城市燃气管网负荷预测方法

孙宝明

【摘要】城市燃气管网在整个城市的规划建设中占据着举足轻重的地位。城市燃气管网的安全运行也对一个城市能否安全发展产生重要的影响。而城市燃气管网负荷的预测在整个城市燃气管网工程中占据着十分重要的地位。能否准确的预测直接关系到燃气管网能否安全运行。本文主要就分析下城市燃气管网负荷的预测几种方法。

【关键词】燃气管网；安全运行；负荷预测

中图分类号：TU714文献标识码： A

一、前言

城市燃气管网在我国有着几十年的发展，并且伴随着“西气东输”的工程完工，越来越多的天然气走进了千家万户，方便了我们的日常生活。然而我国很多地方的燃气管网还比较陈旧、落后，有些年久失修，已经很难满足现在社会巨大的燃气供给。我们必须通过科学的计算、实地的考察建设一套现代化、信息化的燃气管网。在这里对燃气管网负荷的预测就显得格外重要。

二、燃气管网预测的必要性

燃气管网负荷的预测可以从时间上分为：长期、中期、短期以及超短期的负荷预测。其中最重要的是中长期预测和短期预测。它们从两个方面为燃气管网的安全运行提供了必要的保障。中长期的预测可以为燃气管网提供一个较为长远的规划，制定出符合当地供气实际情况的方案以及 对设备的更新维护提供了理论支持；短期的预测可以很好的对当地燃气进行合理的调度，有针对性的安排燃气的生产计划、产量和存储量，从而可以做到价值最大化。因此，在实际操作中，城市燃气管网负荷的预测对于长期的规划和短期的调度都起着十分重要的作用。

三、燃气管网负荷预测的原理

随着社会技术的进步，越来越多的燃气管网负荷预测方法随之涌现。当前国内外在燃气管网负荷预测方面采用较多的有：时间序列法、灰色预测理论法、指数平滑预测法、回归分析预测法、人工神经网络预测法等。然而这些方法都不能对燃气管网作出全面的预测。因为燃气管网的负荷预测很复杂，牵涉到很多方面，如模型的完善程度、管网设施的特性、预测的时间范围、原始的数据是否可靠等。因此我们要掌握城市燃气管网负荷预测方法的工作原理，从而为我们能够有效的进行预测奠定坚实的基础。

燃气管网负荷预测过程主要有四个方面：首先，对历史和基础的数据进行收集以及汇总;其次，对收集汇总来的原始数据进行科学、仔细的处理；再次将处理好的数据进行相关的关联分析，形成结果；最后就是对燃气管网负荷的预测。

四、燃气管网负荷预测的多种方法

一般将燃气管网负荷的预测分为主观预测和可观预测。主观预测的优点是预测者可以接触并充分考虑到大量的资料和信息，但是不足之处是该方法缺乏通过系统的研究来提高预测的准确性，而是完全依赖预测者的主观经验，容易犯经验主义的错误；客观预测则不同，该方法是基于过去的数据和资料建立起反映预测对象与其影响因素间的数学关系的预测方法。客观预测法可以不受主观的影响，根据事先收集的资料和数据全面、科学的作出预测，并且该方法使用方便、花费时间少、成本低。因而客观预测法逐步成为国际上主流测预测方法。下面所介绍的几种方法都属于客观预测法。

1、回归分析预测法

回归分析预测法是一种使用时间较早，应用范围广的，理论性较强的定量预测方法。该方法的工作原理是通过历史数据和一些其他影响负荷变化的因素来推断将来某个时刻的负荷值。常用的回归分析预测法有：线性回归法和非线性回归法。该方法是通过回归方程将收集来的数据进行分析与处理。回归方程中函数就是燃气管网的负荷值，自变量就是能够产生影响的各种外来因素。而能够对燃气管网负荷之产生影响的因素有很多，如：气候、人口、时间、能源结构、国民经济等。因此，在计算该方程的时候我们要依据当地的实际情况，选择合适的方面。

采用此方法预测不仅简单，更主要的是预测速度快，能够研究预测对象与相关因素的互相关系和预测对象变化的本质原因，预测结果比较可靠，并且对原来没有出现的勤快也能有较好的预测。不过该方法最大的缺陷就是对数据过于的依赖，它要求数据一定要准确，而且用该方法的计算量特别大，计算特别复杂。

2、指数平滑预测法

指数平滑预测法主要是才与渐消记忆的方式，利用逐步衰减的不等全平均方法进行数据的处理的一种预测方法。该方法的预测原理是对不同阶段的数据分别看待，对近期出现的数据给予比较高的权重，采取逐步衰减性质的加权处理。因为该方法认为，越是近期出现额的数据越能反映当前的情况，并且对今后的发展也有着重要的作用。该方法简单实用，主要是针对燃气管网负荷值的短期预测。

3、时间序列法

时间序列法就是按照时间的顺序观测、统计、记录某个数据的数列。时间序列法对时间的要求很广泛，可以是分钟、小时、日、月甚至可以是年。时间序列法也是一种普及比较广泛的方法。该方法是通过识别与研究的预测目标序列想符合的一种模型，并且估算出该模型的未知参数，然后确认模型，当确认后，再在此模型的基础上进行预测。该方法最大的优势在于，不需要相关因素的资料，因此可以极大节省收集资料的时间，并且还避免了因为资料收集不准确带来的误差。

4、灰色预测理论法

灰色预测理论法是将一般信息论、控制论和系统论的观点和方法扩展到其他的抽象系统，再利用数学方法解决信息不完备系统问题的理论和方法。该方法是将已知信息和未知信息想结合，采用累加生成的方法将历史负荷值进行灰色生成，建立GM模型进而求解，然后再利用累减还原的方法得到预测的数值。该方法优点是：原理简单、需要的样本数据少、计算方便、精度高以及可检验性强。不过由于该方法的模型本身存在不可避免的缺陷，使该方法的使用受到了极大的局限性。

5、人工神经网络预测法

人工神经网络由于它具有非线性映射，能够从任意的精度逼近函数关系和自主学习等优越性，对大量非机构性、非精确性规律具有信息记忆、自助学习、只是推理以及优化计算等特点。将人工神经网络带到预测领域，创造出人工神经网络预测法，其中使用最广泛的是前馈网络模型，即所谓BP网络模型。该模型有输入层、隐含层、输出层构成，可以看成是一种非线性的映射，而实现这种映射关系并不要了解研究对象的内部构造，只要通过对多个已知样本的学习，从而达到对研究对象内部构造的模拟。该方法的优势在于是能拟合任意的非线性函数，并且具有较强的泛化能力。该方法可以对很多因素进行充分的考虑，这一点就明显比与它类似的时间序列法优秀。它不需要对非线性方程进行求解梦只要建立起一种映射关系，通过学习训练即可完成。不过它的缺点也比较明显，就是他对数据的要求比较，在样本的选择上比较困难。而且预测人员无法参与预测的过程，无法易用最新的数据对原有的数据进行修正。

6、组合预测法

由于每种方法都有其优点，也有其不可忽略的缺点，因此，现在国际上在对燃气管网负荷的预测是采用同时采用多种方法。如将灰色理论与人工神经网络相结合，利用灰色理论的原理，对人工网络输入数据进行预测和处理，然后再对输出值的应用累减原理，来还原预测值。还有时间序列分析法与人工神经网络法，指数平滑法与回归分析法等这些预测方法的组合都在实际操作中起到了良好的效果。

五、结束语

通过几十年的发展，我国在城市燃气管网负荷的预测方面取得了显著的成果。建立起一系列的有关预测的系统的方法，从而为我国的城市燃气管网负荷的预测提供了全面的、有效的、坚实的理论基础和技术指导。同时随着时代的发展，社会的进步，原有单一的、传统的预测方法已经不能适应实际要求。这就要求我们将来要注重多种方法的整合与优化、并且在整合优化的基础创新预测方法，创造出适合当代要求的现代化、科学化的预测方法。同时在对燃气管网的负荷进行预测的时候，一定要结合管网的实际情况和当地的实际情况，选择一种适合本地区的方法预测。

参考文献

[1]韩力群 人工神经网络理论、设计及应用[M] 化学工业出版社 2002年

[2]李业 预测学[M] 华南工学院出版社 1988年

[3]张树京，齐立心 时间序列分析简明教程[M] 清华大学出版社 2003年