擴展短期負荷猜測方法的應用
1引言
短期負荷猜測，負荷猜測是電力市場(chǎng)運營(yíng)中不可少的計算。短期負荷猜測，負荷猜測結果正確與否，對系統運行的經(jīng)濟性、安全性有很大影響。
對于任何負荷猜測系統，要進(jìn)步猜測的正確度，需要具備兩個(gè)條件：第一，良好的猜測基礎；第二，充足的參考信息。在電力領(lǐng)域，對于常規的短期負荷猜測系統，這兩個(gè)條件體現為：首先，給負荷猜測系統提供充足的、完整而且正確的歷史數據樣本；其次，電阻測試儀| 電阻計| 電表| 鉗表| 高斯計| 電磁場(chǎng)測試儀| 電源供應器| 電能質(zhì)量分析儀| 多功能測試儀| 電容表在猜測過(guò)程中充分的引進(jìn)最新的負荷相關(guān)信息（包括負荷信息，負荷敏感因素的變化信息等。下同）�；�于當前實(shí)際情況，需要解決的題目是：
（1）修正歷史負荷數據中的壞數據；
（2）充分應用猜測當日已知的最新負荷信息參與越日的負荷猜測。
擴展短期負荷猜測的原理是[2]：在已知當日部分負荷的條件下，引進(jìn)最新獲得的負荷相關(guān)信息，猜測當日未知的多點(diǎn)負荷。它主要應用于電力市場(chǎng)環(huán)境下調整當日負荷計劃。該方法為解決短期負荷猜測的上述兩個(gè)題目提供了非常理想的實(shí)現方案，應用效果非常明顯。
2擴展短期負荷猜測方法
擴展短期猜測的基本思想是[3]：利用猜測時(shí)刻（例如11:00）以前的歷史負荷數據，用幾種不同的方法做預猜測，可以猜測該時(shí)刻以前的系統負荷，根據各方法的猜測精度確定這些方法在綜合模型中的權重[3,4]；利用這一權重，使用昨天及以前的歷史負荷數據，廣州市駿凱電子科技有限公司做今天猜測時(shí)刻后的全日未知負荷的猜測。由于利用了猜測時(shí)刻以前的最新的負荷信息，因此，用這種方法大大進(jìn)步了負荷猜測的精度。
擴展短期負荷猜測方法的關(guān)鍵是：以當日已經(jīng)發(fā)生的負荷的變化模式作為全日未知負荷變化規律的參考，在此基礎上猜測出未知的負荷值。其隱含的原理是：對于同一日，在一天內的天氣等負荷敏感因素不發(fā)生突變的情況下，其全日負荷的變化模式不會(huì )發(fā)生突變。
下面用這個(gè)方法解決限制短期負荷猜測正確度進(jìn)步的兩個(gè)題目。
3應用1：修正歷史負荷壞數據
3.1概述
歷史實(shí)況負荷數據是負荷猜測系統（尤其短期負荷猜測系統）建立算法模型的基礎，其數據質(zhì)量的好壞直接影響負荷猜測正確度。歷史負荷中的壞數據需要處理。
傳統的短期負荷猜測方法一般憑靠人工經(jīng)驗完成這些壞數據的修正，或采用簡(jiǎn)單的辨識、平滑方式處理壞數據，這些方式均有很大的局限性，其效果也不理想。
采用擴展短期負荷猜測方法對歷史壞數據點(diǎn)進(jìn)行修正（補足），具有簡(jiǎn)單有效、適應性好、正確度高的特點(diǎn)。
3.2應用背景
負荷猜測應用中的歷史負荷壞數占有兩類(lèi)。一是數據采集系統（SCADA）采集設備或傳輸設備質(zhì)量不高，造成一些瞬時(shí)丟失的壞負荷數據點(diǎn)（稱(chēng)為通道壞數據）；二是電力系統中，一些人為或非人為的突發(fā)事件（如重大事件、電網(wǎng)故障、停電檢驗、大用戶(hù)不規律用電等）影響用電負荷，造成持續時(shí)間較長(cháng)的畸變負荷數據點(diǎn)（稱(chēng)為畸變壞數據），這是不可預見(jiàn)的負荷變化。廣州市駿凱電子科技有限公司圖1給出了這兩種壞數據的特征示例。這些壞數據點(diǎn)（包括通道壞數據、畸變壞數據，）若不作處理，直接作為數據樣本參與猜測，必然降低負荷猜測的正確度。
對于圖1左下方所示的瞬時(shí)通道壞數據點(diǎn)，傳統的負荷猜測系統處理的方法是：參考該點(diǎn)前后負荷點(diǎn)的數據，采用線(xiàn)性插值法或者3階或多階平滑法的方式完成該壞數據點(diǎn)的修正，其修正正確度通�？梢越邮�。然而，對于圖中右上方持續時(shí)間較長(cháng)的畸變壞數據，傳統的修正方式則難以達到理想的修正效果。相反，采用擴展短期負荷猜測方法對壞數據點(diǎn)進(jìn)行修正卻簡(jiǎn)單、實(shí)用、高效。
3.3實(shí)現方案
采用擴展短期負荷猜測方法對壞數據點(diǎn)進(jìn)行修正的原理是：辨識出歷史日中的正常數據點(diǎn)和可疑數據點(diǎn)；以正常數據點(diǎn)為已知條件，采用擴展短期負荷猜測方法完成對可疑數據點(diǎn)的猜測，用猜測結果修正這些可疑數據點(diǎn)。其修正步驟如下：
（1）辨識可疑數據點(diǎn)
壞數據點(diǎn)往往具有數值突變的特征。通過(guò)這個(gè)特征可以辨識出歷史負荷數據中的可疑壞數據點(diǎn)（簡(jiǎn)稱(chēng)可疑數據點(diǎn)）。實(shí)現辨識的方案并不唯一，筆者采用的方案為負荷數據突變辨識。
首先，對于某日負荷數據中的某點(diǎn)（第i點(diǎn)），計算它與其前面最近1個(gè)正常負荷數據點(diǎn)（第j點(diǎn)，參考點(diǎn)）的負荷變化率。

然后，統計歷史上各日的這兩時(shí)刻點(diǎn)間的負荷變化率（在概率意義上[5]）的正常范圍。對比待檢測日的這兩點(diǎn)的負荷變化率是否在該正常范圍，以認定該點(diǎn)是否為可疑數據點(diǎn)。
對于不同的電力系統，其負荷數據中存在的正常的隨機變化量幅度不同，通過(guò)進(jìn)步或降低判定標準，即可收緊或放寬對可疑數據點(diǎn)的認定。任何一種可疑數據判定機制都可能造成一定的誤差（誤判或漏判），但是，在采用擴展短期負荷猜測進(jìn)行壞數據修正時(shí)，由于依據的是有規律的猜測結果完成修正，所以所認定的可疑數據點(diǎn)多幾個(gè)點(diǎn)或少幾個(gè)點(diǎn)并不會(huì )對修正結果造成太大的影響。這正是這種修正方案獨特的上風(fēng)所在。
（2）修正可疑數據點(diǎn)
修正歷史數據中的可疑數據是短期負荷猜測系統的要點(diǎn)和難點(diǎn)之一。正確的修正可疑數據點(diǎn)的數據要比辨識它難得多。因此，傳統的負荷猜測系統無(wú)法很好地處理壞數據修正題目，只能依靠猜測職員的人工經(jīng)驗來(lái)解決。采用擴展短期負荷猜測方案進(jìn)行壞數據修正則可代替人工修正方式，減少猜測職員的工作量，同時(shí)減少由于人工修正帶來(lái)的人的主觀(guān)因素影響。
負荷壞數據修正方案如下（以逐日采樣96點(diǎn)為例）：
首先，對某日負荷數據點(diǎn)進(jìn)行逐一的辨識，記其正常負荷數據點(diǎn)的矢量為Xr=(xr1,xr2,…，xrm)，不正常數據點(diǎn)（即：可疑數據點(diǎn)）的矢量為Xe=(xe1,xe2,…,xen)，m n=96。這里的下標r1,r2,…,rm和e1,e2,…,en并不一定連續。
然后，依據前述的擴展短期負荷猜測實(shí)現方案，在已知Xr條件下，可以獲得Xe的估計值，采用估計結果替換原值Xe，即完成該日壞數據修正。
為了確保歷史負荷數據曲線(xiàn)平滑，廣州市駿凱電子科技有限公司可以在修正后的可疑數據點(diǎn)與其前后2點(diǎn)數據間作平滑處理，這樣得到的修正效果更好。
統計表明，實(shí)際電力系統中逐日壞數據點(diǎn)數一般不超過(guò)10點(diǎn)，即：n<10，正常數據點(diǎn)m≥86。則上述修正方案相當于，在以已知的（多于）86點(diǎn)數據為優(yōu)化目標的情況下，對該日96點(diǎn)數據進(jìn)行擴展短期負荷猜測，統計表明，這樣條件下的猜測正確度高達98.42以上�？梢�(jiàn)，修正效果非常理想。
3.4應用實(shí)例
采用上述歷史壞數據修正方案對我國某電力系統2002年1月11日歷史數據進(jìn)行模擬修正：在該日正常負荷數據（圖2中的虛線(xiàn)）基礎上，人為地模擬制造一些壞數據，包括通道壞數據及畸變壞數據，如圖2中的實(shí)線(xiàn)，以此模擬實(shí)際電力系統中的帶有壞數據的“實(shí)際負荷曲線(xiàn)”。然后，對這些壞數據進(jìn)行修正，觀(guān)察其修正效果。
從圖2可見(jiàn)，該日的“實(shí)際負荷曲線(xiàn)”基本上失往了正常負荷數據具有的特征，即便一個(gè)有經(jīng)驗的猜測職員也不可能正確地修正出正常的負荷數據。然而，采用上述擴展短期負荷猜測方案進(jìn)行修正，其結果如圖2中的短劃線(xiàn)所示，它與正常負荷曲線(xiàn)非常貼近。
分別將修正后的猜測結果和“實(shí)際負荷曲線(xiàn)”與正常負荷曲線(xiàn)相對比，所得結果列于表1。從表1可知，采用上述壞數據修正方案對負荷數據進(jìn)行修正，將日負荷誤差均方差從9.32降低到0.77。該結果表明，采用擴展短期負荷猜測進(jìn)行歷史負荷壞數據的修正相當有效。
該方案具備如下優(yōu)點(diǎn)：
（1）算法簡(jiǎn)單，正確度高，修正效果明顯；
（2）對畸變壞數占有很好的修正效果；
（3）對可疑數據點(diǎn)的辨識要求不嚴。
實(shí)際應用中，由于錯判或漏判幾個(gè)壞數據點(diǎn)對修正結果無(wú)太大影響，因此，該方案尤其適用于正常負荷曲線(xiàn)比較平滑，而系統突發(fā)事件又比較頻繁的電力系統。
4應用2：補足當日未知多點(diǎn)負荷值
4.1概述
短期負荷猜測主要應用于提前一天完成用電計劃的制定。傳統的負荷猜測系統往往只是依靠昨日以前的歷史數據樣本，及相關(guān)的負荷影響因素數據，完成明日用電計劃負荷的猜測。這種猜測方案沒(méi)有利用最新的、含信息量非常豐富確當日的已知負荷信息（及負荷相關(guān)信息），使得猜測正確度難以進(jìn)一步進(jìn)步。
如何利用最新獲得確當日的負荷信息參與明日的用電猜測，是進(jìn)步短期負荷猜測的猜測精度的關(guān)鍵之一。采用擴展短期負荷猜測對當日未知的負荷數據進(jìn)行虛擬補足，并利用這些數據和當日已發(fā)生的負荷數據一起作為已知數據參與猜測，可以進(jìn)步第二日負荷的猜測精度。其應用背景及實(shí)現方法如下所述。
4.2應用背景
目前，國內適用的短期負荷猜測系統盡大多數采用的是綜合模型猜測方案[4]。該方案的實(shí)現原理是：尋找出與猜測日各種影響因素相似的歷史日期（即相似日）；采用不同的猜測算法對其進(jìn)行虛擬猜測；比較該日實(shí)際歷史負荷與虛擬猜測結果的擬合正確度以確定各種算法的權重分配；應用所得到的各算法的權重做第2日負荷猜測。
在這樣的猜測機制下，有一個(gè)矛盾需要解決，即在對尋找到的相似日（歷史日）進(jìn)行虛擬猜測時(shí)，該日前1日的負荷已經(jīng)知道，而且參與了對相似日負荷結果的猜測；然而，采用同樣的算法對猜測日（明日）進(jìn)行猜測時(shí)，其前一日（當日）的負荷不全，例如。只有11時(shí)之前的負荷數據，缺少11時(shí)之后到24:00這段時(shí)間的負荷。因此，只能取昨天的負荷做猜測，影響猜測精度。廣州市駿凱電子科技有限公司為此，必須盡可能正確的補足這些缺失負荷，并用它們參與猜測。采用擴展短期負荷猜測實(shí)現對當日負荷數據的補足是一個(gè)有效、公道的方案。
4.3實(shí)現方案
該方案原理是：以當日及以前已知的實(shí)況信息（包括負荷信息、氣象信息）為已知條件，采用擴展短期負荷猜測對當日未知負荷點(diǎn)的數據進(jìn)行猜測，并用猜測結果作為這些點(diǎn)的數據的公道估計值，從而“彌補”上當日缺失的負荷值。
假設當日已知的前m點(diǎn)負荷值矢量為：Xr=(x1,x2,…,xm)T，未知的后96-m點(diǎn)負荷值矢量為：Xe=(xm 1,xm 2,…,x96)T。
參照前述擴展短期負荷猜測實(shí)現方案，以Xr為已知條件，確定綜合模型參數，再用昨日負荷猜測本日負荷，可以得到Xe的公道估計值。采用“補足”當日缺失的Xe的負荷數據，即可虛擬的得到當日全日的負荷數據。
統計數據表明，在已知當日1/3以上的負荷數據（比如已知該日0:00~11:00的負荷數據）的基礎上，對當日進(jìn)行擴展短期負荷猜測，統計14:00后均勻猜測正確度可達96.08[2]；且全年半數以上的日期的擴展短期負荷猜測正確度在98以上，因此，用該結果作為虛擬實(shí)況負荷補足當日負荷，參與明日的短期負荷猜測，可以進(jìn)步猜測精度。
4.4應用效果
對國內某電力系統利用近幾年的負荷數據進(jìn)行猜測，按上述方案補足當日負荷數據，并應用它參與越日的短期負荷猜測，與傳統的短期負荷猜測方法相比，其猜測正確度可進(jìn)步約2。而且，由于擴展短期負荷猜測充分應用了當日最新的負荷信息和氣象信息，對日負荷變化跟蹤迅速，因此，它尤其適用于負荷變化幅度大、日負荷影響因素多的電力系統。
5結論
要進(jìn)步短期負荷猜測的正確度，需要確保猜測系統積累有足夠的、正確的歷史參考樣本信息，并盡可能的利用最新的負荷（相關(guān)）信息。擴展短期負荷猜測方法為這兩種需求提供了理想的實(shí)現方案。實(shí)際應用表明，該方法對進(jìn)步短期負荷猜測正確度的作用是明顯的。