基于改進(jìn)灰色模型的電力中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)研究

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1、基于改進(jìn)灰色模型的電力中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)研究王迪（1.蘇州大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院；2.蘇州軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司江蘇蘇州215000）摘要：電力負(fù)荷預(yù)測(cè)是電網(wǎng)規(guī)劃的核心工作。木文比較分析了多種傳統(tǒng)灰色預(yù)測(cè)模型的改進(jìn)方法，提出了依負(fù)荷情況而定的結(jié)合兩種改進(jìn)法的新模型，新模型使灰色預(yù)測(cè)法具有了更強(qiáng)的適應(yīng)性和預(yù)測(cè)性能。關(guān)鍵詞：電力負(fù)荷預(yù)測(cè)；傳統(tǒng)灰色預(yù)測(cè)模型；無(wú)偏灰色預(yù)測(cè)模型；灰參數(shù).1八—刖目電力負(fù)荷預(yù)測(cè)是電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行工作的重要組成部分，是電力系統(tǒng)可靠供電和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基礎(chǔ)［1］，負(fù)荷預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度直接影響到投資、網(wǎng)絡(luò)布局和運(yùn)行的合理性。在電力負(fù)荷預(yù)測(cè)中，中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)

2、的期限接近于大部分電力工程的周期，因此在系統(tǒng)規(guī)劃、新發(fā)電廠和變電站等發(fā)、配電系統(tǒng)的建立上有著特殊的重要地位。隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，負(fù)荷預(yù)測(cè)的新興技術(shù)方法不斷涌現(xiàn)，灰色預(yù)測(cè)法即是適用于中長(zhǎng)期電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的應(yīng)用最廣泛的方法之一?；疑A(yù)測(cè)模型具有要求負(fù)荷數(shù)據(jù)少、不考慮分布規(guī)律、運(yùn)算方便等優(yōu)點(diǎn)，因此許多專家與學(xué)者都致力于這一新興的負(fù)荷預(yù)測(cè)方法的研究中。木文對(duì)傳統(tǒng)灰色預(yù)測(cè)模型進(jìn)行了改造與適應(yīng)性研究，提出了依負(fù)荷情況而定的結(jié)合兩種改進(jìn)法的新模型，增強(qiáng)了灰色預(yù)測(cè)法的適應(yīng)性和預(yù)測(cè)性能，并在實(shí)際案例中驗(yàn)證了新模型的合理性。一、灰色預(yù)測(cè)法灰色系統(tǒng)理論是中國(guó)學(xué)者鄧聚龍教授首先提出來(lái)的

3、。所謂灰色，指的是信息部分己知、部分未知，或者說(shuō)信息不完全［3］。電力系統(tǒng)具有灰色特征，電力負(fù)荷符合了灰色預(yù)測(cè)的一系列基木條件，因此基于灰色系統(tǒng)理論的灰色預(yù)測(cè)法才得以在電力負(fù)荷預(yù)測(cè)中得到了推廣與應(yīng)用?；疑A(yù)測(cè)法是目前在中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)中應(yīng)用最廣泛、效果最為理想的一類不確定性預(yù)測(cè)方法之一?；疑A(yù)測(cè)將系統(tǒng)行為特征量的變化過(guò)程看作一個(gè)灰色過(guò)程，利用灰色系統(tǒng)理論的微分方程模型(GreyModel)進(jìn)行預(yù)測(cè)，其中最常用的灰色預(yù)測(cè)模型即是傳統(tǒng)灰色模型?；疑A(yù)測(cè)具有要求負(fù)荷數(shù)據(jù)少、不考慮分布規(guī)律、不考慮變化趨勢(shì)、運(yùn)算方便、易于檢驗(yàn)等優(yōu)勢(shì)，因此對(duì)灰色預(yù)測(cè)法及蘇改進(jìn)模型的研究分析具奮

4、重要的現(xiàn)實(shí)意義與實(shí)用價(jià)值。二、改進(jìn)模型的建立自灰色系統(tǒng)理論誕生以來(lái)，為了得到更理想的結(jié)果，許多學(xué)者對(duì)傳統(tǒng)GM(1,1)模型做了各種各樣的改進(jìn)，其改進(jìn)途徑有多種，主要有改造原始數(shù)列、初值或背景值的選取、對(duì)模型的改進(jìn)和改進(jìn)技術(shù)方法等。1)開(kāi)根號(hào)法。預(yù)測(cè)計(jì)算前，針對(duì)數(shù)列增長(zhǎng)過(guò)快等情況，對(duì)原始數(shù)列先進(jìn)行開(kāi)根號(hào)處理，形成新的原始數(shù)列，預(yù)測(cè)計(jì)算工作結(jié)束后對(duì)擬合預(yù)測(cè)序列進(jìn)行一個(gè)平方還原；2)滑動(dòng)平均法。將原始數(shù)列中的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值平均，按照滑動(dòng)平均值計(jì)算公式形成新的數(shù)列進(jìn)行分析，這一算法既增加了當(dāng)年數(shù)據(jù)的權(quán)重又避免了數(shù)值的過(guò)度波動(dòng)；3)20%修勻法。對(duì)離散程度較大的原始數(shù)列取平均

5、值，每一個(gè)原始數(shù)據(jù)與其比較，對(duì)大于±20%的偏差情況取最人偏差值，修勻后的數(shù)列在平均值的±20%范圍內(nèi)波動(dòng)；4)無(wú)偏改進(jìn)模型。傳統(tǒng)灰色模型實(shí)際上是一有偏差的指數(shù)模型，而無(wú)偏改進(jìn)模型是一無(wú)偏差的指數(shù)模型，因此它在對(duì)近似指數(shù)增長(zhǎng)規(guī)律的負(fù)荷樣本進(jìn)行預(yù)測(cè)吋具有更高的預(yù)測(cè)精度；5)灰參數(shù)改進(jìn)模型。傳統(tǒng)的灰色模型在參數(shù)a絕對(duì)值較小的情況下預(yù)測(cè)精度較高，然而實(shí)際負(fù)荷變化的規(guī)律因其影響因素多變往往不是指數(shù)增長(zhǎng)的。由于在傳統(tǒng)模型的整個(gè)預(yù)測(cè)過(guò)程中，參數(shù)a保持不變?cè)谝欢ǔ潭壬显龃罅祟A(yù)測(cè)誤差，所以灰參數(shù)改進(jìn)模型對(duì)參數(shù)a進(jìn)行了灰色預(yù)測(cè)，有效解決了這一問(wèn)題，適用于

6、預(yù)測(cè)具冇波動(dòng)性變化的電力負(fù)荷。6）殘差灰色預(yù)測(cè)模型。該模型是對(duì)傳統(tǒng)灰色模型本身的改進(jìn)方法，比較傳統(tǒng)灰色模型原始數(shù)列與預(yù)測(cè)數(shù)列之差，形成殘差數(shù)列，取部分子數(shù)列，建立GM（1,1）模型，以作為預(yù)測(cè)數(shù)列的修正模型。三、灰色預(yù)測(cè)模型的改造與適應(yīng)性研宄本文采用了五種具有代表性的負(fù)荷序列樣本（用電量）。其數(shù)據(jù)序列的發(fā)展規(guī)律包括了三類不同的趨勢(shì)曲線：近似指數(shù)增長(zhǎng)規(guī)律（負(fù)荷1-3）;具冇飽和特性并近似Gompertzlan曲線增長(zhǎng)規(guī)律（負(fù)荷4）;近似“S”型曲線（負(fù)荷5）。利用傳統(tǒng)及改進(jìn)的灰色模型，對(duì)上述五種負(fù)荷的前十年用電量進(jìn)行分析計(jì)算并預(yù)測(cè)未來(lái)第十年的用電量，將預(yù)測(cè)值與實(shí)際值

7、的相對(duì)誤差作為檢驗(yàn)改進(jìn)模型優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。六種改進(jìn)法為傳統(tǒng)灰色模型、原始數(shù)列開(kāi)根號(hào)模型、20%修勻法模型、滑動(dòng)平均法模型、無(wú)偏灰色模型、灰參數(shù)灰色模型、殘差灰色預(yù)測(cè)模型。通過(guò)比較相對(duì)誤差的大小，來(lái)尋求較好的改進(jìn)方法。分析結(jié)果表明，不同的改進(jìn)方法具冇其相應(yīng)的適用情況：開(kāi)根號(hào)法適用于原始數(shù)列增長(zhǎng)過(guò)快變化幅度較大的情況，它能奮效降低數(shù)列的離散度和增長(zhǎng)幅度；滑動(dòng)平均法適用于負(fù)荷樣本奮較大波動(dòng)，曲線不平滑的情況，它增加了當(dāng)年數(shù)據(jù)的權(quán)重又避免了數(shù)值過(guò)于波動(dòng)，使原始序列更為平滑；20%修勻法則適用于增長(zhǎng)率較小發(fā)展平穩(wěn)iL存在異常點(diǎn)的負(fù)荷樣本；無(wú)偏改進(jìn)模型及殘差模型適用于預(yù)測(cè)近似指數(shù)

8、增長(zhǎng)規(guī)律的