一种基于产业结构的电力需求预测模型

林华渊

(长沙理工大学，湖南 长沙 410114)

一种基于产业结构的电力需求预测模型

林华渊

(长沙理工大学，湖南 长沙 410114)

电力需求分析是电力系统安全平稳运行的前提和基础。本文从产业结构演变规律出发，将全社会用电量分成一产用电、二产用电、三产用电和居民生活用电，建立一种基于灰色理论模型的电力需求预测方法，用于预测中长期用电需求波动变化，实现经济社会与电网协调发展。

产业结构；用电需求预测；灰色理论

电力系统用电需求的影响因素有很多，其中产业结构对电力负荷的作用不可忽视。电力系统对工业生产和人民生活有直接影响。

1 基于灰色模型的电力需求预测方法

1.1 电力需求预测的主要方法

中长期负荷预测由于历史数据的匮乏，以及不同地区电网与负载等的差异导致很难确定可以长期有效使用的预测方法。而且国内电网规划的逐渐成型、电力公司的垄断经营，使得中长期预测研究方向更加难以发展。但是准确的中长期的负荷预测对今后的电力系统的规划、设计与完善起着举足轻重的作用。如今电力产业发展迅速，利用合适的模型对电力负荷进行预测，能对负荷以后的发展方向做出准确的预测。与短期负荷预测类似，可将常用的模型归纳如下几类：线性回归模型、指数平滑模型、神经网络模型以及灰色模型。

1.2 基于灰色模型的电力预测方法

灰色预测法通过对灰色信息进行分析，得到那些已知部分，从而准确认识与控制整个系统。实现灰色预测首先需要将无规律数据累计加成，从而获取一些更具规律的新数列，从而建立更易分析的模型，然后利用这种模型进行预测，并还原整个模型，而这个最终模型就称作灰色预测模型。该方法属于一类新兴学科，已经逐渐发展并应用于经济与工业控制方面。

整个灰色模型建立及其预测过程如图1所示。其中需要注意的是：当数据波动较大时，需要建立多个模型，结合当地历史数据与地区实际情况，选择更符合要求的预测模型，特别当预测精度不够时，需要重新建立残差灰色模型，采用等维度灰数递补动态模型及时更新数据对提升灰色预测法的精度帮助很大，而且当修正参数α还能进一步修正时，还需要进行参数的修正。

图1 灰色预测模型计算的流程图

在电力负荷的系统中电网容量、生产能力、大用户情况、某些主要产品耗电信息以及供电机组等相关情况是已经明确的；天气环境变化，如台风、冰雹，地区活动等等情况是不明朗的，这些因素都将会带来很大的不确定性。所以地区电力负荷系统实际上是一个典型的灰色系统，具有灰色模型的基本条件，符合灰色预测的基本特征。灰色系统理论的实质是将无规律的、杂乱无章的原始数据进行处理，即灰色生成，从而得到规律性较强的新数列，利用生成的数列建立模型。灰色预测所需要的采样数据少，原理简易，运算快捷，而且预测精度教高，在中长期负荷预测中得到了广泛使用。

1.3 建立灰色预测模型

建立灰色预测模型的步骤如下。

（1）生成一次累加序列。对原始数列中的相同类型的数据依次进行累加，从而形成新的序列。若某类的原始数列为：

（2）一次拟合参数。通过解 G(1,1)模型可以得到响应函数为：

其中：k 为 0、1、2…，且

其 中 当 -a ≤ 0.3 时， 灰 色 GM(1,1) 能 够应用在中长期预测中，并且预测精度很高；当0.3 ＜ -a ≤ 0.5 时， 此 模 型 能 够 应 用 在 短 期 预 测中，而且精度较好，但是中长期预测则精度不足，因 而 需 要 慎 重 使 用； 当 0.5 ＜ -a ≤ 0.8 时， 灰 色GM(1,1)能够应用于短期预测中，但精度不足，因此需要慎重使用；当 0.8 ＜ -a ≤ 1 时，应该使用残差修正后的灰色 GM(1,1)模型；当 1 ＜ -a 时，灰色GM(1,1)模型预测精度很低，因而不采取此模型。

（3）计算预测值。通过对响应函数进行累减还原得到预测函数为：

2 实例分析

2.1 某地区各产业用电量原始数据

我们通过查阅统计资料获取了某地区 2008-2015 年第一产业、第二产业、第三产业用电量数据和居民生活用电量数据，具体值如表1所示。根据该地区的实际情况，建立一个基于该地区产业结构的中长期用电量预测模型，通过分别预测出第一产业、第二产业、第三产业的用电量，然后将其各部分用电量相加得到全社会用电量的预测值。

2.2 对各部分用电量预测

通过灰色 GM(1,1)模型对第一、第二、第三产业以及居民生活用电量分别进行预测，并对预测模型精度进行检验。

表 1 某地区 2008-2015 年各产业结构的用电量

（1）对第一产业 用电量进行预测。2008 ～2015 年当地第一产业用电量的原始数据为：

其中：k 为 0、1、2、3……。

（2）对第二产业用电量进行预测。2008-2015年当地第二产业用电量的原始数据)0(2x 为：

其中：k 为 0、1、2、3……。

（3）对第三产业用电量进行预测。2008-2015年当地第三产业用电量的原始数据)0(3x 为：

其中：k 为 0、1、2、3……。

（4）对全社会用电量进行预测。全社会用电量即第一产业、第二产业、第三产业总和。在 2008 ～2015 年的当地居民生活用电量预测值如图2 所示。

3 产业结构与电力需求协调发展的建议

图2 全社会用电量实际值与预测值

该地区需要通过不断优化产业结构，从而保障社会经济的增长和电力能源的使用。针对该市产业结构优化调整的有3个方面：推动工业发展，强调以工业为主导地位；促进农业升级，强化农业的基础地位；大力发展服务业，优化第三产业。在进行产业结构调整时，应当建立起以节约电能为中心的资源节约型体制。大力使用新技术提高各产业资源的利用率，提高生产效率，减少能源消耗。以服务业为主的第三产业，虽然目前相对滞后，但具有很大的发展潜力。加强服务业的发展不仅能够优化该地区的经济结构，加强经济增长，还能够降低在经济发展的过程中所带来的电力能源损耗。最后必须根据负荷发展与分布情况，进行明确的电网规划，在滚动规划中适当调整工程投产时间和资金安排计划。在城市发展规划中强调电网规划、新增变电站点和建设主要输电走廊通道。抓紧开展电力设施布局规划调整工作，以便尽快纳入城市土地利用总体规划，并在各分区控制性详规中予以落实，以满足城市发展的用电需要。

[1]王 锡 凡 . 电 力 系 统 规 划 基 础 [M]. 北 京： 水 利 电 力 出 版 社，1994,65～78．

[2]Soytas U, Sari R. Energy consumption and GDP: causality in G-7 countries and emerging markets[J]. Energy Economics, 2003, 25(1):33～37.

[3]黄亮雄，安苑，刘淑琳 . 中国的产业结构调整：基于三个维度的测算 [J]. 中国工业经济，2013(10):70～82．

[4]郭志军，李飞，覃巍．中国产业结构变动对能源消费影响的协整分析 [J]. 工业技术经济，2007，26(11):97～101．

[5]黄波，曾玉红．用电量与经济增长相关性的实证分析 [J]. 华北电力大学学报，2004,(3):31～33．

[6]李玉梅 . 组合预测方法在中长期电力负荷预测中的应用 [D].成都：四川大学，2006．

F224

A

1671-0711（2017）03（下）-0165-03