基于大數(shù)據(jù)的用電負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是基于大數(shù)據(jù)的用電負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在電力系統(tǒng)中，如果能夠提前知道某個(gè)城市的下個(gè)月總用電負(fù)荷，那么發(fā)電廠就 可以對(duì)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，提前安排某發(fā)電機(jī)停機(jī)時(shí)間，進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù)，這樣可 以有效延長(zhǎng)發(fā)電機(jī)使用壽命并提高其效率及可靠性。再如，如果能夠提前知道某個(gè)地區(qū)的 下個(gè)月總用電負(fù)荷，那么變電站就可以對(duì)變壓器組的運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，提前安排某變壓 器的停機(jī)時(shí)間，進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù)，這樣可以有效延長(zhǎng)變壓器的使用壽命并提高其效率及可靠 性，同理，如果一座礦山、一個(gè)工廠能夠預(yù)測(cè)下個(gè)階段的用電量，那么對(duì)于安排生產(chǎn)是大有 裨益的。
[0003] 指數(shù)平滑法是生產(chǎn)預(yù)測(cè)中常用的一種方法。也用于中短期經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)，在 現(xiàn)有預(yù)測(cè)方法中，指數(shù)平滑是用得最多的。
[0004] 簡(jiǎn)單的全期平均法是對(duì)時(shí)間數(shù)列的過(guò)去數(shù)據(jù)一個(gè)不漏地全部加以同等利用；移動(dòng) 平均法則不考慮較遠(yuǎn)期的數(shù)據(jù)，并在加權(quán)移動(dòng)平均法中給予近期資料更大的權(quán)重；而指數(shù) 平滑法則兼容了全期平均和移動(dòng)平均所長(zhǎng)，不舍棄過(guò)去的數(shù)據(jù)，但是僅給予逐漸減弱的影 響程度，即隨著數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)離，賦予逐漸收斂為零的權(quán)數(shù)，它是通過(guò)計(jì)算指數(shù)平滑值，配合一 定的時(shí)間序列預(yù)測(cè)模型對(duì)現(xiàn)象的未來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)。其原理是任一期的指數(shù)平滑值都是本期實(shí) 際觀察值與前一期指數(shù)平滑值的加權(quán)平均。
[0005] 指數(shù)平滑法的基本公式是：St=ayt-l+(l-a)st-l式中， St-時(shí)間t的平滑值； yt-1-時(shí)間t-Ι的實(shí)際值； St-Ι-時(shí)間t-Ι的平滑值；a-平滑常數(shù)，其取值范圍為[0, 1]; 由該公式可知： 1.St是yt-Ι和St-Ι的加權(quán)算數(shù)平均數(shù)，隨著a取值的大小變化，決定yt-Ι和St-1 對(duì)St的影響程度，當(dāng)a取1時(shí)，St=yt;當(dāng)a取0時(shí)，St=St-1。
[0006] 2.St具有逐期追溯性質(zhì)，可探源至st-t+l為止，包括全部數(shù)據(jù)。其過(guò)程中，平滑常 數(shù)以指數(shù)形式遞減，故稱(chēng)之為指數(shù)平滑法。指數(shù)平滑常數(shù)取值至關(guān)重要。平滑常數(shù)決定了 平滑水平以及對(duì)預(yù)測(cè)值與實(shí)際結(jié)果之間差異的響應(yīng)速度。平滑常數(shù)a越接近于1，遠(yuǎn)期實(shí)際 值對(duì)本期平滑值的下降越迅速；平滑常數(shù)a越接近于0,遠(yuǎn)期實(shí)際值對(duì)本期平滑值影響程 度的下降越緩慢。由此，當(dāng)時(shí)間數(shù)列相對(duì)平穩(wěn)時(shí)，可取較大的a;當(dāng)時(shí)間數(shù)列波動(dòng)較大時(shí)，應(yīng) 取較小的a，以不忽略遠(yuǎn)期實(shí)際值的影響。生產(chǎn)預(yù)測(cè)中，平滑常數(shù)的值取決于產(chǎn)品本身和管 理者對(duì)良好響應(yīng)率內(nèi)涵的理解。
[0007] 3.盡管St包含有全期數(shù)據(jù)的影響，但實(shí)際計(jì)算時(shí)，僅需要兩個(gè)數(shù)值，即yt-Ι和 St-Ι，再加上一個(gè)常數(shù)a，這就使指數(shù)滑動(dòng)平均具逐期遞推性質(zhì)，從而給預(yù)測(cè)帶來(lái)了極大的 方便。
[0008] 4.根據(jù)公式Sl=ayl+(l_a)S0,當(dāng)欲用指數(shù)平滑法時(shí)才開(kāi)始收集數(shù)據(jù)，則不存在 y〇。無(wú)從產(chǎn)生S0,自然無(wú)法據(jù)指數(shù)平滑公式求出S1，指數(shù)平滑法定義S1為初始值。初始值 的確定也是指數(shù)平滑過(guò)程的一個(gè)重要條件。
[0009] 如果能夠找到y(tǒng)l以前的歷史資料，那么，初始值S1的確定是不成問(wèn)題的。數(shù)據(jù)較 少時(shí)可用全期平均、移動(dòng)平均法；數(shù)據(jù)較多時(shí)，可用最小二乘法。但不能使用指數(shù)平滑法本 身確定初始值，因?yàn)閿?shù)據(jù)必會(huì)枯竭。
[0010] 如果僅有從yl開(kāi)始的數(shù)據(jù)，那么確定初始值的方法有： 1) 取S1等于yl; 2) 待積累若干數(shù)據(jù)后，取S1等于前面若干數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單算術(shù)平均數(shù)，如：Sl=(yl+ y2+y3)/3 等等。 toon] 指數(shù)平滑法的預(yù)測(cè)公式 據(jù)平滑次數(shù)不同，指數(shù)平滑法分為：一次指數(shù)平滑法、二次指數(shù)平滑法和三次指數(shù)平滑 法等。
[0012] 一次指數(shù)平滑預(yù)測(cè) 當(dāng)時(shí)間數(shù)列無(wú)明顯的趨勢(shì)變化，可用一次指數(shù)平滑預(yù)測(cè)。
[0013] 其預(yù)測(cè)公式為：yt+l'=ayt+(l-a)yt'式中，yt+l'--t+l期的預(yù)測(cè)值，即本期（t 期）的平滑值St;yt-t期的實(shí)際值；yt'一t期的預(yù)測(cè)值，即上期的平滑值St-1。
[0014] 該公式又可以寫(xiě)作：yt+l'=yt'+a(yt-yt'）?？梢?jiàn)，下期預(yù)測(cè)值又是本期預(yù)測(cè)值與 以a為折扣的本期實(shí)際值與預(yù)測(cè)值誤差之和。
[0015] 二次指數(shù)平滑預(yù)測(cè) 二次指數(shù)平滑是對(duì)一次指數(shù)平滑的再平滑。它適用于具線性趨勢(shì)的時(shí)間數(shù)列。
[0016] 其預(yù)測(cè)公式為： yt+m= (2+am/ (1-a))yt' - (1+am/ (1-a))yt= (2yt，-yt) +m(yt，-yt)a/ (Ι-a)式中，yt=ayt-Γ+(l-a)yt_l顯然，二次指數(shù)平滑是一直線方程，其截距為：（2yt' -yt)，斜率為： (yt'-yt)aAl-a)，自變量為預(yù)測(cè)天數(shù)。
[0017] 二次指數(shù)平滑基本公式St=aSt+(1-a)St_lYt+T=at+btTat=2St_St bt= (a/1-a) (St-St) 式中 St-第t期的一次指數(shù)平滑值St-第t期的二次指數(shù)平滑值a-平滑系數(shù)Yt+T-第t+T期預(yù)測(cè)值T-由t期向后推移期數(shù) 三次指數(shù)平滑預(yù)測(cè) 三次指數(shù)平滑預(yù)測(cè)是二次平滑基礎(chǔ)上的再平滑。
[0018] 其預(yù)測(cè)公式是：yt+m=(3yt'_3yt+yt) + [(6_5a)yt'-(l0-8a)yt+(4_3a) yt] *am/2 (l_a) 2+ (yt，_2yt+yt，）*a2m2/2 (l_a) 2 式中，yt=ayt_l+ (l_a)yt_l 它們的基本思想都是：預(yù)測(cè)值是以前觀測(cè)值的加權(quán)和，且對(duì)不同的數(shù)據(jù)給予不同的權(quán)， 新數(shù)據(jù)給較大的權(quán)，舊數(shù)據(jù)給較小的權(quán)。
[0019] 指數(shù)平滑法的趨勢(shì)調(diào)整 一段時(shí)間內(nèi)收集到的數(shù)據(jù)所呈現(xiàn)的上升或下降趨勢(shì)將導(dǎo)致指數(shù)預(yù)測(cè)滯后于實(shí)際需求。 通過(guò)趨勢(shì)調(diào)整，添加趨勢(shì)修正值，可以在一定程度上改進(jìn)指數(shù)平滑預(yù)測(cè)結(jié)果。調(diào)整后的指數(shù) 平滑法的公式為： 包含趨勢(shì)預(yù)測(cè)（YITt) =新預(yù)測(cè)（Yt) +趨勢(shì)校正（Tt) 進(jìn)行趨勢(shì)調(diào)整的指數(shù)平滑預(yù)測(cè)有三個(gè)步驟： 1、 利用前面介紹的方法計(jì)算第t期的簡(jiǎn)單指數(shù)平滑預(yù)測(cè)（Yt); 2、 計(jì)算趨勢(shì)。其公式為：Tt=(l-b)Tt-l+b(Yt-Yt-l)其中， Tt=第t期經(jīng)過(guò)平滑的趨勢(shì)； Tt-1=第t期上期經(jīng)過(guò)平滑的趨勢(shì)；b=選擇的趨勢(shì)平滑系數(shù)； Yt=對(duì)第t期簡(jiǎn)單指數(shù)平滑預(yù)測(cè)； Yt-1=對(duì)第t期上期簡(jiǎn)單指數(shù)平滑預(yù)測(cè)。
[0020] 3、計(jì)算趨勢(shì)調(diào)整后的指數(shù)平滑預(yù)測(cè)值（YITt).計(jì)算公式為：YITt=Yt+Tt。 指數(shù)平滑系數(shù)α的確定 指數(shù)平滑法的計(jì)算中，關(guān)鍵是α的取值大小，但α的取值又容易受主觀影響，因此合 理確定α的取值方法十分重要，一般來(lái)說(shuō)，如果數(shù)據(jù)波動(dòng)較大，α值應(yīng)取大一些，可以增加 近期數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的影響。如果數(shù)據(jù)波動(dòng)平穩(wěn)，α值應(yīng)取小一些。理論界一般認(rèn)為有以 下方法可供選擇： 經(jīng)驗(yàn)判斷法。這種方法主要依賴(lài)于時(shí)間序列的發(fā)展趨勢(shì)和預(yù)測(cè)者的經(jīng)驗(yàn)做出判斷。
[0021] 1、當(dāng)時(shí)間序列呈現(xiàn)較穩(wěn)定的水平趨勢(shì)時(shí)，應(yīng)選較小的α值，一般可在〇. 05~0. 20 之間取值； 2、 當(dāng)時(shí)間序列有波動(dòng)，但長(zhǎng)期趨勢(shì)變化不大時(shí)，可選稍大的α值，常在0.1~0.4之間 取值； 3、 當(dāng)時(shí)間序列波動(dòng)很大，長(zhǎng)期趨勢(shì)變化幅度較大，呈現(xiàn)明顯且迅速的上升或下降趨勢(shì) 時(shí)，宜選擇較大的α值，如可在0.6~0.8間選值，以使預(yù)測(cè)模型靈敏度高些，能迅速跟上 數(shù)據(jù)的變化； 4、 當(dāng)時(shí)間序列數(shù)據(jù)是上升（或下降）的發(fā)展趨勢(shì)類(lèi)型，α應(yīng)取較大的值，在0.6~1之 間。
[0022] 根據(jù)具體時(shí)間序列情況，參照經(jīng)驗(yàn)判斷法，來(lái)大致確定額定的取值范圍，然后取幾 個(gè)α值進(jìn)行試算，比較不同α值下的預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)誤差，選取預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)誤差最小的α。
[0023] 在實(shí)際應(yīng)用中預(yù)測(cè)者應(yīng)結(jié)合對(duì)預(yù)測(cè)對(duì)象的變化規(guī)律做出定性判斷且計(jì)算預(yù)測(cè)誤 差，并要考慮到預(yù)測(cè)靈敏度和預(yù)測(cè)精度是相互矛盾的，必須給予二者一定的考慮，采用折中 的α值。
[0024] 以上描述的指數(shù)平滑法是一種由歷史數(shù)據(jù)限定的區(qū)間預(yù)測(cè)法，對(duì)事物未來(lái)的趨勢(shì) 預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性欠妥，對(duì)于歷史數(shù)據(jù)的明顯增減趨勢(shì)的情況更不合理。雖然，有些書(shū)中介紹，當(dāng) 歷史數(shù)據(jù)呈現(xiàn)"線性趨勢(shì)"時(shí)，可以用α/ (l-α)乘以一次平滑的輸出與二次平滑的輸出之 差來(lái)處理，但是何為"線性趨勢(shì)"以及為何采用此種方法，書(shū)中都沒(méi)有給出嚴(yán)密的解釋。因 此所述指數(shù)平滑法缺乏充分的理論依據(jù)和預(yù)測(cè)結(jié)果往往令人失望；移動(dòng)項(xiàng)數(shù)和平滑系數(shù)的 選取，往往因人而異，難以確定；無(wú)法給出估計(jì)誤差。
[0025]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0026] 本發(fā)明的目的是克服上述