本發(fā)明涉及電力負荷預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及基于系統(tǒng)動力學模型的中長期電力負荷預(yù)測方法。

背景技術(shù)：

電力系統(tǒng)是一個長期受經(jīng)濟、人口、政治、市場等確定與不確定因素綜合影響的復雜系統(tǒng)，電力系統(tǒng)受多因素制約和促進的這種特性也決定電力負荷中長期預(yù)測是一個需要長期跟蹤和動態(tài)管理的過程。準確高效的負荷預(yù)測能夠?qū)崿F(xiàn)電力電量的科學管理，合理優(yōu)化資源配置，有效避免電力短缺和電力浪費。本發(fā)明基于電力彈性系數(shù)理論構(gòu)建系統(tǒng)動力學模型對傳統(tǒng)電力彈性系數(shù)預(yù)測法進行改進，以提高我國中長期電力負荷預(yù)測精確性。

負荷預(yù)測方法體系非常豐富，傳統(tǒng)的負荷預(yù)測方法有趨勢外推法、回歸模型預(yù)測技術(shù)、隨機時間序列預(yù)測技術(shù)、灰色預(yù)測等。近年優(yōu)選組合預(yù)測、專家系統(tǒng)預(yù)測、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測和小波分析預(yù)測等預(yù)測方法引入了電力系統(tǒng)負荷預(yù)測中，并取得了較好的效果，此外還涌現(xiàn)出一批新型的電力負荷預(yù)測技術(shù)。但是現(xiàn)階段中長期電力負荷預(yù)測比較依賴歷史數(shù)據(jù)的特征和規(guī)律，未能跳出思維定式尋找宏觀環(huán)境下不確定因素對負荷變動的影響。而且目前將系統(tǒng)動力學應(yīng)用至電力系統(tǒng)中長期負荷預(yù)測的研究尚少，曾有學者將經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整、節(jié)能兩個因素考慮在內(nèi)，并以單耗預(yù)測法為建模基礎(chǔ)，構(gòu)建過系統(tǒng)動力學負荷預(yù)測模型，但是單耗法預(yù)測前期需要做大量、細致的統(tǒng)計工作，且較適合于短期負荷預(yù)測。

電力彈性系數(shù)預(yù)測法是國家電力規(guī)劃常用的一種中長期負荷預(yù)測方法，電力彈性系數(shù)作為一個宏觀指標能夠反映一個國家一段時間內(nèi)的gdp增長率與電力消費增長速度之間的匹配程度。一般來說，電力彈性系數(shù)大于1表明國家處于工業(yè)高速發(fā)展階段，當發(fā)展較平穩(wěn)后，電力彈性系數(shù)會逐漸下降。但是對于小范圍或者某個時間點，電力彈性系數(shù)負荷預(yù)測方法得出的負荷預(yù)測值與實際結(jié)果偏差較大。

因此希望有一種基于系統(tǒng)動力學模型的中長期電力負荷預(yù)測方法可以克服或至少減輕現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于系統(tǒng)動力學模型的中長期電力負荷預(yù)測方法以改進電力彈性系數(shù)法負荷預(yù)測精確度較低的缺陷。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于系統(tǒng)動力學模型的中長期電力負荷預(yù)測方法包括以下步驟：

(1)通過電力彈性系數(shù)預(yù)測法形成因果關(guān)系圖：影響電力彈性系數(shù)的因素包括：經(jīng)濟發(fā)展因素、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、節(jié)能措施、科技及工藝水平、居民生活用電水平以及社會平均電價，根據(jù)各個影響電力彈性系數(shù)的因素之間的關(guān)系設(shè)計因果關(guān)系圖；

(2)構(gòu)建模型：通過對電力彈性系數(shù)替代的預(yù)測，實現(xiàn)對全社會用電量的預(yù)測，步驟(1)的因果關(guān)系圖中電力彈性系數(shù)替代經(jīng)濟發(fā)展因素、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、節(jié)能措施、科技及工藝水平和居民生活用電水平五個因素的共同調(diào)節(jié)，所述五個因素對電力彈性系數(shù)替代建模方程的設(shè)計為：

全社會用電量＝基年用電量×(1+用電量年均增長率)^年份-2000，

電力彈性系數(shù)替代＝{居民生活用電×居民生活用電權(quán)重+(1-科技及工藝水平)×科技及工藝水平權(quán)重+(1-節(jié)能措施)×節(jié)能措施權(quán)重+經(jīng)濟發(fā)展因素×經(jīng)濟發(fā)展因素權(quán)重+產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整×產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整權(quán)重}/(居民生活用電權(quán)重+科技及工藝水平權(quán)重+節(jié)能措施權(quán)重+經(jīng)濟發(fā)展因素權(quán)重+產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整權(quán)重)；

(3)仿真實驗：根據(jù)步驟(2)以全社會用電量為研究對象，以2000年用電量為初始值輸入，以2001-2013仿真用電量為檢驗樣本，預(yù)測2014-2020年的社會用電量。

優(yōu)選地，所述步驟(1)中電力彈性系數(shù)預(yù)測法的原理如下：

式中，

e—電力彈性系數(shù)

ke—以往全社會用電量平均增長率

kg—以往gdp平均增長率

通過預(yù)測e和kg得到電力彈性系數(shù)和gdp的預(yù)測值和再根據(jù)公式得到全社會用電量平均增長率預(yù)測值，進而得出第n年全社會用電量an如下：

式中，a0—基年用電量，—全社會用電量平均增長率預(yù)測值。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中的經(jīng)濟發(fā)展因素建模：

經(jīng)濟發(fā)展因素＝(政策因素×政策因素權(quán)重+市場因素×市場因素權(quán)重)/(政策因素權(quán)重+市場因素權(quán)重)。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整建模：

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整＝政策因素×市場因素×(一產(chǎn)比例×一產(chǎn)比例權(quán)重+二產(chǎn)比例×二產(chǎn)比例權(quán)重+三產(chǎn)比例×三產(chǎn)比例權(quán)重)/(一產(chǎn)比例權(quán)重+二產(chǎn)比例權(quán)重+三產(chǎn)比例權(quán)重)。

優(yōu)選地，所述節(jié)能措施建模：

節(jié)能措施＝科技及工藝水平×社會平均電價×管理水平。

優(yōu)選地，所述居民生活用電建模：

居民生活用電＝(人口因素×人口因素權(quán)重+社會平均電價×社會平均電價權(quán)重)/(人口因素權(quán)重+社會平均電價權(quán)重)。

優(yōu)選地，科技及工藝水平會直接影響所述電力彈性系數(shù)的數(shù)值，并間接通過影響節(jié)能措施因素進行調(diào)整，科技及工藝水平數(shù)值越高，全社會用電量越小，進而降低所述電力彈性系數(shù)。

本發(fā)明提出基于系統(tǒng)動力學的電力負荷預(yù)測模型，以電力彈性系數(shù)預(yù)測理論為基礎(chǔ)，引入電力彈性系數(shù)替代概念，改進傳統(tǒng)電力彈性系數(shù)法電量預(yù)測的缺陷。系統(tǒng)動力學模型的構(gòu)建充分結(jié)合各領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗，做到將經(jīng)驗與數(shù)學建模相融合。系統(tǒng)動力學模型構(gòu)建時充分考慮經(jīng)濟發(fā)展、人口因素、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等因素，符合電力市場可持續(xù)發(fā)展要求，具有很強的前瞻性。

附圖說明

圖1是全社會用電量因果關(guān)系結(jié)構(gòu)圖示意圖。

圖2是電力彈性系數(shù)替代仿真結(jié)果。

圖3是2001-2013年用電量仿真結(jié)果。

圖4是2014-2020電力負荷預(yù)測。

圖5是靈敏度測試龍卷風圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行更加詳細的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。

系統(tǒng)動力學是1956年由美國mit的j.w.forrester提出的一門認識系統(tǒng)問題和解決系統(tǒng)問題的交叉性、綜合性學科。系統(tǒng)動力學的研究對象是高階次、非線性、多重反饋的復雜系統(tǒng)，在20世紀70年代末引入我國后，系統(tǒng)動力學在研究復雜的非線性系統(tǒng)方面的優(yōu)勢逐漸在社會、商業(yè)、城市建設(shè)、環(huán)境保護、負荷預(yù)測等方面得到應(yīng)用。系統(tǒng)動力學本著以定性分析為先導，定量分析為支撐，定性與定量相結(jié)合，螺旋上升逐步深化的原則，在解決涉及多方不確定性因素的系統(tǒng)問題上有著先天性的優(yōu)勢。系統(tǒng)動力學建模步驟如下：

(1)明確建模目標：系統(tǒng)動力學建模是面向問題，而不是面向系統(tǒng)的，因此在建模之前首先明確待解決的問題。

(2)界定系統(tǒng)邊界：系統(tǒng)的邊界將系統(tǒng)的內(nèi)外環(huán)境分隔開來，界定系統(tǒng)邊界是建模的前提。

(3)形成因果關(guān)系圖：研究系統(tǒng)內(nèi)部各環(huán)節(jié)之間的因果關(guān)系，確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通過因果圖確保因素之間邏輯關(guān)系的科學性和準確性。

(4)構(gòu)建模型：系統(tǒng)動力學模型一般以數(shù)學方程組的形式展示，數(shù)學方程組的建立sd模型構(gòu)建的關(guān)鍵。

(5)仿真實驗：將方程和參數(shù)錄入系統(tǒng)，進行仿真模擬并檢驗?zāi)Ｐ偷恼鎸嵭?，對存在缺陷的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行調(diào)整獲對sd模型進行修正，直至得到滿意的結(jié)果為止。

基于系統(tǒng)動力學模型的中長期電力負荷預(yù)測方法包括以下步驟：

(1)如圖1所示，通過電力彈性系數(shù)預(yù)測法形成因果關(guān)系圖：影響電力彈性系數(shù)的因素包括：經(jīng)濟發(fā)展因素、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、節(jié)能措施、科技及工藝水平、居民生活用電水平以及社會平均電價，根據(jù)各個影響電力彈性系數(shù)的因素之間的關(guān)系設(shè)計因果關(guān)系圖；

電力彈性系數(shù)預(yù)測法的原理如下：

式中，

e—電力彈性系數(shù)

ke—以往全社會用電量平均增長率

kg—以往gdp平均增長率

通過預(yù)測e和kg得到電力彈性系數(shù)和gdp的預(yù)測值和再根據(jù)公式得到全社會用電量平均增長率預(yù)測值，進而得出第n年全社會用電量an如下：

式中，a0—基年用電量，—全社會用電量平均增長率預(yù)測值

(2)構(gòu)建模型：通過對電力彈性系數(shù)替代的預(yù)測，實現(xiàn)對全社會用電量的預(yù)測，步驟(1)的因果關(guān)系圖中電力彈性系數(shù)替代經(jīng)濟發(fā)展因素、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、節(jié)能措施、科技及工藝水平和居民生活用電水平五個因素的共同調(diào)節(jié)，所述五個因素對電力彈性系數(shù)替代建模方程的設(shè)計為：

全社會用電量＝基年用電量×(1+用電量年均增長率)^年份-2000，

電力彈性系數(shù)替代＝{居民生活用電×居民生活用電權(quán)重+(1-科技及工藝水平)×科技及工藝水平權(quán)重+(1-節(jié)能措施)×節(jié)能措施權(quán)重+經(jīng)濟發(fā)展因素×經(jīng)濟發(fā)展因素權(quán)重+產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整×產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整權(quán)重}/(居民生活用電權(quán)重+科技及工藝水平權(quán)重+節(jié)能措施權(quán)重+經(jīng)濟發(fā)展因素權(quán)重+產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整權(quán)重)；

在工業(yè)發(fā)展前期，經(jīng)濟迅速發(fā)展，用電量大，電力彈性系數(shù)較高。當經(jīng)濟進入健康平穩(wěn)發(fā)展階段，電力彈性系數(shù)一般小于1，所述步驟(2)中的經(jīng)濟發(fā)展因素建模：

經(jīng)濟發(fā)展因素＝(政策因素×政策因素權(quán)重+市場因素×市場因素權(quán)重)/(政策因素權(quán)重+市場因素權(quán)重)。

我國在2012年以前第二產(chǎn)業(yè)比重最大，但呈現(xiàn)逐年下降趨勢。2013年第三產(chǎn)業(yè)比重46.09％，首次超過第二產(chǎn)業(yè)，這是我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的必然趨勢。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化必然導致電力消費結(jié)構(gòu)的變化，以高耗能為主的經(jīng)濟增長模式逐漸向高端服務(wù)類方向發(fā)展，這勢必減小電力彈性系數(shù)，所述步驟(2)中的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整建模：

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整＝政策因素×市場因素×(一產(chǎn)比例×一產(chǎn)比例權(quán)重+二產(chǎn)比例×二產(chǎn)比例權(quán)重+三產(chǎn)比例×三產(chǎn)比例權(quán)重)/(一產(chǎn)比例權(quán)重+二產(chǎn)比例權(quán)重+三產(chǎn)比例權(quán)重)。

節(jié)能措施主要受節(jié)能技術(shù)、資源優(yōu)化配置管理水平以及社會平均電價影響。一般情況下，節(jié)能技術(shù)越先進，管理水平越高，社會平均電價越高，節(jié)能措施水平越高，電力彈性系數(shù)越小，所述節(jié)能措施建模：

節(jié)能措施＝科技及工藝水平×社會平均電價×管理水平。

人口數(shù)量和電價的制約會直接影響居民生活用電量，當用電量增加時，電力彈性系數(shù)變大，所述居民生活用電建模：

居民生活用電＝(人口因素×人口因素權(quán)重+社會平均電價×社會平均電價權(quán)重)/(人口因素權(quán)重+社會平均電價權(quán)重)。

科技及工藝水平會直接影響所述電力彈性系數(shù)的數(shù)值，并間接通過影響節(jié)能措施因素進行調(diào)整，科技及工藝水平數(shù)值越高，全社會用電量越小，進而降低所述電力彈性系數(shù)。

(3)仿真實驗：sd模型仿真根據(jù)步驟(2)以全社會用電量為研究對象，以2000年用電量為初始值輸入，以2001-2013仿真用電量為檢驗樣本，預(yù)測2014-2020年的社會用電量。

sd模型的參數(shù)值由專家給出，具體見參數(shù)輸入表：

參數(shù)輸入表

如圖2和3所示，將建模方程組逐個輸入系統(tǒng)，調(diào)試運行后輸出電力彈性系數(shù)替代仿真曲線和2001-2013全社會用電量仿真結(jié)果。

由仿真預(yù)測結(jié)果可以看出，仿真誤差在±5％以內(nèi),符合電力負荷預(yù)測的要求，如圖4所示，2014-2020年的電力負荷預(yù)測的結(jié)果。

模型靈敏度測試，對sd模型進行靈敏度測試能夠深入了解各因素對預(yù)測結(jié)果的敏感程度，現(xiàn)以2014年預(yù)測負荷預(yù)測值為測試對象，將人口因素、社會平均電價、科技及工藝水平、管理水平、政策因素、市場因素、一產(chǎn)比例、二產(chǎn)比例和三產(chǎn)比例分別變動±20％，并觀察變動后預(yù)測結(jié)果相對測試前2014年仿真預(yù)測51503.5億kwh的變動情況。

如圖5所示，電力負荷預(yù)測對市場因素變化敏感性最大。當市場因素上下變動20％時，用電量最大在-3.95％-4.35％之間波動。政策因素和人口因素影響次之，一產(chǎn)比例和三產(chǎn)比例對用電量影響小于0.52％。通過參數(shù)靈敏度分析結(jié)果可以看出，采用sd模型預(yù)測出的全社會用電量抗干擾能力較強，具有較好的魯棒性。

最后需要指出的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制。盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。