 1 3 2 时间序列预测技术 时间序列预测技术是通过对预测对象的历史观测数据时间序列的分析处理来 研究其发展过程的基本特征和变化规律，并据此预测未来行为的方法。电力系统 的负荷变动具有惯性特征，在时间上有延续性，因而时间序列预测技术是传统的 预测技术，特别是短期负荷预测的方法。 时问序列预测方法包括确定型和随机型两大类。基于负荷时间序列周期特性 东北大学硕士学位论文第一童绪论 波神经网络作为预测模型【8 】：聚用模糊推理和模糊神经网络建立的预测模型 9 l ；采 用专家系统方法建立的模型i l ”等。 从预测方法中使用的因子上看，因文献作者所能得到数据样奉的不同，采用 的预报冈子具有很大的差异。本人所知的有如下几类：仪通过对历史电网负荷数 据特征的分析柬建立预测方程的毛成分分析方法【】i 】；通过对人口和经济发展等因 素的预测来实现对未来电网负荷的预测的方法1 6 1 i 通过对某个( 或几个) 气象因素 与电网负荷的关系，建立适应该地区的电网负荷预测方程i l ”。以r 的方法在长期、 中期和短期负荷预测方面都取得了一定的研究成果。 采用数据库和网站等编程技术，建立辽宁电网负荷预测与气象信息服务系统， 使用户可以在网e 浏览、查询相关的气象信息，并实现基于气象数值预报( 温度 和降水预报) 进行电网负荷预测的功能。实现r 述功能的系统在辽宁省尚属首次。 1 3 负荷预测技术方法 负荷预测技术方法r 总体上分为经验预测法、时间序列法、回归分析法、人 ：智能法几大类。 13 1 经验预测技术和经典预测技术 经验预测主要依靠专家或专家组的判断，不是依靠数量模型。目的不是弄清 电力负荷变化的轨迹和结构，而是给出个方向性的结论，当然预测结果也可能 是数值型的。主要方法有专家预坝4 法、类比法、主观概率预测法。 经典预测技术主要有单耗法、密度法、比例增长法及弹性系数法。 13 2 时间序列预测技术 时间序列预测技术是通过对预测对象的历史观测数据时间序列的分析处理来 研究其发展过程的基本特征和变化规律，并据此预测未来行为的方法。电力系统 的负荷变动具有惯性特征r 在时间上有延续性，因而时间序列预测技术是传统的 预测技术，特别是短期负荷预测的方法。 时间序列预测方法包括确定型和随机型两大类。基于负荷时间序列周期特性 时问序列预测方法包括确定型和随机型两大类。基于负荷时间序列周期特性 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 波神经网络作为预测模型1 8 】；采用模糊推理和模糊神经网络建立的预测模型1 9 】；采 用专家系统方法建立的模型【1 0 1 等。 从预测方法中使用的因子上看，因文献作者所能得到数据样本的不同，采用 的预报因子具有很大的差异。本人所知的有如下几类：仅通过对历史电网负荷数 据特征的分析来建立预测方程的主成分分析方法【1 1 1 ；通过对人口和经济发展等因 素的预测来实现对未来电网负荷的预测的方法 6 】；通过对某个( 或几个) 气象因素 与电网负荷的关系，建立适应该地区的电网负荷预测方程【”1 。以上的方法在长期、 中期和短期负荷预测方面都取得了一定的研究成果。 采用数据库和网站等编程技术，建立辽宁电网负荷预测与气象信息服务系统， 使用户可以在网上浏览、查询相关的气象信息，并实现基于气象数值预报( 温度 和降水预报) 进行电网负荷预测的功能。实现上述功能的系统在辽宁省尚属首次。 1 3 负荷预测技术方法 负荷预测技术方法，总体上分为经验预测法、时间序列法、回归分析法、人 工智能法几大类。 1 3 1 经验预测技术和经典预测技术 经验预测主要依靠专家或专家组的判断，不是依靠数量模型。目的不是弄清 电力负荷变化的轨迹和结构，而是给出一个方向性的结论，当然预测结果也可能 是数值型的。主要方法有专家预测法、类比法、主观概率预测法。 经典预测技术主要有单耗法、密度法、比例增长法及弹性系数法。 1 3 2 时间序列预测技术 时间序列预测技术是通过对预测对象的历史观测数据时间序列的分析处理来 研究其发展过程的基本特征和变化规律，并据此预测未来行为的方法。电力系统 的负荷变动具有惯性特征，在时间上有延续性，因而时间序列预测技术是传统的 预测技术，特别是短期负荷预测的方法。 时问序列预测方法包括确定型和随机型两大类。基于负荷时间序列周期特性 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 的谐波分析法和指数平滑法属于确定型的时间序列法。确定型时间序列预测技术 忽略了随机变动分量的影响，而今将其作为模型残差用于估计预测区间的大小。 考虑到负荷变动中固有的随机特性，随机型时间序列预测技术是最常用的负荷预 测技术。这种预测技术主要有自回归模型、滑动平均模型和白回归滑动平均 模型。 1 3 3 回归预测技术 回归预测属于相关法预测，它根据负荷过去的历史资料，建立可以进行数学 分析的数学模型，对未来的负荷进行预测。从数学上看，就是用数理统计中的回 归分析方法，即通过建立某些解释变量与负荷之间的因果关系获得负荷预测。在 负荷预测中用到的解释变量一般是各类天气信息，将基荷看作常数回归项。回归 分析分为线性回归和非线性回归，它们在负荷预测中都有应用。用于短期负荷预 测的主要是多元线性回归。 1 3 4 人工智能预测技术 专家系统预测技术、人工神经网络预测技术、模糊逻辑系统预测技术称为人 工智能预测技术。 专家系统的基本特征是基于知识，、是它区别于其它智能化预测技术的关键。 人工神经网络是由大量并行分布、有机相连的神经元构成的计算结构。人工 神经网络系统具有集体运算的能力，可以代替复杂费时的传统算法。人工神经网 络还具有很强的自适应和自学习能力，善于联想、综合和推广，使处理信息的过 程更接近人类的思维活动。 模糊逻辑系统预测技术可以用有限的规则逼近任意的函数关系，特别是具有 非线性和随机性的关系，并对系统扰动不敏感。负荷预测的主要工作就是负荷模 型的建立，其过程分为三个部分：模糊化、模糊规则的产生、反模糊化。 1 4 本论文研究的主要内容 本文主要采用回归预测技术，从电力系统指导安全生产、防灾减灾方面的需 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 求出发，应用气象信息进行电网负荷预测，开发了一套适合于本省现状的辽宁电 网负荷预测与气象信息服务系统。本人主要参与了项目的整体设计、电网负荷预 测方法的研究和模型的建立、数据库的设计开发以及气象信息服务系统网站的建 设。 本文所做的主要工作如下： ( 1 ) 首先，通过对电力系统需求的分析，从大量的气象资料中进行信息的筛选 和采集，为辽宁电力有限公司提供天气实况、全省长、中、短期天气预报、气象 情报和卫星云图等多种气象资料，并通过互联网将气象资料及时、准确地提供给 辽电公司的用户； ( 2 ) 选择适于使用客观方法实现短期电网负荷预测功能的气象因子，利用回归 方法建立适合于本省的短期电网负荷预测数学模型，使用2 0 0 0 年到2 0 0 3 年的辽 宁省电网负荷数据和全省日平均温度和降水量数据求解多元回归方程的系数，并 对该回归方程在2 0 0 4 年的应用作了效果的检验； ( 3 ) 在系统的设计阶段，选定b s ( 浏览器服务器) 模式为系统的主要结构， 在辽宁电力有限公司的业务网络上建立一个气象信息服务网站，用户可以通过 w e b 浏览器在辽电业务网上对气象信息服务系统进行访问，检索实时的气象信息、 气象情报和基于气象因素的全省电网负荷预测信息。网站的维护工作实现后台自 动运行，脱离人工的干预，减少了系统的支持和维护的成本； ( 4 ) 设计并建立了辽电气象信息系统数据库，将全省电网负荷情况和负荷预测 值以及各类天气实况信息分别建立数据表进行存储，各数据表的内容定时自动更 新，辽宁电力有限公司的用户可以通过气象信息服务网站对数据库中的内容进行 查询访问，并实现了各种数据的统计功能： ( 5 ) 用v b 编程，设计了实时数据传输程序。通过互联网信道进行气象信息的 传输。根据每次传输的文件内容，自动生成传输文件列表，并调用f p 程序完成数 据文件的传输。在数据传输完成后，还要将数据存储到气象信息服务系统的数据 库中，并对网站中相应的数据内容进行实时的更新工作； ( 6 ) 设计开发了气象信息服务网站。使用v bs c r i p t 技术、f l a s h 动画技术和j a y a 编程技术实现了在气象信息网站上的天气实况在辽宁省地图中实时填图显示功 能、卫星云图动画显示功能、气温和降水量等资料的实时统计和填图显示功能， 以及气温、降水、电网负荷实况和预测数据的时间序列折线图、柱形图的显示功 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 能。气象信息网站中的所有动态数据都是从气象信息数据库中获得的，与数据库 的连接主要采用a s p 技术，既保证了数据访问的效率，也保证了数据的安全性。 气象信息网站为电力部门提供了所需的大量气象信息，电实现了本文研究的短期 电网负荷预测的应用。 东北大学硕士学位论文 第二章气象信息的采集与加工 第二章气象信息的采集与加工 2 1 气象信息的需求 辽宁电力有限公司需要大量的辽宁省气象信息。一方面，需要辽宁省气象台 发布的短期、中期天气预报和短期气候预测等天气预报信息，这些信息对于辽宁 电力有限公司指导电力生产和减少气象灾害造成的损失有重要的意义。另一方面， 也需要气象部门观测、收集的各类天气实况信息，包括温度、降水量、风向风速、 天气现象，以及天气气候评价、旬月天气总结等气象情报信息。天气实况和气象 情报信息在辽宁电力有限公司制定生产计划和进行工作总结中起重要的作用。此 外辽宁电力有限公司还需要辽宁省气象台利用各类气象资料为其制作有针对性的 专业化的服务信息，例如影响辽宁电网负荷的温度、降水数值预报等。 2 2 系统网络结构的设计 通过对辽宁电网负荷预测与气象信息服务系统的需求分析，采用浏览器朋臣务 器( b s ) 模式对系统进行构建，如图2 1 。该系统主要包括：w e b 服务器、数据 库服务器、文件服务器、气象信息网站用户终端和调度人员专用平台等。其中， w e b 服务器与数据库服务器建立在辽电的气象信息服务器上，通过辽电业务网络 向气象信息网站用户和调度人员提供服务。文件服务器建立在辽宁省气象台，通 过代理服务器与互联网相连，同时也将它设计成为f t p 服务器，使建立在辽电的 网站和数据库能够通过主通信信道将所需的各类气象信息实时地从气象台传输到 本地a 在气象台还建立了一台镜像文件服务器，当主通信信道或文件服务器出现 故障时，辽电的气象信息服务器将通过备份信道从镜像文件服务器中获得数据和 文件。 目前，气象台与辽宁电力有限公司都有与互联网的宽带连接。其中，气象台 的接入带宽为1 0 m b p s ，辽电的接入带宽为1 0 0 m b p s ，对于本系统的信息量而言， 带宽可以满足要求，同时也不发生额外的费用。 东北大学硕士学位论文 第二章气象信息的采集与加工 辽宁省气象台将联通公司的1 0 兆光纤网作为与辽电通信的主通信信道，将移 动公司的2 兆光纤线路作为备份信道。为保证信道的安全性，在各业务网和互联 网之间建立了硬件防火墙。 图2 1 网络结构图 f i g2ln e t w o r ks t n l c t u r e 气象实况观测数据由各气象台站观测后定时发送到各市气象台，各市气象台 再通过2 兆光纤专线将数据传到省气象台的服务器中，这些资料有的直接由文件 服务器采集生成新的格式文件，有的经过气象台预报员或气象科研人员加工处理 后再送到文件服务器上。建立在辽宁电力有限公司的气象信息服务器再从文件服 务器上取资料，定时将数据入库或对网页进行更新，对于以文件方式存储的，将 文件调到本地进行保存。 东北大学硕士学位论文 第二章气象信息的采集与加工 2 3 气象信息的采集与加工 2 3 1 天气实况信息的采集与j j d - r 气象台每天向辽电提供全省5 9 个气象观测站的逐日最高、最低、平均气温、 6 小时气温、6 小时降水量、2 4 小时降水量、6 小时天气现象、6 小时地面气压、6 小时风向和风速等资料。 最高气温观测时段为每天的0 2 时到次日的0 2 时，将观测时段中出现的最高 气温记录为开始观测目的最高气温。 最低气温观_ 澳9 时段为前日的1 4 时到当日的1 4 时，将观测时段中出现的最低 气温记录为当日的最低气温。 正点气温为每日0 2 时、0 8 时、1 4 时、2 0 时正点观测的即时气温。 平均气温采用每日4 次正点观测的气温取平均值计算得到。 6 小时降水量为每日0 2 一0 8 时、0 8 1 4 时、1 4 2 0 时和2 0 0 2 时4 个时段内的累 积降水量，降水量单位为毫米，如果时段内出现固态降水时，降水量按照固态水 融化为液态水来计算。 2 4 小时降水量为每日0 5 时到次日0 5 时、每日0 8 时到次日0 8 时、每目2 0 时 到次日2 0 时3 个时段内的累计降水量。 天气现象为每日0 2 、0 8 、1 4 、2 0 时观测到的主要天气现象，包括晴、阴、雨、 雪、雾、冰雹等，以汉字或图标形式表示。 正点气压观测时间为0 2 时、0 8 时、1 4 时、2 0 时，并将观测到的本站气压转 换为海平面气压，单位是百帕。 正点的风向、风速观测时间为0 2 时、0 8 时、1 4 时、2 0 时，风向单位为度， 表示i e l p , 方向与风向之间沿顺时针方向的夹角，风速单位为米秒。 以上各类天气实况资料由各气象观测站通过省内的气象业务网络传输到辽宁 省气象台。在省气象台，各种实况资料都被保存在9 2 1 0 业务系统数据库中。本系 统负责将各种实况资料从9 2 1 0 数据库中采集下来，并按照本系统的要求生成指定 格式的数据文件，保存到气象台的文件服务器中，供位于辽电的气象信息服务器 下载使用。 东北大学硕士学位论文 第二章气象信息的采集与加工 2 3 2 天气预报信息的采集 辽宁省气象台制作和发布全省范围的短期预报、中期预报、短期气候预测以 及全省1 4 个城市的天气预报。 全省短期天气预报提供自发布时起未来2 4 小时内，我省将出现的主要天气过 程以及天气预警信号，每天发布时间为0 5 、1 2 、1 7 时。 中期预报提供全省范围未来1 0 天内将出现的主要天气过程，发布时间为每月 1 、1 1 、2 1 日上午9 时。 短期气候预测提供全省范围未来1 个月内气温变化趋势、降水趋势等气象分 析与预测。发布时间是每月月末1 5 时。 城市预报提供我省1 4 个城市未来1 到5 天每天的天气现象、最高、最低温度， 发布时间为每日1 7 时。 各种天气预报在制作的过程中，将生成的超文本形式的预报文件保存到本系 统的文件服务器上，以确保本系统获得各类天气预报的时效性。 2 3 3 气象情报的采集 气象台定期或不定期提供每旬、每月的天气气候概况、重要天气过程分析、 气象卫星遥感信息等气象情报。每旬、月的天气气候概况包括对气温、降水等气 象要素变化的分析，与历史同期的比较。重要天气过程分析是在本省出现重要的 关键性天气、转折性天气和灾害性天气后及时提供过程分析和服务建议。卫星遥 感信息提供气象卫星遥感图像和分析数据。 气象台决策服务室负责将各类气象情报制作成超文本文件格式或网络图像格 式，并将文件通过网络传到本系统的文件服务器中。 2 3 4 图形图像资料的采集与加工 辽宁省气象台提供的图形图像资料包括气象卫星云图、天气雷达回波图像等。 气象卫星云图接收自风云i i 号气象卫星，每天分2 4 小时提供我国范围的红外、 水汽和可见光波段的卫星云图图像。本系统定时从卫星云图接收系统中下载红外 东北大学硕士学位论文第二章气象信息的采集与加工 波段的卫星云图，并转换成网络图像文件格式。 红外卫星云图分辨率大小为5 1 2 5 1 2 ，其文件第一行为标识行，包含该文件 有关的信息；第一行以后为图像的灰度值，每一字节表示图像上一个点的灰度( o 2 5 5 ) ；文件结尾存放了该时次更新的定标：表( 1 0 2 4 字节) 及定位表( 1 2 5 0 字节) 。云图 的图像格式转换程序流程见图2 2 所示。 图22 卫星云图格式转换程序 f i g 2 2s a t e l l i t ec l o u di m a g en a n s f o r mp r o g r a m 当打开一个卫星云图文件后，首先判断是否标准5 1 2 x5 1 2 的卫星云图文件， 因为存在其它格式的卫星云图，无法在本系统中显示和转换。从卫星云图文件中 东北大学硕士学位论文第二章气象信息的采集与女g - r 获取图像信息后，使用预定的调色板数据生成b m p 图像文件的文件头信息，并将 头信息和图像信息合并成一个标准的b m p 格式卫星云图文件。 在生成b m p 格式图像文件后，就可以使用现成的图形图像软件包转换成各种 标准格式的图像文件，如g i f 格式或j p g 格式。对于卫星云图文件，由于只有2 5 6 级色阶，所以使用g i f 格式相对文件较小，且图像清晰不失真。 沈阳天气雷达站定时进行雷达观测，并将雷达回波图像通过网络传输到辽宁 省气象台，本系统每目分7 次或在出现重要天气过程从气象台的雷达系统中下载 雷达回波图像资料，并转换成网络图像文件格式。雷达图像的格式转换程序与卫 星云图格式转换程序原理相同，在此就不作详细叙述了。 东北大学硕士学位论文第三章短期电网负荷预测模型的设计 第三章短期电网负荷预测模型的设计 3 1 进行电网负荷预测的必要性 负荷预测是指从己知的用电需求出发，考虑政治、经济、气候等相关因素， 对未来的用电需求做出的预测【l ”。根据预测时间的长短，负荷预测可分为长期、 中期和短期及超短期负荷预测。其中，超短期负荷预测指对未来几分钟到一小时( 或 几小时) 用电负荷的预测；短期的预测的长度要略微长点，从一天到几周；长期预 测可长达3 0 年；而中期预测通常为1 到5 年【1 4 1 。 电力资源在现代社会中占据越来越重要的地位，除了生产用电外，从提高生 活质量的角度考虑，空调、电采暖等居民生活用电对电最的需求也被列入重点考 虑的因素。然而，从另外一个角度来看，电力生产又是有限的，辽宁省主要是采 用煤燃烧发电，省政府的一份资料显示：2 0 0 3 年，全省能源生产总量为6 2 8 3 万吨 标准煤，能源消费总量为1 3 8 6 6 万吨标准煤，缺口达4 5 4 4 。在不影响人们正常 的生产、生活的前提下，尽可能地节约能源一直是电力部门的愿望所在。因此， 对电网负荷进行预测对电力部门来说是非常必要的。 3 2 电网负荷模型中因子的选择 电网负荷变化与很多因素有关，在这些因素中，气象因素对电网负荷的影响 也是非常明显的。 3 2 1 全省平均温度对电网负荷的影响 将日期序列当作自变量，采用双坐标轴的方法分别绘制出2 0 0 0 年全省电网日 负荷和全省平均气温的函数曲线对照图形，如图3 1 所示。将辽宁省2 0 0 0 年1 月 到1 2 月的平均温度与平均供电量做成表3l 。 1 2 东北大学硕士学位论文 第三章短期电网负荷预测模型的设计 图3 12 0 0 0 年l 1 2 月辽宁省平均电网e l 负荷与全省日平均气温对照 f i g3lc o n w a s to f d a i l y 研d l o a da n da i r t e m p e r a t u r eo na v e r a g e o f l i a o n i n g p r o v i n e f r o mj a n u a r yt od e c e m b 日2 0 0 0 表3 12 0 0 0 年1 - 1 2 月辽宁省平均电网负荷与平均气温对照表 1 1 a b l c3 1c o n t r a s t o f g r i d l o a da n d a i r t e m p e r a t u r eo na v e r a g eo f l i a o n i n g p r o v m c f r o mj a n u a r yt od e c e m b e r2 0 0 0 月份平均电网负荷( 兆瓦时)平均气温( 摄氏度) 1 月 1 5 3 5 0 21 4 2 月 1 3 5 2 6 3- 7 3 月 1 4 6 4 0 2 3 4 月 1 4 0 8 4 21 0 5 月 1 4 0 7 4 01 8 6 月 1 5 0 1 4 22 4 7 月 1 4 8 8 9 12 6 8 月 1 5 0 3 3 72 5 9 月1 4 3 7 1 12 0 1 0 月 1 4 1 7 5 2 1 0 1 1 月1 5 5 3 9 70 1 2 月1 5 8 2 7 17 从图3 1 和表31 中均可看出湿度的变化和供电量变化之问有一定的规律：从 1 月到4 月，温度呈上升趋势，而供电量呈下降趋势；从4 月到8 月，温度继续上 1 3 东北大学硕士学位论文第三章短期电网负荷预测模型的设计 升，而供电量转为上升；从8 月到1 0 月，温度开始呈下降趋势，而供电量也呈下 降趋势；最后从1 0 月到1 2 月，温度继续下降，而供电量转为上升。 3 2 2 全省平均日降水量对电网日负荷的影响 汛期是我省降水量比较集中的时期，由各省气象台发布每年入汛和汛期结束 时间。以2 0 0 0 年汛期( 6 月1 5 日到9 月1 5 日) 辽宁省电网日负荷情况为例进行 分析，将日期序列当作自变量，采用双坐标轴的方法分别绘制出全省电网日负荷 和全省平均日降水量的函数曲线对照图形，如图3 2 。 图3 , 22 0 0 0 年6 月1 5 日9 月1 5 日辽宁省平均电网日负荷与全省平均目降水量对照 f i g3 2c o n t r a s to fd a i l yg r i dl o a da n dp r e c i p i t a t i o no na v e r a g eo f l i a o n i n gp r o v i n c ef r o m 1 5j u n et o1 5s e p t e m b e r2 0 0 0 通过对2 0 0 0 年几次重要降水过程的研究发现( 其中，5 月份和6 月份各有一 次非汛期期间的比较大的降水，我们也把它们考虑进去。) ，当出现全省较大范围 降水后，全省供电量的距平值与降水前相比有较大幅度的下降，详见表3 2 。这就 证明降水对供电量有显著的影响。 查! ! 垄兰塑主生堡垒查 整三主叁塑皇璺壅堕翌型堡型塑堡苎 表322 0 0 0 年辽宁省重要降水过程与电网负荷距平对照表 t a b l o32c o n t r a s to fi m p o r t a n tp r e , e i p i t a t t o na n d 鲥dl o a do f l i a o n i n g p r o v i n c ei n2 0 0 0 历史同期平均电 日期降水量 电网负荷电网负荷距平 阚负荷 2 0 0 0 5 9 0 81 4 3 3 4 6 1 4 8 6 6 5 25 3 1 9 2 2 2 0 0 0 5 1 0 1 6 81 3 8 9 9 81 4 9 0 6 8 71 0 0 7 0 7 2 0 0 0 一66 o1 4 9 3 7 21 4 踮6 5 27 0 6 7 8 0 8 2 0 0 0 67 3 91 4 7 6 6 01 4 9 0 6 8 ，71 4 0 8 6 8 2 0 0 0 - 686 9 1 4 6 4 9 41 4 8 7 0 2 22 2 0 8 1 8 2 0 0 062 8 o 21 5 7 0 8 11 4 9 0 6 8 78 0 1 2 3 2 4 2 0 0 06 2 9 9 71 5 0 0 4 51 4 8 7 0 2 21 3 4 28 2 5 2 0 0 0 6 3 0 11 4 7 5 7 01 4 8 5 7 9 51 0 0 9 4 7 2 0 0 07 1 0o1 5 6 9 0 71 4 7 1 3 i 19 7 7 5 8 6 1 2 0 0 0 7 11 4 4 51 4 7 8 4 11 4 8 6 6 5 28 2 4 2 1 9 2 0 0 07 2 6 o 31 5 0 8 4 31 4 9 0 6 8 71 7 7 4 3 2 4 2 0 0 0 7 2 7 8 61 4 3 4 8 61 4 8 7 0 2 2 5 2 1 6 1 8 2 0 0 0 8 3 011 5 2 7 4 41 4 9 0 6 8 73 6 7 5 3 2 4 2 0 0 0 - 8 3 12 2 41 4 3 8 8 31 4 8 7 0 2 24 8 1 9 1 8 2 0 0 0 9 一l3 31 4 3 6 5 01 4 8 5 7 9 5 4 9 2 9 4 7 由此可见，气温和降水量等气象因素与全省电网的负荷变化有显著的影响， 可以作为电网负荷预测的相关因子。 3 3 相关分析 在客观世界中变量之间的关系可以分为两大类：类是变量间有确定性关系， 即当自变量取确定的值时因变量的值随之而确定，这种关系称为函数关系。另一 类是变量间有非确定性关系，即当自变量取确定值时，因变量的值是不确定的， 但两者有一定联系，这种关系称为相关关系【”l 。了解变量间联系的密切程度，需 要用到相关分析。所以在研究辽宁省电网负荷与气象因子之间的联系时，我们先 对选中的气象因子和电网负荷因子进行相关分析，找到对电网负荷的变化影响比 东北大学硕士学位论文 第三章短期电网负荷预测模型的设计 较大的气象因子。 3 3 1 辽宁省电网日负荷和日平均温度的相关分析 使用s p s s 统计软件【“1 分别对2 0 0 0 年1 月1 日到2 0 0 0 年4 月3 0 日和2 0 0 0 年5 月1 日到2 0 0 0 年9 月3 0 日两个时间段的电网日负荷和日平均温度进行线性 表3 32 0 0 0 年l 4 月辽宁省电网日负荷与全省日平均气温相关分析 t a b l e3 3c o r r e l a t i o na n a l y s i sa b o u tm dl o a da n da v e r a g ea i r _ 【e m p e r 姗o f l i a o n i n gp r o v i n c ef r o mj a n u a r yt oa p r i l2 0 0 0 相关分析 因子参数 负荷 温度 p e a r s o n 积距相关系数 l 06 3 7 负荷 样本数 1 1 1 l l l p e a r s o n 积距相关系数 06 3 71 温度 样本数 1 1 l1 1 1 表3 42 0 0 0 年5 9 月辽宁省电网日负荷与全省日平均气温相关分析 t a b l e3 4c o r r e l a t i o na n a l y s i sa b o u tg r i dl o a da n da v e r a g ea i rt e m p e r a t u r eo f l i a o n i n gp r o v i n c ef r o mm 野t oo c t o b e r2 0 0 0 相关分析 因子 参数负荷 温度 p e a r s o n 积距相关系数 l07 3 2 负荷 样本数 1 5 31 5 3 p e a r s o n 积距相关系数 0 7 3 2i 温度 样本数 1 5 31 5 3 相关分析，得出前者的相关系数为06 3 7 ，为负相关；而后者的相关系数为0 7 3 2 ， 为正相关，见表3 3 和表3 4 。通过数学方法分析得到的相关性与通过曲线图直观 东北大学硕士学位论文第三章短期电网负荷预测模型的设计 分析的结果基本相同。 使用相同的方法进行分析，可以得到2 0 0 0 年1 0 月到1 2 月日负荷与日温度的 相关系数为一08 3 6 ，2 0 0 1 年1 月到4 月的相关系数为0 8 9 2 ，2 0 0 1 年1 0 月到1 2 月 的相关系数为- 08 6 0 ，负相关特征也很明显。2 0 0 1 年5 月到9 月的相关系数为o5 2 7 ， 2 0 0 2 年5 月到8 月的相关系数为o7 0 8 ，正相关特征比较明显。由此可见本省的电 网负荷变化确实同气温的变化息息相关。