一種基于指數(shù)平滑的電力系統(tǒng)灰色負(fù)荷預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)領(lǐng)域，特別是一種基于指數(shù)平滑的電力系統(tǒng)灰色負(fù) 荷預(yù)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力工業(yè)的蓬勃發(fā)展，隨著我國(guó)電力體制改革的不斷加深，對(duì)電力負(fù)荷預(yù)測(cè) 理論方法的研究越來(lái)越重要。負(fù)荷預(yù)測(cè)是根據(jù)負(fù)荷的歷史數(shù)據(jù)及其相關(guān)影響因素，分析負(fù) 荷的變化規(guī)律，綜合考慮影響負(fù)荷變化的原因，使用一定的負(fù)荷預(yù)測(cè)模型和研究方法，估計(jì) 未來(lái)某一時(shí)間段內(nèi)的負(fù)荷數(shù)值的過(guò)程。其主要任務(wù)是預(yù)測(cè)未來(lái)電力負(fù)荷的空間和時(shí)間分 布。電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的主要目的就是通過(guò)大量的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)提供負(fù)荷的發(fā)展情況及其 水平，為電力生產(chǎn)部口及管理部口制定未來(lái)相應(yīng)生產(chǎn)計(jì)劃和發(fā)展規(guī)劃提供基本依據(jù)。確定 各供電區(qū)各規(guī)劃年供電量、供用電最大負(fù)荷和規(guī)劃地區(qū)總的電力發(fā)展水平、確定各規(guī)劃年 用電負(fù)荷的基本構(gòu)成。正確地預(yù)測(cè)電力負(fù)荷，既是為了保證無(wú)條件供應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部口及 人民生活W充足的電力的需求，也是電力工業(yè)自身健康持續(xù)發(fā)展的需要。
[0003] 指數(shù)平滑法是生產(chǎn)預(yù)測(cè)中常用的一種方法，在所有預(yù)測(cè)方法中，指數(shù)平滑是用的 最多的一種。指數(shù)平滑法是在移動(dòng)平均法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種時(shí)間序列分析預(yù)測(cè)法，它 是用過(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(guān)察值與前一期指數(shù)平滑值的加權(quán)平均。
[0004] 灰色系統(tǒng)理論法在建模中被廣泛應(yīng)用于處理數(shù)據(jù)，誤差小，計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)便?；疑?論將無(wú)規(guī)律的歷史數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)累加后，使其成為增長(zhǎng)數(shù)列，利用微分方程擬合，從而進(jìn)行未來(lái) 數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)。它著重研究模糊數(shù)學(xué)、概率統(tǒng)計(jì)所不能解決的"不確定、貧信息、小樣的"問(wèn)題， 并依據(jù)信息覆蓋，通過(guò)序列生成尋求現(xiàn)實(shí)規(guī)律。其主要特點(diǎn)是少數(shù)據(jù)建模。
[0005] 由于已知的用電需求受政治、經(jīng)濟(jì)、氣候等相關(guān)因素的影響，使得觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)序列具 有隨機(jī)性和不確定性，造成灰色預(yù)測(cè)模型的精度降低。因此本專(zhuān)利將指數(shù)平滑法和灰色預(yù) 測(cè)模型相結(jié)合，利用指數(shù)平滑法對(duì)原始數(shù)據(jù)序列進(jìn)行加權(quán)并生成新的序列，平滑掉一些波 動(dòng)性較大、容易產(chǎn)生較大誤差的歷史數(shù)據(jù)，使其變換成規(guī)律性強(qiáng)的呈指數(shù)變化的序列，并對(duì) 灰色模型的背景值進(jìn)行優(yōu)化，從而大幅度提高灰色預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)精度。
[0006] 隨著灰色預(yù)測(cè)模型在電力負(fù)荷預(yù)測(cè)方面的不斷應(yīng)用，提出多種優(yōu)化型的灰色負(fù)荷 預(yù)測(cè)方法，對(duì)電力工業(yè)具有重大意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于指數(shù)平滑的灰色負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，該改進(jìn)型模型很 大程度改善了其原始觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)序列的隨機(jī)性和不確定性，提高了該負(fù)荷預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)精 度，能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)電力規(guī)劃提供有效依據(jù)。
[000引為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于指數(shù)平滑的電力系統(tǒng)灰色負(fù)荷 預(yù)測(cè)方法，按如下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0009]步驟 SI:獲取原始數(shù)據(jù)列x(DD) = [x(DD)(l)，x(DD)(2)，x(DD)(3)...x(DD)(n)];
[0010]步驟S2:根據(jù)時(shí)間序列趨勢(shì)特點(diǎn)選定指數(shù)平滑的次數(shù)，對(duì)于指數(shù)平滑次數(shù)的選擇， 按照如下規(guī)則：當(dāng)時(shí)間序列呈平滑趨勢(shì)時(shí)，采用一次指數(shù)平滑法；當(dāng)時(shí)間序列呈直線(xiàn)趨勢(shì) 時(shí)，采用二次指數(shù)平滑法；當(dāng)時(shí)間序列呈非線(xiàn)性趨勢(shì)時(shí)，則通過(guò)Ξ次指數(shù)平滑法來(lái)估計(jì);Ξ 種指數(shù)平滑模型分別為：
[00川 St(i) =誠(chéng) t+(l-a)St-i(i)
[001^ St(2) = aSt("Wl-a)St-i(2)
[0014] 其中:Xt為原始數(shù)據(jù)列;α為指數(shù)平滑系數(shù);StW為第t周期的η次指數(shù)平滑值；
[0015] 步驟S3:選取指數(shù)平滑系數(shù)α，分別取0. 〇5、0.3、0.6和0.95對(duì)電力負(fù)荷的歷史數(shù)據(jù) 進(jìn)行平滑，根據(jù)不同α值建立預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型；
[0016] 步驟S4:選定平滑計(jì)算的初始值，若時(shí)間序列的觀(guān)察期η〉15,由于初始值對(duì)預(yù)測(cè)的 結(jié)果影響較小，可取Χ0作為初始值;若時(shí)間序列的觀(guān)察期η<15,為減小誤差，取前Ξ個(gè)觀(guān)測(cè) 值的平均值作為初始值；
[0017] 步驟S5:運(yùn)用指數(shù)平滑運(yùn)算后得到新的序列為：
[001 引 χ(0) = [χ(0)α)，χ(0)(2)，χ(0)(3)...χ(0)(η)]
[0019] 對(duì)戸作一次累加，得至性成數(shù)列為:χ(ι) = [χ(ι)α)，χ(ι)(2)，χ(ι)(3)...χ(ι)(η)]。
[0020] 其中：
[0021] 步驟S6:計(jì)算灰色預(yù)測(cè)模型的背景值z(mì)W:
[0022] zW(k)=0.5x("化)+0.5x("化-l)，k = 2,3, . . .，n
[0023] 步驟 S7:灰色微分方程為:x(D) (k)+az(i) (k) =b;
[0024] 其白化微分方程為：
[0025] 其中，a，b為參數(shù)，記巧
[00%] 步驟S8:利用最小二乘法求取參數(shù)P:
[0030]步驟S9:對(duì)步驟S6中的背景值進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)調(diào)整參數(shù)目為
[003。步驟 S10:重新計(jì)算背景值:z(i)化）=目X。)化) + (1-目)x(i)化-l)，k = 2,3，...，n
[0032] 步驟Sll:得到優(yōu)化后的背景值后，重復(fù)步驟S8,再次對(duì)a, b進(jìn)行求解；
[0033] 其中：
[0034] 步驟S12:求得x(i>的模擬值：
[0035]
[0036] 步驟S13:對(duì)xW(k)進(jìn)行累減生成還原，得到xW(k)的預(yù)測(cè)值，累減方程為：
[0037]
[0038] 步驟S14:采用殘差檢驗(yàn)法對(duì)改進(jìn)前后的預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)精度進(jìn)行評(píng)估：
[0039]
[0040] 步驟S15:根據(jù)對(duì)已知?dú)v史數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)值檢查模型的精確度，選擇步驟S3中最佳α 參數(shù)，確定最終預(yù)測(cè)模型。
[0041] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，在所述步驟S5中，將指數(shù)平滑后得到的數(shù)據(jù)列作為灰色預(yù) 測(cè)模型的原始數(shù)據(jù)序列。
[0042] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有W下有益效果:本發(fā)明所提出的一種基于指數(shù)平滑 的灰色負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，利用指數(shù)平滑法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑，通過(guò)選取合適的平滑次數(shù)和 平滑系數(shù)，使其變換成規(guī)律性強(qiáng)的呈指數(shù)變化的序列，減