基于成分分析的時(shí)間序列預(yù)測模型及應(yīng)用研究

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1、南昌工程學(xué)院第十三屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽參賽作品基于成分分析的時(shí)間序列預(yù)測模型及應(yīng)用研究南昌工程學(xué)院理學(xué)院，江西南昌330099指導(dǎo)教師車金星摘要：本文以武寧縣短期電力負(fù)荷預(yù)測為典型，研究短期電力負(fù)荷時(shí)間序列的發(fā)展規(guī)律及其成分特征的關(guān)聯(lián)性，從本質(zhì)上揭示該縣短期電力負(fù)荷過程的內(nèi)在機(jī)理?；谥芷谛詴r(shí)間序列特征，設(shè)計(jì)了周期性成分分析法提取該縣短期負(fù)荷的內(nèi)在結(jié)構(gòu)。首先，設(shè)立星期周期和月份周期等19周期變量，利用樣本數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)上述兩類變量的交互項(xiàng)變量，對周期變量進(jìn)行優(yōu)化選取研究；再利用多元線性回歸模型求解上述各變量的影響值，

2、并給出相應(yīng)的特征解釋。最后，建立該縣短期電力負(fù)荷需求與其內(nèi)在成分的關(guān)系模型，并用2013年的運(yùn)行數(shù)據(jù)檢驗(yàn)了模型的有效性。研究成果可以為武寧縣電網(wǎng)運(yùn)行的可持續(xù)發(fā)展提供一定的參考價(jià)值。關(guān)鍵字：周期性成分分析短期電力負(fù)荷預(yù)測，多元線性回歸模型，優(yōu)化選取，參數(shù)篩選1引言武寧縣堅(jiān)持以生態(tài)優(yōu)勢為依托，構(gòu)建生態(tài)產(chǎn)業(yè)建設(shè)考核新機(jī)制，先后獲得了全國生態(tài)示范區(qū)、國家園林縣城等榮譽(yù)稱號。武寧縣在推進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中，走產(chǎn)業(yè)生態(tài)化、生態(tài)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展之路，著力將武寧縣生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)成為世界性生態(tài)文明與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展協(xié)調(diào)統(tǒng)一、人與自然和諧相處的生態(tài)經(jīng)濟(jì)示范區(qū)和

3、中國低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展先行區(qū)[1]12南昌工程學(xué)院第十三屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽參賽作品。這是江西發(fā)展史上的重大里程碑，對實(shí)現(xiàn)江西崛起新跨越具有重大而深遠(yuǎn)的意義。因此，武寧縣生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)城市的可持續(xù)發(fā)展已成為江西經(jīng)濟(jì)發(fā)展所面臨的重大課題和艱巨任務(wù)。經(jīng)濟(jì)要發(fā)展，電力要先行。武寧生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)是社會、經(jīng)濟(jì)、文化活動的中心,從全世界的發(fā)展來看,經(jīng)濟(jì)越發(fā)展,物質(zhì)文化程度越高,對電力依賴和消費(fèi)程度越高。由于電是一種難以大量儲存的能源，所以電能的生產(chǎn)、輸送、分配和消費(fèi)必須在同一瞬間進(jìn)行，這就決定了電力負(fù)荷預(yù)測是電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

4、的前提，否則就會影響供用電的質(zhì)量，重則危及電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。如果電能的供應(yīng)小于需求，那勢必造成因缺電而形成長期拉限電的局面，影響正常的生活和生產(chǎn)，擾亂經(jīng)濟(jì)秩序和影響國民生活，事態(tài)嚴(yán)重會造成投資商對政府的不信賴，進(jìn)而影響招商引資計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)，國民也許會因此抱怨政府，以致民怨甚重。如果電能的供應(yīng)大于需求，從而造成資源的浪費(fèi)，對于人口眾多而人均資源相對較少的我們來說這就是極大地“犯罪”。目前，武寧生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)高速發(fā)展，對電力工業(yè)的依賴也日益增加，如何有效的進(jìn)行短期電力負(fù)荷預(yù)測，確保電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，避免惡性事故的發(fā)生已成

5、為武寧生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展所面臨的具有挑戰(zhàn)性課題。短期電力負(fù)荷預(yù)測主要為電力系統(tǒng)制定發(fā)電計(jì)劃和電力系統(tǒng)規(guī)劃服務(wù)，并從而促使電力系統(tǒng)運(yùn)行的可能性及經(jīng)濟(jì)性得到有效提高。眾所周知，確保短期電力負(fù)荷預(yù)測準(zhǔn)確可靠，不僅能有效提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性而且還能有效促使電力系統(tǒng)有效運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)效益的提高。12南昌工程學(xué)院第十三屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽參賽作品所謂短期電力負(fù)荷預(yù)測，指的就是基于電力系統(tǒng)的增容抉擇、運(yùn)行特性、社會及自然影響等多個(gè)因素，在能達(dá)到一定精度要求的前提之下，來把未來較近的某個(gè)特定時(shí)刻負(fù)荷數(shù)值進(jìn)行確定。在當(dāng)前電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)

6、調(diào)度過程中，短期電力負(fù)荷預(yù)測是一種極為重要的內(nèi)容，同時(shí)也是進(jìn)行能量系統(tǒng)管理的一個(gè)重要模板。用于短期電力負(fù)荷預(yù)測的主要有以下這些傳統(tǒng)預(yù)測方法：主成分分析法，多元性線回歸分析法。2成分分析時(shí)間序列模型本文采用多元線性回歸，設(shè)計(jì)了周期性成分分析法提取該縣短期負(fù)荷的內(nèi)在結(jié)構(gòu)。首先，設(shè)立星期周期和月份周期等19周期變量，利用樣本數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)上述兩類變量的交互項(xiàng)變量，對周期變量進(jìn)行優(yōu)化選取研究；再利用多元線性回歸模型求解上述各變量的影響值，并給出相應(yīng)的特征解釋。最后，建立該縣短期電力負(fù)荷需求與其內(nèi)在成分的關(guān)系模型，并用2013年的運(yùn)行數(shù)據(jù)檢驗(yàn)了

7、模型的有效性。模型采用的技術(shù)原理依次描述如下。2.1周期性成分分析法電力負(fù)荷以7天為周期變化所表現(xiàn)出來的連續(xù)重復(fù)的規(guī)律稱為電力負(fù)荷的周周期性。周一至周五（稱為工作日），人們都在工作，大部分工廠都在生產(chǎn)；而在周末，大部分人都在休息，大部分工廠放假。由于電力負(fù)荷主要是由工業(yè)負(fù)荷構(gòu)成的，因此，在工作日的負(fù)荷會明顯高于周末的負(fù)荷。另外，在工作日，工廠的生產(chǎn)是具有規(guī)律性的，每天生產(chǎn)安排較為相似，因此，不同工作日之間有較高的相似性。電力負(fù)荷以1月為周期變化所表現(xiàn)出來的連續(xù)重復(fù)的規(guī)律稱為電力負(fù)荷的月12南昌工程學(xué)院第十三屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外

8、學(xué)術(shù)科技作品競賽參賽作品周期性。這主要是由于季節(jié)變化的周期性引起的。具體來說，在夏季，由于天氣炎熱，人們開始使用空調(diào)降溫，空調(diào)負(fù)荷迅速增加；而在冬季，溫度較低，基本不存在空調(diào)負(fù)荷，當(dāng)溫度降低到一定程度時(shí)，居民大量使用取暖設(shè)備，相應(yīng)的取暖負(fù)荷大幅增加；在春季和秋季