电力负荷预测方法在配网规划中的应用

赵会茹，高婧瑶，殷商莹

（华北电力大学 经济与管理学院，北京 102206）

0 引言

电力系统以向各用户提供安全、经济、环保的电能产品为宗旨。电力负荷受气候变化、经济发展、产业结构调整、节假日等影响较大，因而用电消费有随机性。电能产品的生产和消费是同时进行的，电能无法大量贮存，这就要求电力系统供电出力与用电负荷时刻保持平衡［1-3］。因此，电力负荷预测分析对电力系统的稳定经济运行和电力生产都有着重要的理论和现实意义。

国内外在电力负荷预测方面的研究较多。文献［3］梳理了电力负荷总量预测与电力负荷空间预测的方法。文献［4］采用回归分析的方法预测未来5年区域负荷的发展状况，最后提出新的方法以提高未来负荷预测的准确性。文献［5-6］均介绍了负荷预测的几种常用方法，并分析了各方法的优缺点。文献［7］总结了电力负荷预测的特点、内容及方法，并对国内外的预测技术进行了阐述。然而在目前的研究中，还缺少把多种预测方法与实际案例结合进行比较的分析，在对预测方法的实际操作方面还略有欠缺。

以河北省为例，在对河北省电力消费现状分析的基础上，运用单耗法、趋势拟合法和多元线性回归法3种方法，对河北省2018—2022年的电力消费进行预测，并对3种方法的预测结果及在配网规划中应用时的优缺点进行分析比较。在配网规划中，负荷预测有着极为重要的作用，提出结合电力消费的发展情况及影响负荷的因素进行预测，通过选取恰当的方法来提高预测的准确性和可靠性，为配网的建设和电力系统的安全稳定运行提供相应的理论依据。

1 河北省电力消费现状

1998—2016年河北省电力消费情况如图1所示。可知，1998—2016年河北省的电力消费持续增长，平均年电力消费增长率为10.32%，保持在较高水平。其中，2003—2007年及2010年的电力消费增长较快，2003—2007年增长率保持在 16%左右，2010年增长率为14.83%。

图1 1998—2016年河北省电力消费情况

图2 1998—2016年河北省电力消费结构

1998—2016年河北省电力消费结构如图2所示。1998—2016年河北省的电力消费总体呈较快增长趋势。第一产业用电量从1998年的47.54亿kWh增长到2010年的159.10亿kWh，之后逐年下降。1998—2016年的第二产业用电量增长幅度较快，从1998年的490.04亿kWh增长到2013年的2 522.9亿kWh，增长了5.15倍，之后增长趋于平稳。较第二产业用电量而言，第三产业用电量和居民用电量总体均呈稳步增长趋势。

2 河北省电力负荷预测

选取1998—2016年共计19年的数据，根据近年来河北省的电力消费的发展情况，采用单耗法、趋势拟合法、多元线性回归3种模型分别对河北省2018—2022年的电力负荷进行预测。

2.1 单耗法

根据河北省的发展现状，设定河北省2018—2022年的GDP年增长率分为高、中、低3种不同的情况。预测出河北省2018—2022年GDP如表1所示。

表1 2018—2022年河北省GDP预测

根据河北省三大产业发展情况，预测2018—2022年河北省年均第一产业增加值占GDP比重为12%，河北省年均第二产业增加值占GDP比重为53%，河北省第三产业增加值占GDP比重为35%。预测出的2018—2022年河北省三大产业增加值如表2所示。

根据对2018—2022年三大产业单位产值耗电和居民生活年均增长率的预测，可计算出三大产业及居民生活用电量，进而可以预测出全省用电消费量，如表3所示。

2.2 趋势拟合法

分别选用线性拟合、指数拟合和多项式拟合3种方法对河北省1998—2016年的电力消费数据进行拟合，线性拟合方法的R2为0.970 8，指数拟合方法的R2为0.968 7，多项式趋势拟合方法的R2为0.979 3。R2为决定系数，它表示趋势线的估计值与对应的实际数据之间的拟合程度，取值范围为0到1。当趋势线的R2等于1或接近1时，其可靠性最高，因此利用可靠性最高的多项式拟合方法来对河北省2018—2022年的电力消费量进行预测。多项式趋势拟合曲线如图3所示。

表2 2018—2022年河北省三大产业增加值预测

表3 2018—2022年电力消费量预测

图3 1998—2016年河北省电力消费多项式趋势拟合

最终的拟合公式为：

基于此公式可预测出2018—2022年河北省电力消费量如表4所示。

表4 2018—2022年河北省电力消费量预测

2.3 多元线性回归分析法

选取河北省 1998—2016 年 GDP（x1）、工业化率（x2）和城镇化率（x3）作为解释变量，对河北省电力消费量（y）进行多元线性回归分析，得到回归方程为

在对电力消费进行预测之前，需要先对2018—2022年河北省GDP、工业化率及城镇化率进行预测，如表1和表5所示。

表5 2018—2022年河北省工业化率及城镇化率预测

根据表1和表5的GDP、工业化率及城镇化率预测结果和得出的回归方程，可以预测出2018—2022年河北省电力消费量如表6所示。

表6 2018—2022年河北省电力消费量预测

2.4 预测结果

在对河北省电力消费现状分析的基础上，运用单耗法、趋势拟合法以及多元线性回归分析法3种方法对2018—2022年河北省的电力消费量进行预测，预测结果如表7所示。

表7 2018—2022年河北省电力消费量预测对比

通过比较可以看出，用单耗法和趋势拟合法预测出的电力消费量较小，基于多元线性回归法预测出的结果最大。

3 预测方法的对比

不同的电力负荷预测方法所需要的数据样本、适用条件及建模思路都不相同，因此很难在同一评判尺度下对结果进行比较。

单耗法主要通过预测三大产业增加值及其单位产值耗电以及预测居民生活用电量来计算出全省电力消费，原理简单且易掌握，但通过原始数据计算出的三大产业增加值及其单位产值耗电以及居民生活用电量的准确性并不能保障，所以得出的预测结果精度较差。在配网规划中，单耗法可以用来预测有单耗指标的工业和部分农业的电力消费量，且短期预测效果较好。

趋势拟合法是通过观察原始数据的分布情况来找出最合适的函数类型进行拟合，运用EXCEL工具可较快得出结果。趋势拟合法只考虑了时间对电力消费的影响，并没有考虑地区的经济发展，人口和社会等因素对电力消费的作用，但相对单耗法来说，预测结果较为准确。在配网规划中，对于趋势拟合法的选用，应该考虑拟合过程中保障预测精度及拟合曲线的一致性，结合地区电网近年的发展情况，选择恰当的曲线模型进行拟合。

多元线性回归分析法考虑了影响电力消费的多种因素，并通过形成回归方程来解释各自变量与因变量之间的关系，是一种具有一定的可靠性的、行之有效的方法，预测精度较高。但在进行回归分析时，选择的自变量和变量的表达方式都是一种推测，因此有时运用回归分析法会受到一定的限制。在配网规划中，在预测前需对地区近年来的用电情况进行统计分析，对影响电力消费的因素进行仔细的确认，并确定电力消费量与影响因素之间的关系，进而预测出电力负荷。

4 结语

在配网规划中，电力负荷预测有着非常重要的作用。负荷预测的结果是电力系统运行的基础数据，其精度直接影响运行的安全性和经济性。因此，在进行负荷预测时要注意：对于数据的选取并不是越多越好，要从历史数据中找出规律，通过观察规律来预测出较为准确的电力负荷；要考虑经济社会因素对电力负荷的影响，据此预测出的电力负荷数据才能为电力调度和政策的实施提供有力的依据。