電力系統(tǒng)負荷預測是指從已知的經(jīng)濟、社會發(fā)展和電力需求情況出發(fā),通過對歷史數(shù)據(jù)的分析和研究,探索事物之間的內(nèi)在聯(lián)系和發(fā)展變化規(guī)律,以未來年份經(jīng)濟、社會發(fā)展情況的預測結果為依據(jù),對電力需求作出預先的估計和推測。科學的預測是正確決策的依據(jù)和保證。電力系統(tǒng)負荷預測是制訂電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃的基礎,也是發(fā)電計劃、電力市場等工作的重要依據(jù)。正因為如此,電力系統(tǒng)負荷預測要以國民經(jīng)濟與社會發(fā)展的規(guī)劃或預測結果為依據(jù)。預測理論的研究具有重要的理論意義和實際價值。
1、清華大學康重慶教授、夏清教授和劉梅工程師多年來在負荷預測領域研究成果的集大成之作。2、書中的主要成果獲得全球能源預測競賽優(yōu)勝獎及多項省部級獎項。
不知不覺之中, 《電力系統(tǒng)負荷預測》一書從2007年7月出版至今已有10年了。該書出版后在學術界和工業(yè)界得到了好評,先后兩次印刷的6900冊均已售罄,而社會上仍然有讀者詢問購買。大約兩年多之前出版社希望再次印刷,詢問作者是否借此機會進行修訂。另外,從2009年起,本書第一作者康重慶教授在清華大學電機系為本科生開設電力系統(tǒng)預測技術課程,迄今開設9個學年,均采用該書作為教材。作者始終堅持將最新的學術研究成果融入到課程教學中,促使修訂書稿被提到了議事日程之中。2007年以來,伴隨著對電力系統(tǒng)自動化程度要求的進一步提高,電力系統(tǒng)預測領域的學術研究重點也發(fā)生了一定的變化。其中一個動向是,母線負荷預測受到了專家學者以及電力調(diào)度機構的廣泛關注。在以往的電力系統(tǒng)運行中,以系統(tǒng)負荷預測結果為依據(jù),將其按某種比例分配到各個母線上(即通常所提的分布因子法),得到母線負荷預測結果,雖然基本可以滿足粗放式管理和決策的要求,但由于母線負荷的變化規(guī)律復雜,難以形成較為理想的預測方法,導致對于母線負荷預測的研究較少。近年來隨著節(jié)能發(fā)電調(diào)度的逐步推進,對電網(wǎng)精益化管理的要求日益提高,完善的母線負荷預測將成為這些管理和決策工作的基礎。在國家電網(wǎng)公司節(jié)能發(fā)電調(diào)度課題的支持下,清華大學與中國電力科學研究院、國網(wǎng)電力科學研究院一起攻關母線負荷預測技術;隨后作者又主持了國家自然科學基金項目母線負荷預測的新型理論架構及其關鍵技術研究,提出了一整套母線負荷預測理論框架和方法體系,研制開發(fā)了母線負荷預測軟件,在全國200個地市以上供電單位取得了顯著的預測效果。作者認為有必要將這些實際工作成果向廣大讀者進行介紹。另一個值得注意的問題是,電力負荷預測是一個包含時間、空間、屬性等多維度、多級別的復雜體系。隨著負荷預測研究的深入,預測對象更加多樣化,負荷預測結果在多空間層級、多時間尺度上的不協(xié)調(diào)問題也變得更為顯著與迫切。我們將該問題稱為負荷預測的多級協(xié)調(diào)問題。對于同一預測量,電力系統(tǒng)會在不同時間(周期)、不同空間,基于不同行政級別,根據(jù)不同屬性、不同結構等特征,分別作出預測,得到各自的預測結果。各種負荷預測的結果之間理應在本質(zhì)的物理機理上存在關聯(lián)且滿足一定的關系。由于不可避免的預測誤差的存在,各級預測結果之間并不能自然地達到一致,如何實現(xiàn)負荷預測結果的統(tǒng)一和協(xié)調(diào),迫切需要一套科學的理論支持。在教育部博士學科點專項科研基金項目電力系統(tǒng)多級負荷預測及其協(xié)調(diào)問題的研究的支持下,我們對這一問題進行了深入研究,取得了積極成果,也希望借此機會介紹給讀者。這是修訂原書稿的又一個原因。基于上述考慮,作者對第一版進行補充和修訂,形成了目前的第二版。整體而言,第二版的主要工作有以下5個方面:(1)在第一版共3篇20章內(nèi)容的基礎上,新增了第Ⅳ篇母線負荷預測共9章內(nèi)容,全面論述母線負荷預測的問題以及解決方法。其中第27章母線極值負荷的概率化預測內(nèi)容來自《電力系統(tǒng)不確定性分析》一書并作了適當修改,由于該內(nèi)容是母線負荷預測的一個重要方面,因此也專門列入本書之中。同時,刪除了第一版第19.5節(jié)關于母線負荷預測的論述內(nèi)容。(2)在第二版中,系統(tǒng)闡述了負荷預測的多級協(xié)調(diào)理論,相應增加了3章內(nèi)容,分別是第Ⅰ篇總論中的第4章負荷預測的多級協(xié)調(diào)、第Ⅱ篇系統(tǒng)級中長期負荷預測中的第13章中長期負荷預測的多級協(xié)調(diào)和第Ⅳ篇母線負荷預測中的第30章系統(tǒng)母線負荷預測協(xié)調(diào)方法。(3)編排體系結構圖的修改。第一版中使用了居中一條主線、左右兩條路徑的方式繪制該圖,其中兩條路徑分別對應中長期負荷預測和短期負荷預測。第二版由于增加了母線負荷預測一篇,只能采用左側一條主線、右側三條平行路徑的方式,分別體現(xiàn)后續(xù)的3篇內(nèi)容。(4)符號體系的修改。為了更為清晰地體現(xiàn)同類型日、基準日等概念,短期負荷預測的符號體系作了大幅度修改。(5)對第一版中謬誤的修訂。第一版出版之后,在清華大學電機系以該書作為教材使用的9年時間里,一方面,通過與同學們在課上課下的廣泛互動和深入交流,針對同學們反映學習中存在的問題和難點,對授課體系、內(nèi)容及其難易程度作出了迭代式的改進,以期增強同學們對預測的學習效果和理解程度;另一方面,同學們在使用過程中也陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了書中個別錯漏之處。同時,在第一版出版后的10年之中我們也陸續(xù)收集了其他讀者對第一版的寶貴意見和建議。上述意見和建議,均在第二版中進行了統(tǒng)一修改。在進行上述修訂之后,目前的書稿由4篇31章組成。除第Ⅰ篇總論之外,其余3篇的主題,實際上是分別從系統(tǒng)級/母線級和中長期/短期這2個角度劃分得到的。若完全按照邏輯上的組合方式,應該有4個主題,考慮到母線負荷預測主要面向短期,因此后3篇的主題分別是系統(tǒng)級中長期負荷預測、系統(tǒng)級短期負荷預測、母線負荷預測。本書基本上不涉及在中長期時間尺度上進行母線負荷預測的問題。請讀者閱讀時注意各篇主題之間的邏輯關系。第二版書稿中新增章節(jié)和篇目,有一些引自本課題組所培養(yǎng)的研究生牟濤、徐瑋、汪洋、陳新宇、童星等人的學位論文或?qū)W術論文。本課題組的童星、王毅、苗鍵強、楊經(jīng)緯、徐乾耀、趙唯嘉等協(xié)助校對了本書第二版的初稿。承蒙清華大學梅生偉教授在百忙之中審閱了第二版的初稿,并提出許多寶貴的意見,在此表感謝。清華大學電機系和電力系統(tǒng)研究所繼續(xù)為本書的修訂提供了良好的條件,作者在此一并表示感謝。第二版中部分內(nèi)容得到了國家杰出青年科學基金項目(51325702)、國家自然科學基金項目(51077077)、教育部高等學校博士學科點專項科研基金項目(200800030039)、國家重點研發(fā)計劃智能電網(wǎng)技術與裝備重點專項項目(2016YFB0900100)等的支持,特此致謝。作者要再次感謝中國電力出版社的大力支持。感謝本書的責任編輯王春娟副編審、鄧慧都編輯和周秋慧編輯精心審閱了第二版書稿并提出有益意見。本書第二版再次得到國家電網(wǎng)公司電力科技著作出版項目的支持和資助,作者謹借此機會表達深切的謝意。由于作者水平所限,盡管反復閱讀和修正,但是書稿中可能還會有疏漏、不足甚至錯誤,真誠期待讀者對本書第二版繼續(xù)給予批評和指正。作 者2017年2月16日于清華園
康重慶:1993.9 ~1997.6清華大學電機系電力系統(tǒng)自動化專業(yè)畢業(yè),獲得工學碩士、博士學位;1988.09~1993.06 清華大學電機系,獲得雙學士(電機工程、環(huán)境工程)學位,現(xiàn)為電機系副所長
前言
第一版前言
本書的編排體系
第Ⅰ篇 負荷預測總論
第1章 負荷預測的基本原理和理念2
。保薄∈裁词穷A測2
1.2 什么是負荷預測4
。保场∝摵深A測的基本原則和要求5
1.4 負荷預測的內(nèi)容及其分類7
。保怠∝摵深A測的步驟12
。保丁∝摵深A測問題的抽象化表述13
。保贰∝摵深A測應遵循的理念18
1.8 負荷預測的研究動向21
。保埂﹂_展負荷預測工作的建議23
第2章 數(shù)學基礎及共性預測方法25
2.1 負荷預測中數(shù)學理論的應用25
。玻病〕S脙(yōu)化方法25
2.3 最小二乘法31
。玻础』貧w分析法32
2.5 灰色系統(tǒng)理論35
。玻丁r間序列分析模型37
2.7 頻域分析方法41
。玻浮√卣鬟x擇與特征提取技術42
。玻埂【垲惙治觯矗
。玻保啊Q策樹理論47
2.11 神經(jīng)網(wǎng)絡理論49
。玻保病≈С窒蛄繖C理論51
第3章 負荷分析55
。常薄《唐谪摵煞治黾邦A測55
3.2 短期負荷預測中負荷的規(guī)律性與穩(wěn)定度分析57
。常场≈虚L期負荷預測的問題描述62
3.4 中長期負荷預測中的負荷分析63
第4章 負荷預測的多級協(xié)調(diào)65
。矗薄∝摵深A測的多維多級特征65
4.2 多級電力需求的關聯(lián)特性66
。矗场《嗉壺摵深A測及其協(xié)調(diào)67
。矗础〔煌S/級的負荷預測協(xié)調(diào)問題的特點69
第5章 預測效果的分析與評價71
。担薄【性回歸的分析與檢驗71
5.2 一般預測結果的分析與評價73
。担场『侠磉x擇預測模型的準則76
5.4 我國調(diào)度部門關于預測效果的評價與考核78
第Ⅰ篇參考文獻80
第Ⅱ篇 系統(tǒng)級中長期負荷預測
第6章 基于時序趨勢外推的基本預測方法88
。叮薄悠骄ǎ福
6.2 指數(shù)平滑法89
。叮场≡鲩L速度法90
6.4 灰色預測90
。叮怠●R爾可夫預測法91
6.6 灰色馬爾可夫預測法91
。叮贰∩L曲線法92
。叮浮脤嵗梗
第7章 時序趨勢外推預測方法的擴展策略96
。罚薄U展問題概述96
7.2 提高預測模型適應性的策略96
。罚场∧P蛥(shù)的非線性估計方法99
7.4 非連續(xù)歷史序列的處理99
。罚怠〗筮h小原則的處理策略101
。罚丁v史序列中的不良數(shù)據(jù)辨識104
7.7 擴展策略的應用實例106
第8章 中長期負荷相關分析與預測110
。福薄∧甓热鐣秒娏颗c相關因素的關系110
8.2 中長期負荷預測中考慮單相關因素的預測方法114
。福场≈虚L期負荷預測中考慮多相關因素的預測方法117
第9章 中長期負荷預測中的不確定性分析121
。梗薄”尘埃保玻
。梗病〔淮_定性電力需求分析基本思想121
9.3 對傳統(tǒng)高中低發(fā)展速度判別方法的剖析122
。梗础我活A測量的概率分布模型125
9.5 多預測量的聯(lián)合概率分布129
第10章 中長期預測中多模型的篩選與綜合132
。保埃薄「攀觯保常
10.2 綜合預測的概念132
。保埃场【C合最優(yōu)擬合模型134
10.4 綜合次優(yōu)擬合模型136
。保埃怠〗筮h小原則下的綜合模型137
10.6 綜合最優(yōu)預測模型138
。保埃贰【C合預測模型的進一步分析141
。保埃浮☆A測決策與模型篩選144
第11章 年度預測的理論與方法151
。保保薄∧甓阮A測的分析151
11.2 時序負荷曲線的兩步建模預測法151
。保保场∝摵沙掷m(xù)曲線的神經(jīng)網(wǎng)絡模型156
第12章 月度預測的理論與方法159
12.1 月度預測的特點分析159
。保玻病‖F(xiàn)有月度預測方法的剖析160
12.3 體現(xiàn)月度量變化特征的預測方法161
。保玻础。痹潞停苍仑摵深A測的特殊問題163
第13章 中長期負荷預測的多級協(xié)調(diào)166
13.1 多級負荷預測的基本協(xié)調(diào)模型166
。保常病〔煌尚哦惹闆r下基本模型的協(xié)調(diào)結果比較169
。保常场』緟f(xié)調(diào)模型的評價標準與算例分析170
。保常础删S兩級關聯(lián)協(xié)調(diào)模型174
13.5 關聯(lián)協(xié)調(diào)方法的特殊應用177
。保常丁£P聯(lián)協(xié)調(diào)模型的評價標準179
13.7 關聯(lián)協(xié)調(diào)的算例分析180
第14章 中長期負荷預測系統(tǒng)185
。保矗薄≈虚L期負荷預測系統(tǒng)的研究過程185
14.2 中長期負荷預測系統(tǒng)的研究思路186
。保矗场∠到y(tǒng)體系結構188
14.4 系統(tǒng)核心功能設計190
。保矗怠∫(guī)劃/計劃類功能設計194
14.6 營銷(用電)類功能設計197
第Ⅱ篇參考文獻204
第Ⅲ篇 系統(tǒng)級短期負荷預測
第15章 基于時序分析的正常日預測212
15.1 短期負荷預測的基本思想212
。保担病』谕愋腿账枷氲恼H肇摵深A測基本方法214
15.3 基于同類型日思想的正常日新息預測方法217
。保担础』跁r段相似性原理的簡單推理法218
15.5 頻域分量預測法220
。保担丁』谛〔ǚ治龅念A測方法221
15.7 基于混沌理論的預測方法222
第16章 氣象因素對短期負荷的影響分析224
。保叮薄《唐陬A測中氣象因素分析與處理的總體理念224
16.2 從供應側和需求側分析氣象因素的影響226
。保叮场庀笠蛩刂苯幼饔糜诙唐谪摵傻囊(guī)律分析229
16.4 短期負荷中考慮累積效應的氣象特征選擇234
。保叮怠《鄠氣象因素形成的氣象綜合指數(shù)對短期負荷的影響(以人體舒適度為例) 238
16.6 氣象綜合指數(shù)對短期負荷的累計效應(以加權溫濕指數(shù)為例) 241
第17章 直接考慮相關因素的短期負荷預測方法245
。保罚薄庀笮Uǎ玻矗
17.2 考慮日特征氣象因素的人工神經(jīng)網(wǎng)絡法246
。保罚场』谌仗卣鳉庀笠蛩氐闹С窒蛄繖C預測方法248
17.4 基于實時氣象因素的短期負荷預測方法249
第18章 日特征相關因素的規(guī)范化處理策略與預測方法253
。保福薄「魅障嚓P因素的衡量方法253
18.2 映射函數(shù)與映射數(shù)據(jù)庫254
。保福场』谟成鋽(shù)據(jù)庫的短期預測的規(guī)范化描述256
18.4 映射數(shù)據(jù)庫自適應訓練算法攝動法260
。保福怠∮成鋽(shù)據(jù)庫自適應訓練算法遺傳算法263
18.6 基于映射數(shù)據(jù)庫的正常日預測新方法265
第19章 預測誤差分布特性統(tǒng)計分析與概率性短期負荷預測268
。保梗薄栴}的提出268
19.2 總體思路268
。保梗场☆A測誤差分布特性的統(tǒng)計方法270
19.4 誤差分布統(tǒng)計規(guī)律的有效性檢驗272
19.5 誤差分布的t分布特性272
。保梗丁「怕市远唐谪摵深A測274
19.7 實例分析275
第20章 短期負荷預測的綜合模型283
。玻埃薄《唐谪摵深A測綜合模型的特點分析283
20.2 全天統(tǒng)一權重的綜合預測模型284
。玻埃场》謺r段變權重的綜合預測模型286
20.4 考慮近大遠小原則并引入相關因素后的短期負荷預測綜合模型288
。玻埃怠《唐谪摵深A測綜合模型的討論291
20.6 應用舉例291
第21章 其他短期預測問題及其預測方法294
。玻保薄」(jié)假日負荷預測方法294
21.2 超短期負荷預測297
。玻保场U展短期負荷預測298
21.4 連續(xù)多日負荷曲線預測300
第22章 短期/超短期負荷預測系統(tǒng)305
。玻玻薄⊙芯勘尘埃常埃
。玻玻病⊙芯克悸放c關鍵技術305
。玻玻场《唐谪摵深A測功能307
。玻玻础〕唐谪摵深A測功能309
22.5 主要的管理與分析功能311
第Ⅲ篇參考文獻317
第Ⅳ篇 母線負荷預測
第23章 母線負荷預測框架與基本預測方法328
。玻常薄∈裁词悄妇負荷328
23.2 母線負荷特點及其規(guī)律328
。玻常场∧妇負荷預測的技術路線330
23.4 母線負荷基本預測方法332
。玻常怠∧妇負荷預測的精度評估336
第24章 母線負荷異常數(shù)據(jù)辨識與修復方法338
24.1 母線負荷異常數(shù)據(jù)分類338
。玻矗病呻A段異常數(shù)據(jù)辨識方法340
。玻矗场‘惓(shù)據(jù)修復342
。玻矗础∷憷治觯常矗
第25章 規(guī)避異常數(shù)據(jù)的母線負荷預測策略346
25.1 概述346
。玻担病∫(guī)避壞數(shù)據(jù)影響的預測策略分析346
25.3 規(guī)避壞數(shù)據(jù)影響的預測方法348
。玻担础⊥耆尚判畔⒓瘍(nèi)涵的拓展350
25.5 算例分析350
第26章 考慮氣象等相關因素影響的母線負荷預測方法352
。玻叮薄「攀觯常担
26.2 基于偏差反饋二次預測的母線負荷預測策略352
。玻叮场⌒∷姼患貐^(qū)母線負荷預測的兩階段還原法356
第27章 母線極值負荷的概率化預測363
27.1 概述363
。玻罚病∧妇日最高負荷預測思路分析363
。玻罚场∧妇日最高負荷幅值的概率性預測364
。玻罚础∷憷治觯常叮
第28章 母線負荷預測模型的自適應訓練與綜合預測369
。玻福薄∧妇負荷預測方法庫的應用分析369
28.2 自適應預測技術概述370
。玻福场∧妇負荷預測單一模型參數(shù)自適應訓練372
28.4 母線負荷綜合預測模型權重的自適應優(yōu)化373
。玻福怠【C合模型聯(lián)合參數(shù)自適應訓練算法374
28.6 算例分析376
第29章 虛擬母線技術及其預測方法379
。玻梗薄〈丶W(wǎng)絡及其特性379
29.2 虛擬母線虛擬的簇集網(wǎng)狀網(wǎng)絡381
。玻梗场√摂M母線辨識算法384
。玻梗础√摂M母線的負荷預測策略及其預測誤差分析386
。玻梗怠∷憷治觯常福
第30章 系統(tǒng)母線負荷預測協(xié)調(diào)方法394
30.1 系統(tǒng)母線負荷預測的協(xié)調(diào)模型394
。常埃病f(xié)調(diào)模型的求解及性質(zhì)399
30.3 協(xié)調(diào)模型的評價指標400
。常埃础〔煌尚哦认碌膮f(xié)調(diào)模型分析與評價402
30.5 協(xié)調(diào)預測結果分析405
第31章 母線負荷預測系統(tǒng)408
。常保薄⊙芯克悸放c關鍵技術408
31.2 母線負荷預測功能410
。常保场≈饕墓芾砼c分析功能411
第Ⅳ篇參考文獻416
索引422