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行业新闻

面向电力市场的短期负荷预测系统设计及实现

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 电力市场的引入必然给能量管理系统(EMS)带来功能和内涵上的重大变化负荷预测(尤其是短期、超短期负荷预测)是EMS的基本功能,是电力系统安全经济运行的前提和保障,也是市场环境下编排调度计划、供电计划交易计划的基础与垄断运营模式不同,以引入竞争为主要目的的市场经济运营模式对电力系统负荷预测提出了新的标准和要求这些要求包括准确性实时性、可靠性智能性等,它们是相互联系、相互制约的1负荷预测系统构架电力市场运营模式下,一套准确、实时、可靠、智能化的短期负荷预测系统需要以下几个环节:数据采集,数据分析,负荷预测,计划制定,计划上报,信息监测,计划考核。其中,预测环节包括短期、扩展短期、超短期负荷预测3个预测系统按国内外惯例;还需监视当日计划的运营情况,在原计划与实际负荷发生严重偏离的情况下,及时完成该日剩余时段负荷的重新预测和计划调整,从而尽可能挽回经济损失计划调整一般需要留2h裕度,即电力部门*早只能调整当前时刻2h后各时段的负荷计划,以确保调度部门和发电厂有足够的时间准备执行新的计划。 扩展短期负荷预测的功能在于,在当日负荷相关因素与原预测量发生较大偏离,导致当日负荷与原计划己经或将有可能发生较大偏离(> 3%)时,采纳*新获取的信息,重新进行当日随后2h至几h的负荷预测,提出新的预测结果,供预测人员并判断是否需要对计划进行调整。由于采用了*新采集的信息,扩展短期负荷预测要比提前1d完成的短期负荷预测结果精度高。 负荷预测系统计划制定与上报系统信息监测系统、计划考核系统等部分组成21信息采集与管理系统有效的信息管理是负荷预测的基础,充足、完善的信息是预测的前提,信息的可靠性是预测准确性可靠性的基础为了完成准硫可靠的预测,预测系统需要采集尽可能丰富的预测信息数据,还需要对所采集的数据进行分析,修正信息误差量,确定各信息量的价值和利用方式本系统采用数据采集环节和数据分析环节完成以上功能21.1数据采集环节数据采集环节采集负荷及其相关信息数据,包括:历史日负荷信息、当日实况负荷信息;历史日气象信息、当日实况气象信息当日*新预报气象、未7d*新预报气象;历史日电价信息、当日实况电价信息、电价预报信息;大用户计划负荷信息、小火电小水电发电计划信息;其他可测信息(如检修停电计划、切负荷计划、大事件计划等)21.2数据分析环节数据分析环节完成信息数据的修正和规律信息剥离,尽可能提高信息准确度和可靠度,然后利用这些信息数据计算日因素相似度和日负荷相似度日因素相似度反映日负荷相关信息与系统给出的标准日的负荷相关信息的相关性大小;日负荷相似度反映日负荷数据与系统给出的标准日的负荷数据的相关性大小。电力系统某2d的相似度的比值就是这2d的相对相似度,它体现了这2d的信息综合21.21数据修正我国自动化水平不高,采样设备或传输线路故障容易造成假数据,称为坏数据。在市场模式下,各种信息随机量加,随机数据量叠加在自然变化数据量上形成畸形数据,称为不良数据。如果这些数据不能得到有效的校正,它们将以假信息、假变化规律的方式提供给负荷预测作为,必然误导负荷预测模型的建立,影响预测的精确度和可靠性。 数据修正环节对采集到的信息进行坏数据、不良数据识别和校正。其中,坏数据校正主要指坏数据修正,不良数据校正包括自然数据补足(如切负荷停电、线路检修停电补足等)和冲击数据剥离(如大用户、大事件冲击负荷剥离等)实况负荷数据信息是负荷预测的主要信息,体现了负荷相关信息的变化因此,对实况负荷数据进行数据修正尤为重要。以下针对电力负荷的特点叙述负荷数据修正的原理,其他负荷相关信息根据电力负荷特性,前后时段负荷不会发生突变也称负荷黏度原理)从各时段相对其前后时段负荷数据的变化率大小,判别出一些明显的坏数据点对这些数据点重复采用三点平均法进行修正,直至其数值符合负荷黏度原理为止从统计规律上看,各日同时段负荷呈正态分布,各日相同连续时段的负荷变化率也呈正态分布以历史多日同时段负荷数据作为样本进行概率统计分析,完成该时段以上2个正态分布模型中的期望值和方差估计,然后设定置信度,完成该时段负荷水平的置信区间估计考察待检测的负荷数值是否在置信区间内,判别出它是正常数据还是坏数据或不良数据若属于后者,则提高置信度,对它进行双边假设检验,判别出它是坏数据还是不良数据对坏数据,采用前述方法处理对不良数据,采用极大似然估计,估计出该点在正态分布下*可能的负荷值大小,即认为是该点的自然负荷数值用自然负荷数值代替原数值,即完成了对不良数据的补足将补足前后数据偏差记为冲击负荷,即完成了冲击负荷的剥离。 2.1.2.2相似度计算本环节完成日的2个相似度的计算:日因素相似度和日负荷相似度。同一日同一时刻的因素相似度和负荷相似度进行相互校验。校验信息供数据修正环节,亦即认为同一日同一时刻因素相似度和负荷相似度应该保持一致如果不一致,说明其中至少有一个相似度反映的信息存在坏数据或不良数据,这为数据修正环节提供了修正依据。 在日因素相似度和负荷相似度的基础上,可以完成相对相似度的计算,它包括日间信息相对相似度的计算和日内(不同时间测得的)信息相对相似度计算前者反映电力系统不同日期所含信息(包括负荷相关信息、负荷信息本身)的相似度,是这2d信息综合“贴近度”的体现,它主要供短期负荷预测系统作为预测;后者反映同一日不同时刻采集到的信息的相似度,是该日这2个时刻信息综合“贴近度”的体现,它供信息监视系统作为监视依据,供扩展短期超短期负荷预测系统作为预测2.2负荷预测系统负荷预测系统是负荷预测的核心,包括短期超短瓶扩展短期负荷预测,它们分别完成不同的功能,并相互作用构成一个完整的系统2.21短期负荷预测(如电价)的修4m理类似ernieJournalElectronicPublish在实现方法上将多种负荷模型进行加权组。合并对提前1d完成未来1d~7d全日负荷预测,主要用于安排机组启停计划、功率平衡、安全性校验。 各模型算法权重系数采用优化方法进行确定,充分考虑气象、电价信息,并利用预测当日实况负荷信息进行预测结果的修正同时,引入建立在相似度概念上的预测新策略,有效地提高了预测精度在算法智能性方面,首先,采用*小二乘法对以上多种负荷模型进行加权前完成算法的有效性检测,剔除一些对当前预测日不适用或偏差过大的算法,以免除其在算法权重优化中的负面干扰;其次,系统采用模式识别、人工神经网络等综合模型,以匹配不同预测日期下系统负荷模型的变化;再次,本系统算法的智能性还体现在自动信息识别和偏差识别上,当信息偏差超越一定限度时,自动启动新的负荷预测算法挑选与权重优化相结合的方式,有效地提高了算法的适应能力22.2超短期负荷预测在前1d安排的计划指导下,当日实时信息,完成当日5min~60min多时段负荷预测,提供调度,以完成自动发电控制、实时经济调度、在线安全监视,并作为电力市场实时电价(spotprice)预报的前提其结果同时提供给信息监视系统在实现方法上,采用线性外推、时间序列、卡尔曼滤波、神经网络等方法加权组合有效利用和反映各种己知信息对负荷的影响,提高预测的精度22.3扩展短期负荷预测完成当日当前时刻后2h至几h负荷预测,给出新的预测结果供预测人员,以便决策是否进行计划调整扩展短期负荷预测的原理信息均与短期负荷预测类似,实现方式相同。不同之处如表1所示。 表1短期负荷预测与扩展短期负荷预测对照表Table1Comparisonbetweentheshort-term比较项目1预测模式短期负荷预测扩展短期负荷预测功能描述完成未来1d7 d全日完成当日未来2h至负荷预测几h负荷预测主要是历史实况信息历史实况信息、当日实况信息、原计划信息采样点固定,96点不固定,少于96点优化目标全日负荷的96点均方误差*小预测时段多点负荷均方误差*小扩展短期负荷预测模式的实现方式还可以进一步研究扩展短期负荷预测启动与否受信息监视系统所控制在信息监测系统监测到日未来实际运行负荷将与原计划发生较大偏差(>%)时启动22.4预测系统一体化实现是可行、必要和有利的它们以同一个信息数据库为基础,共用一些数学模型和算法(如线性外推、指数平滑、神经网络等),采用相似的预测策略,提取各自需要的信息完成预测。它们的预测结果相互和纠正,以同一套人工界面完成结果的显示与人工干预在同一套界面上,预测人员可以同时观测到丰富的信息变化情况其中,短期负荷预测结果是扩展短期负荷预测、超短期负荷预测的信息;超短期负荷预测结果是控制扩展短期负荷预测是否需要启动的信息监视系统的监视信息之一;扩展短期负荷预测是短期负荷预测的后备,并对其预测结果进行校正2.3信息监测系统信息监测系统对当日实况信息(负荷信息、气象信息、电价信息等)*新预报信息(气象预报、电价预报、大事件预报等)进行在线监视,并采纳数据分析环节中的日内(不同时间)信息相对相似度数据,进行不同时段信息的偏离度计算,称为信息偏离度。 尤其需要完成当日当前采集到的信息与1d前预报信息的相对相似度和偏离度计算,以便从理论上判断当前负荷与原计划负荷是否将发生较大的偏离。 本系统采纳超短期负荷预测给出的*近1h内的*新预测结果,与原计划进行比较,计算出预测负荷偏离度;从计划考核系统采集实时考核数据,计算实况负荷偏离度。 当以上偏离度超过各自容许限度时(例如天气变化、电价信息变化大事件的发生电路故障等情况),本系统通过信息窗口给出计划偏离运行信息警告,并启动扩展短期负荷预测,重新完成未来2h至几h负荷预测,供预测人员决定是否修正计划2.4计划考核系统计划考核系统对历史实况和计划负荷数据进行偏差考核,包括在线考核和离线考核在线考核计算当日实况负荷数据与当日计划的偏差,为超短期负荷预测、信息监视系统提供计划偏差依据;后者计算历史日期负荷数据及其计划的偏差,为短期负荷预测提供信息,也是电力市场结算的主要信息来源离线考核也可由管理信息系统(MIS)完成2.5计划制定与上报系统从自动化角度考虑,负荷预测系统可以包含计划制定及上报系统它在负荷预测结果基础上完成计划制定,进而完成计划上报(主要是交易计划部分)和计划下发(主要是发电计划、供电计划部分)这些自动功能是软件自动化水平的体现以上3套预测系统相互作用形成1个整tblishingI上述构架的短期负荷预测系统己在国内多多家bookmark2省、地调得到实际应用。研究和应用结果表明:电力市场运营模式下,负荷预测操作模式发生了较大变化,电力系统对负荷预测功能内涵和评判提出了新的要求和标准,对负荷预测构架提出了新的模式要求负荷预测作为一个完整的系统将由信息采集和管理系统负荷预测系统信息监测系统、计划制定和上报系统计划考核系统组成系统负荷社会性、随机性因素多,负荷混沌性、复杂性加大,需要引入信息管理系统对负荷预测信息进行过滤、校正和分柝短期负荷预测不仅要完成未来1d~7d全日负荷预测,还要提供当日未来时段负荷的重新预测工具,引入扩展短期负荷预测概念,完成当日内2h至几h负荷预测,以便及时修正运营计划e短期负荷预测、扩展短期负荷预测、超短期负荷预测作为一个整体不可分害i

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