区域电力市场负荷预测的研究.pdf

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1、上海交通大学硕士学位论文区域电力市场负荷预测的研究姓名：周健申请学位级别：硕士专业：电气工程指导教师：蒋传文;陶卫国20060914 区域电力市场负荷预测的研究 区域电力市场负荷预测的研究 摘 要 负荷预测是能量管理系统(EMS)的重要组成部分，它对电力系统的运行，控制和计划都有着非常重要的意义，是电力部门的重要工作之一。区域电力市场条件下，由于其与电价的响应关系，负荷预测更成为区域电力市场的技术支持手段之一，对于区域电力市场参与主体各方有着重要意义。提高负荷预测的水平，有利于用电管理，也有利于制定合理的电源建设规划，提高电力系统的经济效益和社会效益。本文以华东电网（四省一市）为例，研究区域电

2、力市场的负荷预测问题。全文主要内容：第一，分析了区域电力市场下条件的负荷预测工作，探讨了我国的区域电力市场以及多种负荷预测的技术及其特点；第二，分析了华东区域电力市场特性，着力研究其负荷运动规律，并且探讨了温度等因素与负荷的关系；第三，采用粒子群优化算法来确定组合模型的最优权重系数，从而建立了华东区域电力市场的组合负荷预测模型；最后，用华东电网的历史负荷数据对组合负荷预测模型进行了测试验证，并使用了同期的单一负荷预测模型预测的结果与之对比分析，分析结果表明得到的华东电网组合负荷预测模型预测精度高，取得了很好的预测效果。本文提出的华东电力市场分析以及基于 WEB 网站的华东负荷预 区域电力市场负

3、荷预测的研究 测系统设计架构，可以为有关方面研究华东区域电力市场，参与华东电力市场服务提供有益的参考。关键词关键词：区域电力市场，华东电网，负荷预测，组合模型，粒子群优化算法 区域电力市场负荷预测的研究 THE RESEARCH OF POWER LOAD FORECASTING IN REGIONAL POWER MARKET ABSTRACT Load Forecasting plays an important role in the Energy Management System(EMS),which has great influence on the operating,cont

4、rolling and planning of electric power system.It is one of the important tasks of the electric department.With the condition of the regional power market,load forecasting is becoming one of technologic means that supporting the regional power market due to its response to power price,and has signifi

5、cance to all parts that take part in the regional power market.Therefore,enhancing the load forecasting level will be propitious for the management of electricity planning,will be propitious for the formulation of reasonable electricity source construction,will be advantageous in enhancing the econo

6、mic and social efficiency of the power system as well as.This thesis take Huadong region（four provinces and one city）for example to studied problem of load forecasting in regional power market.Firstly,this thesis analyzed load forecasting in condition of regional power market.The thesis discussed pr

7、oblems of regional power market,and investigated technologies and its features of load forecasting.Secondly,this thesis analyzed characteristic of Huadong regional power market,specially studied rules of load and discussed relation between temperature and load.Thirdly,this thesis introduces particle

8、 swarm optimizer algorithm to confirm the most optimized weight coefficient,consequently,the combination mode of load forecasting is set up.Finally,the combination model of load forecasting is tested with historical load data of Huadong Power Grid in the thesis,and kind of the single models was also

9、 use to load forecast,we compare the forecasting results after using the data of the same period,test results show good prediction accuracy,the combination model has made very good prediction result.The analysis of Huadong regional power market and the architecture design of Huadong load forecasting

10、 system based on the web site in the thesis can be benefited for those who take part in and serve Huadong regional power market.Key words:Regional Power Market,Huadong Power Grid,Load Forecasting,Particle Swarm Optimization(PSO),the combination model 上海交通大学上海交通大学 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是

11、本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：周健 日期：2005 年 11 月 19 日 上海交通大学上海交通大学 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本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

12、影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密保密，在 年解密后适用本授权书。本学位论文属于 不保密 不保密。（请在以上方框内打“”）学位论文作者签名：周健 指导教师签名：蒋传文 日期：2005 年 11 月 19 日 日期：2006 年 9 月 14 日 区域电力市场负荷预测的研究 第 1 页 共 60 页 第一章 绪论 第一章 绪论 1.1 我国的区域电力市场 1.1 我国的区域电力市场 1,2,3 2002 年初国务院颁发了关于 电力体制改革方案 的国发20025 号文件，拉开了新一轮电力改革的序幕。本轮电力工业改革的主要内容是在发电环节引入竞争机制，文件提出要在“十五”期间实行网

13、厂分开、竞价上网，“初步建立竞争、开放的区域电力市场，实行新的电价机制”。2002 年 12 月 29 日，中国电力工业进行了重组，新成立了包括 2 家电网公司和 5 大发电公司在内的 11 家电力公司，实现了厂网分开，引入了竞争机制，这是我国电力工业改革的重大成果。2003 年 5 月，电监会发布了“关于区域电力市场建设的指导意见”，提出了区域电力市场建设的指导原则、基本模式、交易方式等，拉开了我国区域电力市场改革与建设的序幕。目前，华东及东北电力市场的试点工作已进入模拟运行阶段，而华中区域电力市场及南方区域电力市场也进入筹备阶段。电监会关于区域电力市场建设的指导意见中提出，要“到十五末期，

14、初步形成华北、东北、华东、华中、西北、南方六大区域电力市场，基本建立电力市场运营的法规体系和电力监管组织体系，全国大部分地区大部分发电企业实行竞价上网，符合条件的大用户(含独立配售电企业，下同)直接向发电企业购电。”1.1.1 区域电力市场构成模式 4,5(1)根据国外经验和我国电网的具体情况，我国采取了分层模式的区域电力市场。分层模式就是在一个区域电网内，区域交易中心和省交易中心同时存在，各有分工。我国电力市场在总体结构上，是根据我国的电网的网架结构分别构建为三个层次，即国家电网电力市场、区域电网电力市场、省(市)电网电力市场，如图：1-1、1-2、1-3 示。国家、区域、省(市)三层电力市

15、场的内涵及特点有着明显的区别。现己形成的区域电网是建立区域电力市场的基础，以省市电力交易市场和区域电力交易市场两个层次共同构成。交易主体是区域电网公司、省(市)电网 区域电力市场负荷预测的研究 第 2 页 共 60 页 公司以及直接进入区域电网的独立发电公司，也包括一些直供大用户。他们在区域电力市场上进行购售电的电力交易活动。(2)区域电力市场的建立，其重要的目的是打破现己明显存在的省(市)电网之间的电力交易壁垒，同时，在更大区域电网范围内实现电力资源的有效配置。区域电力市场的建立，以及区域电力市场采用什么样的模式和具有的职能，涉及到现有区域电网的结构和各级电网公司经营管理体制的改革。因此，区

16、域电网的管理体制改革必须与区域电力市场的建立相适应。图 1-1 国家电网结构示意图 图 1-2 华东电网结构示意图 区域电力市场负荷预测的研究 第 3 页 共 60 页 图 1-3 上海电网结构示意图 1.1.2 区域电力市场的作用与功能 6(1)监督各省(市)电力市场的运营;(2)负责区域电力市场操作;(3)负责区域电网间售、购电交易，区域电网公司向直调电厂购电，向各省(市)电网购、售电，协调及各省(市)间售电、购电转运:(4)进行区域电网、省(市)电网负荷预测;(5)负责区域电网发电计划(包括水电计划、检修计划、备用计划);(6)负责区域电网电价预报(包括售电价、购电价、转运电价);(7)

17、制定区域电网、省(市)电网电力交易计划;(8)进行区域电网交易结算。1.1.3 区域电力市场运营 7,8 10,11（1）区域电力市场的运营基本原则 我国区域电力市场是由电力市场成员在市场上的运行方式，市场运行管理部门的责任和义务，电力市场的管理、干预及中止的条件和步骤，市场结算方式等共同作用下进行的。运行的基本原则是：公平、公正、公开，对不同类型的市场成员应一视同仁，无歧视，尽可能增加对市场成员的信息发布，做到信息公开，增加区域电力市场运行的透明度，使电力市场成员能够及时获得电力市场及电网运行的数据。区域电力市场负荷预测的研究 第 4 页 共 60 页（2）我国区域电力市场的运营主要包括以几

18、个下方面问题：区域电力市场的主要参与者。区域电力市场的主要参与者有：发电商，以区域电网公司和各省市电网公司为代表的购售电商，区域电力市场运行管理机构和直供大用户，他们在区域电力市场上进行购售电的电力交易活动。区域电力市场发电侧的市场运行。主要是指进行发电侧的电力交易，包括：现货夺易、实时交易、辅助服务交易、期货交易。鉴于国外的经验教训，我国的电力市场以中长期计划（包括双边合同）为主，现货市场为辅。由于电力作为商品的特殊性（即电量不能储存，发电出力必须随时与负荷平衡），竞价部分的电量并非越大越好。为了保证有可靠的电源供应，在国外通常大部分电量为期货电量或双边合同。我国的试点单位一般用 80%90

19、%的电量作为计划电量或合约电量，保证了有可靠的电源，少走弯路，是成功的经验。区域及网损确定。数据申报。区域电力市场信息发布。电力市场信息公开是电力市场公平、公正、公开的保证。区域电力市场运行管理机构应按照运行规则的要求，向各发电商公开市场运行的一系列信息。区域电力市场暂停。当区域电网出现下述情况，电力市场运行管理机构可以宣布暂停市场交易：电力系统已崩溃成一个黑系统；市场监管理部门认为市场运行管理机构没有按照规则的规定运行、管理市场。市场运行部门认为，仅仅根据规则的要求已不可能进行市场交易，必须暂停市场交易。区域电力市场辅助服务。区域电力市场辅助服务是指为了保证电力系统安全、促进电力交易、保证电

20、力供应，由发电商所提供的保障电网安全和电能质量的发电机组服务。包括：调频、调峰、提供的无功补偿以及黑启动等。区域电力市场结算。区域电力市场交易结算的内容包括：计划发电电量的结算;实时发电市场指令发电电量的结算；发电机组违约电量的结算；容量电量的结算；辅助服务的结算；网络约束的补偿即备用容量的结算。关于区域电力市场还有许多需要解决的问题。建立健康的区域电力市场，还必须制定合理的输电价格、转运服务费和鼓励签订大用户双边合同；联网费和输电费的分摊，复杂网络内网损的分摊，以及阻塞费用的合理分配等。区域电力市场负荷预测的研究 第 5 页 共 60 页 本文主要讨论的是研究上述问题基本支持技术之一的负荷预

21、测问题。1.1.4 区域电力市场间电网互联的效益 12 著名的系统论创始人理论生物学家贝塔郎菲（L.V.Bertalanffy）提出：系统整体是由部分集合而成，但它并不等于部分和，而是整体大于部分和，即具有非加和性。当区域间电网互联后，会产生各个孤立电网所不具备的新功效。（1）规模经济效益；（2）错峰效益；（3）水电资源利用效益（电量效益利用弃水，获得水文水库补偿）；（4）调峰效益（电力效益）；（5）发电能源多样化效益；（6）装机容量备用效益；（7）交叉建设；（8）检修协作；（9）系统可靠性和运行备用；（10）经济电量交换；（11）误差互相抵消；（12）厂址选择的灵活性；（13）最大限度地利用

22、输电设备；（14）事故反映；（15）电力事业单位规划和运行质量。1.2 负荷预测概述 1.2 负荷预测概述 13 14 1.2.1 负荷预测的定义 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的处理过去与未来负荷的数学方法，在满足一定精度要求的意义下，确定未来某特定时刻的负荷数值，称为负荷预测。1.2.2 负荷预测的分类 负荷预测按不同的分类标准可做以下几种不同的分类：区域电力市场负荷预测的研究 第 6 页 共 60 页(1)荷预测按时间划分可以分为长期、中期、短期以及超短期预测。(2)负荷预测按预测内容可以分为城市民用负荷、商业负荷、农村负荷、工

23、业负荷以及其它负荷的预测。(3)根据负荷预测表示的不同特性，常常又分为最高负荷、最低负荷、平均负荷、负荷峰谷差、全网负荷、母线负荷、负荷率等类型的负荷预测，以满足供电、用电部门管理工作的需要。1.2.3 负荷预测的基本特征(1)周期性 负荷的周期性是比较明显的，如一天之内、一周之内、季节变化等等，和时间具有明显的相关性。系统一天内的负荷变化和一周内的变化曲线具有明显的周期性，在相似的时段出现峰段、谷段。(2)增长性 负荷作为经济发展的标志之一，具有明显的增长性。随着生产的发展和进步，总体上是具有增长和上升的趋势的，如对相同月不同年之间的比较或各个年度之间最大负荷的比较等，就可以明显的看出负荷是

24、不断地增长的趋势。(3)预测性 负荷有可预测性。预测对象的发展规律，其未来的发展趋势和状况是可以为人们所知道的。可以通过总结它的过去和现在推测其未来，这是人们进行预测活动的基本依据。通过科学的方法，可以得到精度相当高的负荷预测。1.2.4 负荷预测的程序 对电力负荷进行科学预测，要有一个基本过程，就是要考虑预测工作怎样进行，分几个阶段，先做什么，后做什么。只有把负荷预测工作的整个过程搞清楚，才能做好负荷预测工作。根据所进行的电力负荷预测的实践活动，认为其基本过程如下：(1)确定负荷预测目的，制定预测计划 负荷预测目的要明确具体，紧密联系电力工业实际需要，并据以拟定一个负荷预测工作计划。在预测计

25、划中主要考虑的问题主要有：准备预测的时期，所需要的历史资料（按年、按季、按月、按周或按日），需要多少资料，资料的来源 区域电力市场负荷预测的研究 第 7 页 共 60 页 和搜集资料的方法，预测的方法，预测工作完成时间，所需经费来源等等。(2)调查资料和选择资料 要多方面调查搜集资料，包括电力企业内部资料和外部资料，国民经济有关部门的资料，以及公开发表和未公开发表的资料，然后从众多的资料中挑选出有用的一小部分，即把资料浓缩到最小量。挑选资料的标准，一要直接有关性，二要可靠性，三要最新性。先把负荷这个三点的资料跳出来，加以深入研究，在这以后，才能考虑是否还需要再收集其他资料。收集统计资料是不容易

26、的，尤其实在我国当前的情况下，各层次的资料往往不够完整，真实性也有问题，再加上保密问题尚未解决，就更增加了难度。尤其是如果资料收集和选择得不好，会直接影响负荷预测的质量。(3)资料整理 对所收集的与负荷有关的统计资料进行审核和必要的加工整理，是保证预测质量所必须的。可以说，预测的质量不会超过所用资料的质量，整理资料的目的是为了保证资料的质量，从而为保证预测质量打下基础。资料整理主要有以下几项内容：资料的补缺推算。如果中间某一项的资料空缺，则可利用相邻两边的资料取平均值近似代替，如果开头一项资料空缺，则可利用趋势比例计算代替。对不可靠的资料加以核实调整。对能查明的异常值，用适当方法加以订正；对原

27、因不明而又没有可靠修改根据的资料，最好删去，有多少删多少。对时间数列中不可比资料加以调整。时间数列资料的可比性主要包括：各期统计指标的口径范围是否完全一致；各期价值指标所用价格有无变动；各期时间单位长度是否可比；周期性的季节变动的各期资料是否可比，十分能如实反映周期性变动规律。用不同方法处理上述各种可比性问题时，务必使资料在时间上有可比性。此外，还要根据研究目的，认真考虑时间数列的起止时间，即应截取哪一段时期的资料使用。(4)对资料的初步分析 在经过整理之后，还要对所用的资料进行初步分析。比如，画出动态折线图或散点图，从图形中观察资料变动的轨迹，特别注意离群的数值和转折点，研究 区域电力市场负

28、荷预测的研究 第 8 页 共 60 页 它是由偶然的还是其他什么确定的原因所致。还可以计算一些统计量，如自相关系数等等，以进一步辨明资料轨迹的性质，为建立模型做准备。(5)建立预测模型 负荷预测模型时统计资料轨迹的概括，它反映的是经验资料内部结构的一般特征，与该资料的具体结构并不完全吻合。模型的具体化就是负荷预测公式，公式可以产出与观察值有相似结构的数值，这就是预测值。负荷预测模型是多种多样的，以适用于不同结构的资料，因此，对一个具体资料，就有选择适当预测模型的问题。正确选择预测模型在负荷预测中是具有关键性的一步。有时由于模型选择不当，造成预测误差过大，就需要改换模型。在必要时，可以同时采用几

29、种数学模型进行运算，以便对比、选择。(6)综合分析，确定预测结果 通过选择适当的预测技术，建立负荷预测数学模型，进行预测运算得到的预测值，或利用其他方法得到的初步预测值，还要参照当前已经出现的各种可能性，以及新的趋势与发展，进行综合分析、对比、判断推理和评价，最终对初步预测结果进行调整和修正。这是因为从过去到现在的发展变化规律，不能说就是将来的变化规律。所以要对影响预测对象的新因素进行分析，对预测模型进行适当的修正后确定预测值。预测值的确定决不是通过某一、两个预测运算就能轻而易举取得的。搞好预测需“重在分析、贵在方法、巧在应用”，也就是说，负荷预测工作不仅是一种科学，而且是一种艺术，良好的综合

30、判断能力是难于用简单的语言传授的，而是个人才能、经验与教训综合作用的结果。(7)编写预测报告，交付使用 根据分析判断最后确定的预测结果，编写出本次负荷预测的报告。因为预测结果经常是多方案的，所以报告中要对取得这些结果的预测条件、假设及限制因素等情况详细说明。在报告中应有数据资料、报告分析、数学模型、预测结果及必要的图表，让使用者一目了然，便于应用。(8)负荷预测管理 将负荷预测报告提交主管部门后，只是本次预测告一段落，并不等于全部预测工作的结束，随后仍需根据主客观条件的变化及预测应用的反馈信息进行检 区域电力市场负荷预测的研究 第 9 页 共 60 页 验，必要时应修正预测值。例如，预测值交付

31、使用后，经过一段时间的实践，发现这一时期的实际值和预测值之间有差距，就要对远期预测值进行调整，这也是对符合预测的滚动性管理。对预测结果还要进行预测误差分析，如果从分析中发现预测误差偏大，就要检查原因，是不是影响历史负荷变动的基本因素发生了变化，以致负荷的轨迹变了，从而考虑改换模型。对误差数列的分析有助于辨明所拟合的模型是否充分，是否适当。1.3 区域电力市场条件下的负荷预测 1.3 区域电力市场条件下的负荷预测 当前我国正加快电力市场改革步伐，电力工业实施了建立电量计费系统、实行峰谷分时电价和建立电力市场等市场化运营。随着大量独立法人发电公司的出现，介于发电厂与用户之间的电网就成为电力交换的场

32、所，市场机制将成为电力运营的基本点，在此基础上成熟发展，逐步建立起规范的区域电力市场。而区域电力市场的建立和发展同时也对传统的电力系统管理模式提出了严峻的考验；同时我国能源战略地位的日益突显，优化配置能源的要求日益迫切，在区域电网的层次上构建电力市场，将最终促进全国电网的联网，极大促进电力资源在大范围内实现优化配置。随着我国区域电力市场建设的启动，因此对区域电力市场相关问题的研究具有重要的理论与现实意义。由于负荷预测是电力系统规划和运行的基础，关系到整个电力系统的效率、效益及安全性；电力负荷的智能化预测方法研究市场技术支持系统的重要组成部分，在电力市场中的作用不容忽视，因此在区域电力市场条件下

33、的对负荷预测提出了更高的要求。1.3.1 电力市场对负荷预测的要求15,16,17,18（1）发电市场对负荷预测的要求 建立电力市场的主要目的是在电力工业内部引进竞争机制，从而形成利益主体多元化的局面，只有走向电力市场才能平等互利地协调好现有各投资方利益。电力产权和利益的多元化必然带来分散调度的倾向，这对实行多年的统一调度将是历史性的冲击。通过电力市场将行政型的统一调度转换为共同利益型 区域电力市场负荷预测的研究 第 10 页 共 60 页 的统一调度的本质是引进竞争机制，但没有电价的改革就谈不上建立电力市场，这对于发电市场侧的意义尤为明显。因为在电力市场条件下，要求各发电厂预报实时电价，通过

34、实时电价全面反映发电成本与利润的关系。而实时电价的制定与负荷的情况密切相关，为了提高售电单位的竞争能力，必须根据负荷预测的结果定出有竞争力的电价，才能取得较好的经济效益。这使得发电市场侧对短期负荷预测的精度要提出更高的要求，以便在此基础上制定出最具竞争力的实时电价，获得最高的经济收益。（2）用户市场对负荷预测的要求 随着电力市场的开展，将会逐渐开放用户市场，这将给与电力生产者最多的竞争机会，给用户最大的选择权利。在电力市场中，要保证用户间的平等，就必须减少用户间补贴，实施按照用户的实际供电成本收费，这使得用户对电力市场中的实时电价更为关注。在电力市场下，随着系统供需情况的不同，电价也是不同的。

35、这是由于负荷的变化，或发、输、配电设备的故障，电能的供、需情况是不断变化的，供电成本也是随之变化的，这样用户在不同时间用电时，对其供电的成本是不同的，采用峰谷电价和动态电价，这能够促进用户合理用电，鼓励用户按最优的方式用电。这时，用户必须了解短期负荷预测结果，来安排用电时机，从而节约用电费用。（3）电力交易对负荷预测的要求 转运是电力市场平等竞争的必要条件，可以给电网带来巨大的效益，转运业务出现的背景原因很多，随着高压和超高压输电网络的发展，电力系统日趋成为多个地区电网互连的大网。由于各地区能源资源构成、劳动力价格及负荷水平的差异，各地区电网的发电成本不同，从而在各地区电网间出现了经济功率交换

36、，由发电成本低的地区向发电成本高的地区售电，如现在实行的西电东送工程。当买卖双方的电网不相邻时，就由处于两电网中间的电网承担转运业务，收取转运费用。这样卖电方需要在本地的负荷预测基础之上，更为经济地、合理地安排工作计划，也就对负荷预测的精度问题提出更高要求。为了促进经济功率交换，美国的佛罗里达电力联合集团建立了电力交易系统。在该系统中，各电力公司提出每小时报价，以及欲买、卖的电量，由电力交易系统在全局最优的基础上进行贸易匹配。随着电力市场的深入进行，我国也会朝经济功率交 区域电力市场负荷预测的研究 第 11 页 共 60 页 换的方向发展，那时必将对短期负荷预测提出更严的要求，以期在电力交易系

37、统中使短期负荷预测既有竞争力，又能获取最佳经济效益。（4）调度工作对负荷预测的要求 在电力市场运行过程中，每个调度时段实时调度子系统将根据短期负荷预测的结果和电厂报价计算市场清算电价，安排机组发电计划，预测结果直接影响电网和各电厂的经济效益。为了充分发挥市场作用，减少调度人员人工干预，要求预测值与实际负荷的偏差必须小于网上的调节容量，这就要求提高负荷预测的精度。同时，在电力市场下，调度部门的调度工作是经济行为，不同于传统的垄断经营模式下，当负荷预测不够准确时调度可以拉闸、限电来保证系统的稳定运行。在市场作用下，任何违反合同的拉闸、限电都要受到经济制裁。因此在电力市场环境下，调度部门同样要求提高

38、负荷预测的精度。1.3.2 负荷预测和电价的关系18,19,20,21 电力市场的核心是电价与交易机制，电力市场的电价与电量交易都离不开负荷预测。电力市场的电价的实质是通过建立一个充满竞争和选择的电力系统运营环境来提高整个电力工业的经济效益，竞争和选择是市场机制互相依存的两个方面。从供电厂家的角度来看，电力市场的本质是引入竞争机制，各个厂家可以充分挖掘各自的潜力，千方百计地降低供电成本，以获得更大的经济利益;从用户角度来看，电力市场的本质是为他们提供更多的选择机会，他们可以通过选择使用供电价格最低的电能来降低其产品的成本，使其更具竞争力。随着全球电力市场化大趋势的到来，电力行业逐渐由垄断经营走

39、向竞争。作为电力市场的核心因素电价，在很多国家也从以前的政府统一定价转变为由市场竞争定价。电价和经济、气象、电力系统的运行情况以及用户情况等因素密切相关，它随需求而变化。反过来，电价的变化也影响需求量。对于负荷预测，在电力市场的环境下，当实施分时电价或动态电价后，电价因素也是一个必须在负荷预测模型中加以考虑的因素。同时，作为电力市场的参与者，各方的利益最终是通过电能的交易实现的，提前知道电价信息就可以在电力市场的交易中获得更大的利益，预先准确地对电价进行预测显得尤为重要。区域电力市场负荷预测的研究 第 12 页 共 60 页 1.3.3 区域电力市场负荷预测的意义（1）我国地域辽阔，经济发展不

40、平衡，能源资源与能源生产不同，运输能力不同，因而各地区电力市场供需状况有很大差别。区域电力市场的负荷分析预测对电力发展、宏观调控更具有指导意义。（2）我国经济发展和改革的实践经验表明，要充分重视统筹区域发展的原则。国家实施西部大开发战略以及振兴东北老工业基地战略，加快西部地区水电基地开发和坑口电站建设，不断推进西电东送、南北互供，加快实现全国联网，鼓励发挥东部地区已经形成的经济优势，率先基本实现现代化，实现地区经济协调发展。这就要求配置电力资源的范围由过去多以省级行政区划扩大为合理的区域，把编制和实施电力行业区域规划放到突出重要位置。要分区域进行电力规划，包括区域电力的基本情况、发展思路、布局

41、、需求、项目安排和生态环境建设等。因此，必须重视区域电力市场的分析预测。（3）区域电力市场负荷预测是基础。当前我国建立区域电网的层次上构建电力市场格局下，区域电力市场负荷预测尤显重要，区域市场负荷预测准确了，全国的负荷预测也就有了坚实基础。（3）区域电力市场负荷预测是区域电力市场各参与主体的基础工作。由于负荷预测的重要性，区域电力市场各参与主体只有进行准确的区域电力市场负荷预测，才有可能很好的参与区域电力市场竞争与服务。1.4 本论文的主要工作和内容安排 1.4 本论文的主要工作和内容安排 本文以华东电网（四省一市）为例，研究区域电力市场的负荷预测问题。分析了华东区域电力市场特性，着力研究其负

42、荷运动规律，探讨了温度等因素与负荷的关系，考虑各种常用的负荷预测模型的优缺点，结合华东电网的特点，采用粒子群优化算法来确定组合模型的最优权重系数，建立了基于多种模型的组合预测方法。采用的模型有：改进的时间序列模型（包括 AR 模型、ARMA 模型、线性周期模型）、神经网络模型、灰色模型。作为项目成果的系统软件可采用单一模型预测，也可采用多种模型组合预测。文中将组合模型预测结果和单一模型预测出来的数据进行比较，并分析其结果。在接下来的几章中，我们将在第二章分析介绍常用的几种负荷预测技术；区域电力市场负荷预测的研究 第 13 页 共 60 页 在第三章，分析介绍近年来华东区域电力市场，为建立华东电

43、网负荷预测模型奠定基础；在第四章，采用粒子群优化算法来确定组合模型的最优权重系数，使组合模型最优权重系数的确定变得非常简单易行，建立了负荷预测模型,在与单一模型产生的预测结果比较，发现运用粒子群优化算法组合模型是很精确的预测模型，并用华东电网的历史负荷数据对组合负荷预测模型进行了测试验证；第五章，介绍基于 WEB 网站的华东区域负荷预测系统架构设计；第六章，将对全文进行总结。区域电力市场负荷预测的研究 第 14 页 共 60 页 第二章 负荷预测技术 2.1 引言2.1 引言22 解决负荷预测的核心问题是预测的技术方法，也就是预测数学模型。随着对负荷预测技术研究的发展，已经研究和开发出多种负荷

44、预测的方法，如多元线性回归法、时间序列法，灰色预测法，外推法，优选组合预测法，专家系统预测法，神经网络预测法以及小波分析预测法等等。这些方法大致可分为两大类：(1)参数模型方法，其中包括概率统计分析、回归分析技术、及时间序列分析以及近些年发展起来的灰色理论、分形理论等。即通过这些数学手段寻找历史数据之间以及历史数据与相关因素之间的关系，进而建立数学模型。然后再根据历史数据估计模型参数，并用预测误差对模型参数进行修正，以提高预测的精度。但是，电力负荷往往受到多方面因素的影响呈现出非常复杂的变化特征。因此，为了准确地预测负荷，所选择的数学模型必须合理而且精细。大多数情况下，通常需要几个模型组合在一

45、起，导致了数学模型比较复杂，参数的选择和估计也比较困难。同时，各种方法对负荷波动规律变化的反应能力也各不相同，当负荷发生不符合近期规律的突然变化时，仅通过对模型参数的调整常常无法做出准确的负荷预测。因此，即使某种方法在特定的时段或特定的系统中获得了好的预测结果，也难以保证在更长期的负荷预测中或在其它系统中取得同样好的预测效果。(2)人工智能方法，这类方法通过人工神经元网络(Artificial Neural Network ANN)模仿人脑来描述负荷的变化，其特点是不需要建立描述负荷变化规律的数学表达式，而直接通过对人工神经元网络的训练来完成建模。这种方法对新情况的自适应能力较强，理论上具有较

46、大的潜力。然而此类方法在实际系统中应用还有一定的困难，确定恰当的神经网络结构和选择合理的模型输入变量往往比较困难。复杂的结构、较多的输入变量可以得到较准确的结果，但需花费大量的训练时间，难以应用到实际的预测中。简单的结构、较少的输入变量却不能准确反映负荷的变化，必须对历史数据进行适当的预处理。区域电力市场负荷预测的研究 第 15 页 共 60 页 为进一步了解负荷预测技术，下面将对几种常用的负荷预测技术作分析介绍。2.2 多元线型回归预测技术2.2 多元线型回归预测技术23 (1)多元线型回归模型算法原理 在电力负荷预测的实际问题当中，影响负荷的因素是多种多样的，如：天气状况、节假日类型等。假

47、设与负荷随机变量y有相关关系的可控变量有p个（1p）：pxxx?21。显然负荷预测就是根据历史资料来研究负荷值y与影响因素pxxx?21之间的数学依赖关系。在多元线性回归分析中假设他们之间关系为线性的，如下式：+=),0(222110Nxbxbxbbypp?（2-1）这里210pbbb?都是与pxxx?21无关的未知参数，是随机误差，这就是负荷预测的 p 元线性回归模型。对变量pxxx?21和 y 作n次独立观察，可得容量为n的一个样本。在负荷预测当中这些样本就是负荷的历史资料。由式（2-1）可得+=+=+=nnppnnppppxbxbxbbyxbxbxbbyxbxbxbby?22110122

48、222211021112211101 （2-2）将上式写为矩阵形式得+=XBY （2-3）用最小二乘法求未知参数pbbb?21的估计量。为此，作离差平方和=nippixbxbbyQ12110)(?（2-4）依据高等数学中求函数极值的方法，取Q关于pbbb?21的偏倒数，并令它们都等于零。整理，并记为矩阵形式，得 区域电力市场负荷预测的研究 第 16 页 共 60 页 YXBXX=（2-5）其中，B为未知参数的估计矢量。通过解（2-5）式的方程组，可以求得（2-1）中的各未知系数的估计值，进而进行负荷预测工作。(2)多元线型回归模型流程逻辑 (3)多元线型回归模型的特点 回归方法有着非常显著的特

49、点，如原理、结构简单；预测速度快；外推特性好等等，对于历史上未出现过的情况也有较好的预测值。但是，它也存在着一些不足之处，它对于历史数据要求比较高，而且用线性方法描述比较复杂的情况过于简单，无法详细的考虑各种影响负荷的因素；模型初始化难度也比较大，需要丰富的经验和较高的技巧。2.3 时间序列预测技术 2.3 时间序列预测技术(1)时间序列模型算法原理 电力负荷时间序列预测技术，就是根据负荷的历史资料，设法建立一个数学模型，用这个数学模型一方面来描述电力负荷这个随机变量变化过程的统计规律性，另一方面在该数学模型的基础上再确立负荷预测的数学表达式，对未启动接受样本序列X、Y由式（2-5）求出B t

50、-检验修改模型F-检验继续 求预测值与置信区间 结束 线性显著线性不显著是 否是否调整样本序列X、Y 图 2-1 多元线型回归模型流程 区域电力市场负荷预测的研究 第 17 页 共 60 页 来的负荷进行预报。就一般的时间序列预测方法而言，人们总是先去识别与实际预测目标序列相符合的一个随机模型，并估计出随机模型中的未知参数，再对随机模型进行考核，当确认该随机模型具有适用价值后，再在此基础上建立预测表达式进行预报。Box Jenkins 法是一类典型的随机时间序列分析法，该方法的基本原理是，负荷序列 Yt可以用图 2-2 所示的线性滤波器的输出来模拟，滤波器输人信号为一随机序列 et，通常称为白