基于改进灰色模型的电力中长期负荷预测研究

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1、基于改进灰色模型的电力中长期负荷预测研究王迪（1.苏州大学机电工程学院；2.苏州轨道交通集团有限公司运营分公司江苏苏州215000）摘要：电力负荷预测是电网规划的核心工作。木文比较分析了多种传统灰色预测模型的改进方法，提出了依负荷情况而定的结合两种改进法的新模型，新模型使灰色预测法具有了更强的适应性和预测性能。关键词：电力负荷预测；传统灰色预测模型；无偏灰色预测模型；灰参数.1八—刖目电力负荷预测是电力系统规划和运行工作的重要组成部分，是电力系统可靠供电和经济运行的基础［1］，负荷预测的准确度直接影响到投资、网络布局和运行的合理性。在电力负荷预测中，中长期负荷预测

2、的期限接近于大部分电力工程的周期，因此在系统规划、新发电厂和变电站等发、配电系统的建立上有着特殊的重要地位。随着现代科技的快速发展，负荷预测的新兴技术方法不断涌现，灰色预测法即是适用于中长期电力负荷预测的应用最广泛的方法之一。灰色预测模型具有要求负荷数据少、不考虑分布规律、运算方便等优点，因此许多专家与学者都致力于这一新兴的负荷预测方法的研究中。木文对传统灰色预测模型进行了改造与适应性研究，提出了依负荷情况而定的结合两种改进法的新模型，增强了灰色预测法的适应性和预测性能，并在实际案例中验证了新模型的合理性。一、灰色预测法灰色系统理论是中国学者邓聚龙教授首先提出来的

3、。所谓灰色，指的是信息部分己知、部分未知，或者说信息不完全［3］。电力系统具有灰色特征，电力负荷符合了灰色预测的一系列基木条件，因此基于灰色系统理论的灰色预测法才得以在电力负荷预测中得到了推广与应用。灰色预测法是目前在中长期负荷预测中应用最广泛、效果最为理想的一类不确定性预测方法之一。灰色预测将系统行为特征量的变化过程看作一个灰色过程，利用灰色系统理论的微分方程模型(GreyModel)进行预测，其中最常用的灰色预测模型即是传统灰色模型。灰色预测具有要求负荷数据少、不考虑分布规律、不考虑变化趋势、运算方便、易于检验等优势，因此对灰色预测法及苏改进模型的研究分析具奋

4、重要的现实意义与实用价值。二、改进模型的建立自灰色系统理论诞生以来，为了得到更理想的结果，许多学者对传统GM(1,1)模型做了各种各样的改进，其改进途径有多种，主要有改造原始数列、初值或背景值的选取、对模型的改进和改进技术方法等。1)开根号法。预测计算前，针对数列增长过快等情况，对原始数列先进行开根号处理，形成新的原始数列，预测计算工作结束后对拟合预测序列进行一个平方还原；2)滑动平均法。将原始数列中的数据进行数值平均，按照滑动平均值计算公式形成新的数列进行分析，这一算法既增加了当年数据的权重又避免了数值的过度波动；3)20%修匀法。对离散程度较大的原始数列取平均

5、值，每一个原始数据与其比较，对大于±20%的偏差情况取最人偏差值，修匀后的数列在平均值的±20%范围内波动；4)无偏改进模型。传统灰色模型实际上是一有偏差的指数模型，而无偏改进模型是一无偏差的指数模型，因此它在对近似指数增长规律的负荷样本进行预测吋具有更高的预测精度；5)灰参数改进模型。传统的灰色模型在参数a绝对值较小的情况下预测精度较高，然而实际负荷变化的规律因其影响因素多变往往不是指数增长的。由于在传统模型的整个预测过程中，参数a保持不变在一定程度上增大了预测误差，所以灰参数改进模型对参数a进行了灰色预测，有效解决了这一问题，适用于

6、预测具冇波动性变化的电力负荷。6）残差灰色预测模型。该模型是对传统灰色模型本身的改进方法，比较传统灰色模型原始数列与预测数列之差，形成残差数列，取部分子数列，建立GM（1,1）模型，以作为预测数列的修正模型。三、灰色预测模型的改造与适应性研宄本文采用了五种具有代表性的负荷序列样本（用电量）。其数据序列的发展规律包括了三类不同的趋势曲线：近似指数增长规律（负荷1-3）;具冇饱和特性并近似Gompertzlan曲线增长规律（负荷4）;近似“S”型曲线（负荷5）。利用传统及改进的灰色模型，对上述五种负荷的前十年用电量进行分析计算并预测未来第十年的用电量，将预测值与实际值

7、的相对误差作为检验改进模型优劣的标准。六种改进法为传统灰色模型、原始数列开根号模型、20%修匀法模型、滑动平均法模型、无偏灰色模型、灰参数灰色模型、残差灰色预测模型。通过比较相对误差的大小，来寻求较好的改进方法。分析结果表明，不同的改进方法具冇其相应的适用情况：开根号法适用于原始数列增长过快变化幅度较大的情况，它能奋效降低数列的离散度和增长幅度；滑动平均法适用于负荷样本奋较大波动，曲线不平滑的情况，它增加了当年数据的权重又避免了数值过于波动，使原始序列更为平滑；20%修匀法则适用于增长率较小发展平稳iL存在异常点的负荷样本；无偏改进模型及残差模型适用于预测近似指数

8、增长规律的