第 1 章 緒 論

1.1 選題背景及意義
隨著當(dāng)今石油煤炭等不可再生能源的日趨枯竭，電能在人類生活和生產(chǎn)中的地位愈發(fā)重要。現(xiàn)在我國的電能來源主要有水能、核能、風(fēng)能、生物能等。由于我國電能技術(shù)還不是很發(fā)達，因此合理高效的利用現(xiàn)有電能成為了當(dāng)今電力行業(yè)的關(guān)鍵問題。而合理利用電能的基礎(chǔ)是做好準(zhǔn)確的電力負(fù)荷預(yù)測。負(fù)荷預(yù)測[1]是電力系統(tǒng)領(lǐng)域的一個傳統(tǒng)研究問題，是指從已知的電力系統(tǒng)、經(jīng)濟、社會、氣象等情況出發(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，對負(fù)荷發(fā)展做出預(yù)先估計和推測。由于縣級區(qū)域的負(fù)荷受負(fù)荷分量的變化影響比較大，比如工廠的建立一般選擇縣里的農(nóng)村，直接影響工業(yè)用電負(fù)荷，從而影響縣城全社會用電量。負(fù)荷分量的變化直接影響到預(yù)測準(zhǔn)確性，短期負(fù)荷預(yù)測更能反映受負(fù)荷分量的變化趨勢，因此，本文針對縣級區(qū)域為研究對象，對短期電力負(fù)荷預(yù)測進行研究。短期電力負(fù)荷預(yù)測是電力系統(tǒng)安全分析的基礎(chǔ)，是電力企業(yè)制定發(fā)電計劃和電價的主要依據(jù)，同時也是合理安排電網(wǎng)運行方式，電力系統(tǒng)中各種設(shè)備的大修、小修及輪換計劃的依據(jù)。因此，準(zhǔn)確的負(fù)荷預(yù)測不僅能夠維持電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定，而且還能夠安排機組的檢修計劃，從而降低發(fā)電成本。從自然條件來說，不同的地區(qū)的氣候情況天氣情況不一樣。從社會發(fā)展角度來講，各個地區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展、工業(yè)發(fā)展和居民的生活習(xí)慣不一樣，因此對負(fù)荷的預(yù)測研究必須具體到當(dāng)?shù)氐娜宋�、社會、環(huán)境，根據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w情況選擇適合的模型。從以上方面來看，專門針對縣級區(qū)域做短期負(fù)荷預(yù)測的研究是十分有必要的。加強縣級區(qū)域的短期負(fù)荷預(yù)測的現(xiàn)實意義是：一方面，目前縣級區(qū)域沒有建立完善的電力負(fù)荷預(yù)測系統(tǒng)，負(fù)荷預(yù)測僅僅停留在一些簡單的算法，，如彈性系數(shù)法，年度最大負(fù)荷利用小時數(shù)。提高日負(fù)荷預(yù)測準(zhǔn)確度是縣級區(qū)域面臨的問題。另一方面，縣級區(qū)域的負(fù)荷預(yù)測功能是縣級電網(wǎng)計劃、用電、調(diào)度等管理部門的重要任務(wù)之一，也是其基本工作，對電網(wǎng)的安全、可靠、經(jīng)濟運行有著舉足輕重的作用。
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1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
國外關(guān)于電力負(fù)荷預(yù)測的研究已經(jīng)很是成熟。國外關(guān)于電力負(fù)荷的預(yù)測研究主要集中在智能算法和一些新興的電力負(fù)荷預(yù)測技術(shù)上，預(yù)測方法主要為智能預(yù)測方法，負(fù)荷預(yù)測新技術(shù)。對于經(jīng)典方法和傳統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測方法國外最新的研究相對較少。與國內(nèi)相比，國外由于負(fù)荷的變化規(guī)律趨于穩(wěn)定，因此，對于中長期負(fù)荷預(yù)測的研究比較少[2]，而對于短期負(fù)荷預(yù)測的研究比較多[3]。國外對于負(fù)荷預(yù)測的研究主要集中在智能預(yù)測方法上。智能預(yù)測方法有人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，模糊預(yù)測法，小波分析法等。最近幾年，國外對于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于負(fù)荷預(yù)測的研究文獻有很多，例如，文獻[4]對埃及電力公司的 2017 年的負(fù)荷進行了預(yù)測，將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進行改進，相比于傳統(tǒng)的趨勢外推法，預(yù)測精度明顯提高。文獻[5]將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與溫度敏感系數(shù)結(jié)合，考慮了溫度敏感系數(shù)文獻[6]將模糊聚類方法進行改進， 針對獨立變量權(quán)重計算不合理的缺點，引入關(guān)聯(lián)分析法來計算權(quán)重，結(jié)果表明預(yù)測精度得到提高。第一次將小波理論用于負(fù)荷預(yù)測的是文獻[7]，同時也證明了該方法的預(yù)測誤差較低。但是，由于負(fù)荷預(yù)測結(jié)果與小波基的選擇有關(guān)，小波理論也會由于未能考慮溫度、濕度等對負(fù)荷造成影響的因素，變現(xiàn)一定的局限性。
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第 2 章 縣級區(qū)域短期負(fù)荷預(yù)測研究的相關(guān)理論

2.1 短期負(fù)荷預(yù)測研究的內(nèi)容
電力負(fù)荷預(yù)測若按時間期限進行分類，可以分為長期、中期、短期和超短期負(fù)荷預(yù)測。其中，短期負(fù)荷預(yù)測的研究對象是以周、天、小時為單位，研究未來一個月、未來一周或者是未來一天的負(fù)荷值。未來一天的負(fù)荷包括未來一天 24 小時中的負(fù)荷。預(yù)測未來一天 24 小時的負(fù)荷是較常見的短期負(fù)荷預(yù)測。本文將以天為單位，預(yù)測未來一周的負(fù)荷。作為電力系統(tǒng)制定工作計劃的必要前提，提高短期負(fù)荷預(yù)測的精度可以節(jié)約操作成本，提高系統(tǒng)的可靠性。短期負(fù)荷預(yù)測在電力系統(tǒng)運行調(diào)度中的重要性也愈加明顯。
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2.2 短期負(fù)荷預(yù)測的分類及特點

2.2.1 短期負(fù)荷預(yù)測的分類
短期負(fù)荷預(yù)測按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可以分為不同的類別。不同的負(fù)荷具有不同的特點和規(guī)律。
（1）按行業(yè)分類，電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測可以分為[31]：農(nóng)村用電負(fù)荷、城市民用負(fù)荷、商業(yè)負(fù)荷、工業(yè)負(fù)荷以及其他負(fù)荷。農(nóng)村用電負(fù)荷預(yù)測是指包括農(nóng)村民用電、生產(chǎn)和排灌用電以及商業(yè)用電等在內(nèi)的廣大農(nóng)村所有負(fù)荷的預(yù)測。農(nóng)村負(fù)荷受季節(jié)變化影響明顯，且與降水情況關(guān)系密切。城市居民用電負(fù)荷預(yù)測指城市居民的家用電負(fù)荷。城市居民用電負(fù)荷與農(nóng)村比受季節(jié)影響較小，但隨著家用電器的普及，受季節(jié)波動影響正逐漸變大。商業(yè)用電負(fù)荷預(yù)測和工業(yè)用電負(fù)荷預(yù)測分別是指商業(yè)與工業(yè)服務(wù)的負(fù)荷預(yù)測。影響商業(yè)用電負(fù)荷最明顯的是晚尖峰，同時其也受季節(jié)影響。工業(yè)負(fù)荷受氣象影響較小，但大企業(yè)成份下降，使夜間低谷增長緩慢。其他負(fù)荷預(yù)測包括市政用電，例如街道照明，公用事業(yè)，政府辦公、鐵路與電車、軍用等用電負(fù)荷。本文要研究的無極縣負(fù)荷預(yù)測就是屬于農(nóng)村電力負(fù)荷預(yù)測。
（2）按特性分類，電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測可以分為最高負(fù)荷、最低負(fù)荷、低谷負(fù)荷平均、高峰負(fù)荷平均、平均負(fù)荷、負(fù)荷峰谷差、平峰負(fù)荷平均、母線負(fù)荷、全網(wǎng)負(fù)荷、負(fù)荷率等類型的負(fù)荷預(yù)測。
（3）按國民經(jīng)濟統(tǒng)計分類方法分，電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測分為第一產(chǎn)業(yè)(主要是農(nóng)業(yè))、第二產(chǎn)業(yè)(主要是指工業(yè))、第三產(chǎn)業(yè)(除第一、第一產(chǎn)業(yè)以外的其它產(chǎn)業(yè))用電和居民生活用電 4 大類。
（4）按使用電力的目的劃分。一般分為動力用電、照明用電、電熱用電、各種電氣設(shè)備儀器的操作控制用電及通信用電。這類分類方法主要用于能源平衡分析。負(fù)荷預(yù)測一般不采用這類分類法。
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第 3 章 模糊聚類與距離系數(shù)的負(fù)荷預(yù)測..........23
3.1 模糊聚類的基本原理 .....23
3.1.1 模糊等價矩陣的聚類 .....24
3.1.2 模糊 C 均值聚類 .....24
3.2 模糊聚類的步驟 .....25
3.3 模糊聚類方法 .........29
3.4 距離系數(shù)的確定 .....29
3.5 模糊聚類與距離系數(shù)預(yù)測建模 ..........30
3.6 模糊聚類與距離系數(shù)預(yù)測實證研究 ..........31
3.7 本章小結(jié) ..........37
第 4 章 灰色馬爾科夫的負(fù)荷預(yù)測 .......38
4.1 灰色馬爾科夫基本思路 ........38
4.2 灰色預(yù)測理論 .........38
4.3 馬爾科夫預(yù)測理論.........40
4.4 灰色馬爾科夫預(yù)測實證研究 .......43
4.5 本章小結(jié) ..........47
第 5 章 兩種綜合模型組合預(yù)測及實證研究......48
5.1 組合預(yù)測的基本原理 .....48
5.2 組合預(yù)測權(quán)重的確定方法 ....48
5.3 兩種算法組合模型預(yù)測結(jié)果 .......50
5.4 預(yù)測精度對比 .........51
5.5 本章小結(jié) ..........52

第 5 章 兩種綜合模型組合預(yù)測及實證研究

5.1 組合預(yù)測的基本原理
由于不同的預(yù)測模型承載著不同的信息片段，也會有不同的預(yù)測精度。若只是選擇單一的模型進行預(yù)測，往往會丟失其它模型所承載的信息片段，從而不能達到預(yù)測精度的提升。要使得不同的信息片段組合起來，就要選擇不同的模型組合預(yù)測。組合預(yù)測能夠結(jié)合不同模型的優(yōu)點，根據(jù)不同模型的預(yù)測精度賦予模型不同的權(quán)重。有文獻證明，組合預(yù)測的預(yù)測誤差平方和不大于參與組合的各個單一模型的預(yù)測誤差平方和的最小者[51]。因此，組合預(yù)測在電力負(fù)荷的預(yù)測中應(yīng)用廣泛。鑒于定權(quán)組合預(yù)測的缺點，本文將采取變權(quán)組合預(yù)測方法。變權(quán)組合預(yù)測方法中，其權(quán)重的獲得比定權(quán)組合預(yù)測要困難。由于變權(quán)組合預(yù)測的權(quán)重會隨著時間變化，是一個時間變化函數(shù)，時間變化函數(shù)能夠反應(yīng)系統(tǒng)的非線性，因此相對于定權(quán)組合預(yù)測更為合理。可以通過以下幾種方法確定變權(quán)組合預(yù)測的權(quán)重：一種方法使誤差平方和達到最��；另一種可使絕對誤差和達到最��；還可以是使得相對誤差的最大值達到最小。

結(jié)論

對石家莊無極縣的負(fù)荷特性進行了詳細(xì)的分析，結(jié)合石家莊無極縣的負(fù)荷特性與石家莊無極縣負(fù)荷構(gòu)成和無極縣是農(nóng)業(yè)大縣的顯著特點，以及政府“保農(nóng)業(yè)、拉工業(yè)”政策的轉(zhuǎn)變，選取了適用于預(yù)測石家莊無極縣灌溉時期負(fù)荷的預(yù)測模型。采用組合預(yù)測方法對石家莊無極縣的灌溉時期的負(fù)荷進行了預(yù)測分析，將模糊聚類與距離系數(shù)的預(yù)測方法與灰色馬爾科夫進行了組合預(yù)測。模糊聚類與距離系數(shù)的預(yù)測方法能夠較好的處理各個不確定因素對負(fù)荷預(yù)測的影響，將各個不確定因素作為負(fù)荷預(yù)測影響的輸入因素，本文選取最高溫、最低溫、濕度、降水、節(jié)假日與否作為影響灌溉時期負(fù)荷的主要因素�；疑R爾科夫的預(yù)測模型是在灰色模型的基礎(chǔ)上采用馬爾科夫模型進行修正預(yù)測，由于傳統(tǒng)的 GM(1, 1)灰色預(yù)測模型能夠反應(yīng)數(shù)據(jù)的整體走向趨勢，對于數(shù)據(jù)波動較大的序列預(yù)測效果較差。而馬爾科夫預(yù)測方法恰恰能夠彌補這一點，馬爾科夫預(yù)測方法適用于隨機波動比較大的序列的預(yù)測問題。為了實現(xiàn)優(yōu)勢互補，將這兩種模型結(jié)合起來，既可以把影響負(fù)荷預(yù)測的因素考慮在內(nèi)，又可以減小波動大的數(shù)據(jù)的影響，使預(yù)測精度上得到了很大的提高。模糊聚類與距離系數(shù)的預(yù)測最大誤差 4.75%，最小誤差為 1.31%，并沒有達到很好的預(yù)測精度�；疑R爾科夫的預(yù)測誤差最大為 9.93%，最小為 4.88%，預(yù)測效果并不理想。然而，將這兩種模型進行組合，組合預(yù)測方法使得最大誤差為 1.53%，最小誤差僅為 0.27%，誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于使用兩種單個模型進行的預(yù)測誤差。預(yù)測結(jié)果證實了組合預(yù)測能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)勢互補，有利于預(yù)測精度的提高。
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參考文獻（略）