基于RBF神经网络电力负荷预测毕业论文.doc

四川理工学院毕业论文基于RBF神经网络的短期负荷预测研究学 生：周路尧 学 号：09021040324 专 业：电气工程及其自动化 班 级：2009.3 指导教师：曾晓辉 四川理工学院自动化与电子信息学院二一三年六月基于RBF神经网络的短期负荷预测研究 摘要：随着电力市场的不断发展，对电力负荷科学管理的迫切要求以及对准确和适应性强的负荷预测模型的渴望，使得负荷预测的重视程度越来越高。本文采用了基于RBF(Radial Basis Function)神经网络的电力系统短期负荷预测方法，简单讨论了影响负荷的各种因素，并根据电力负荷的特点主要针对负荷值设定7个输入节点， 1个输出节点以及48点负荷值，将1999年1月3日至9日负荷数据作归一处理并作为训练数据预测10日负荷值。该方法训练速度快，收敛性好，而且可以大大地减少隐含层神经元的数目，有效地提高了预测精度和预测速度。最后根据预测结果和实际负荷进行比较，表明其误差在允许范围之内，预测精度是符合要求的，从而说明了该方法的正确性和实用性。 关键词：电力系统；负荷预测；RBF神经网络；预测模型The Research of Short-Term Load Forecasting Based on RBF Neural NetworksZHOU Luyao(Sichuan University of Science and Engineering,Zigong, China, 643000) Abstract：This paper uses a brief discussion of the various factors affecting the load based on RBF (Radial Basis Function) neural network short-term load forecasting method，and according to the characteristics of the main power load for the load setting seven input nodes, one output nodes, and 48 point load value, the year 1999 January 3 to 9 for the normalized load data processed and used as training data to predict the 10th load value.This method training speed, good convergence, and can greatly reduce the number of hidden neurons, effectively improve the prediction precision and predict speed. Based on the result and the actual load, compared the error that the scope of the permit, the forecasting accuracy is to satisfy the requirements, which shows that the method is correct and practical. Key words：Electric power system; Load forecasting; RBF neural network; Prediction model目 录摘要IAbstractII第1章 前 言11.1负荷预测研究的背景和意义11.2负荷预测的研究现状21.3本论文研究的主要工作51.4本章小结5第2章 电力负荷预测概述62.1 负荷预测的概念和原理62.2负荷预测的分类72.3负荷预测的基本步骤92.3.1负荷预测的基本要求92.3.2负荷预测的基本步骤102.4电力负荷的特性分析122.4.1 负荷的周期性122.4.2 负荷的随机性132.4.3 负荷的影响因素分析132.5 影响负荷预测的因素及误差分析152.5.1 影响负荷预测的主要因素152.5.2 负荷预测的误差分析152.6本章小结17第3章 人工神经网络183.1 人工神经网络183.1.1 人工神经网络简介183.1.2人工神经网络的模型183.2 RBF神经网络20 3.2.1 RBF神经网络的结构213.2.2 RBF神经网络的具体实现223.2.3 RBF神经网络的学习算法233.3 RBF神经网络与BP网络的比较263.3.1 BP网络存在的问题263.3.2 RBF网络与BP网络之间的差别263.4本章小结27第4章 基于RBF神经网络的短期负荷预测实例分析284.1 RBF神经网络的建立284.2 RBF神经网络的训练294.2.1 样本的选取294.2.2 数据预处理304.2.3 神经网络输入数据的归一化处理314.3 短期负荷预测结果与分析32 4.4本章小结39第5章 结束语39致 谢41参考文献42附 录43第1章 前 言1.1负荷预测研究的背景和意义负荷可指电力需求量或用电量，而需求量是指能量的时间变化率，即发电厂、供电地区或电网在某一瞬间所承担的工作负荷；而对用户来说，用电负荷是指连接在电网的用户所有用电设备在某一瞬间所消耗的功率之和。电力系统的任务是给广大用户不间断的提供优质电能，满足各类负荷的需求。电力系统负荷预测是根据电力负荷、经济、社会、气象等的历史数据，探索电力负荷历史数据变化规律对未来负荷的影响，寻求电力负荷与各种相关因素之间的内在联系，从而对未来的电力负荷进行科学的预测。电力系统在逐步发展、完善过程中，负荷预测己成为能量管理系统(EMS)中一项独立的内容；在当前电力系统市场化的必然趋势下，负荷预测已成为电力市场交易管理系统中必不可少的一部分。在实际应用中，电力系统不同组成部分对负荷预测的范围和精度有所不同。因此研究负荷预测的范畴和影响因素及负荷特性对提高预测精度及负荷预测的发展有重要的意义。电力系统负荷预测它的重要意义可以归纳为以下几个方面：1、短期负荷预测是电力系统优化调度的基础。准确的短期负荷预测是电网调度机构制定发供电计划、合理安排机组启停和做好电网供需平衡的关键。有助于运行人员估计电能的生产、输送、分配和消费各个环节的情况，制定出合理的运行方案，确保电网和机组的安全、稳定、经济运行。2、在电力市场条件下，短期负荷预测不再是纯技术性的问题，它应当是一个技术性与经济性相结合的问题。同时也不再仅仅是能量管理系统的一部分，它是电力市场制定各种计划的重要依据。3、精确的负荷预测，可以使电力企业经济地安排机组生产；利用精确的负荷预测对水电系统可以确定最优的水库放水和机组投产计划；对火电系统而言，可以确定机组按最经济地组合起停生产；对水火电结合的系统，可确定系统按最经济的状态进行水电火电分配；对联网的系统，精确的负荷预测不但决定系统按最经济的线路进行电能传输。4、为用户提供安全、可靠、经济、优质的电能是电网运营企业的首要目标，准确的负荷预测可以使电网运营企业可以在电力市场中以较便宜的电价购电。1.2负荷预测的研究现状随着世界电力市场的不断发展，负荷预测在各国越来越受到了人们的重视。80年代，由于能源紧张造成的对负荷科学管理的迫切要求以及对准确和适应性强的负荷预测模型的渴望，使得负荷预测的重视程度越来越高。90年代，随着世界各国电力市场的发展，负荷预测受到人们更广泛的关注。在我国，随着国民经济的高速发展和人民生活水平的不断提高，电力已成为国民经济建设和人民生活中必不可少的重要能源，电网管理的日趋现代化，使得负荷预测越发引起人们的重视。短期负荷预测技术的发展是从离线分析到在线应用逐步发展的过程，也是从过分依赖于调度员的运行经验到自动化、智能化逐步转变的过程。二十世纪七十年代后，许多数学统计方法被引入到短期负荷预测中，使短期负荷预测摆脱了完全依赖调度员经验的历史，将短期负荷预测技术提高到一个新的水平，二十世纪九十年代初期开始，人工智能技术逐步被用到短期负荷预测中，人工智能技术主要用来解决非线性问题和不确定性问题。和数学统计相比，人工智能预测方法在预测过程中考虑了各种不确定因素，在实际的负荷预测过程中确实能提高预测精度。组合预测方法是建立在最大信息利用的基础上，它集合多种单一模型所包含的信息，进行最优组合。因此，在大多数情况下，通过组合预测可以达到改善预测结果的目的。短期负荷预测技术发展至今己有几十年，随着数学统计理论和人工智能技术的相继发展，人们提出各种各样的预测方法。迄今为止，短期负荷预测方法大致可以分为两类：即传统预测方法和人工智能方法。传统预测方法的原理比较简单，理论比较成熟，因此至今仍有应用。但是这些方法采用的数学模型过于简单，其参数难以及时、准确地进行估计和调整，而且不能反映负荷的突然变化，因此它们不能适应用较精确的数学模型来描述负荷的变化规律及其它因素对负荷的影响，从而使这些方法难以获得较高预测精度。下面对几种典型的方法加以介绍并进行简单的分析与评价。1、传统预测方法：(1) 回归分析法。回归分析法是一种曲线拟合法，即对过去的具有随机特性的负荷记录进行拟合，得到一条确定的曲线，然后将此曲线外延到适当时刻，就得到了该时刻的负荷预测值。这种方法是研究变量和变量之间依存关系的一种数学方法。(2) 时间序列法。用时间来代替影响负荷的因素，依据负荷过去的统计数据，找到其随时间变化的规律，建立时序模型，以推断未来负荷数值。其基本假设是：负荷过去的变化规律会持续到将来，即未来是过去的延续。其主要数学模型有自回归(削R)模型、滑动平均(MA)模型和自回归-滑动平均(ARMA)模型等。但时序法无论采用哪种模型都没有考虑不同时刻负荷之间的相关性和其它因素对负荷的影响，预测精度较差，因此时序法存在着预测不准确的问题。(3) 小波分析方法。小波分析是一种时域-频域分析，在时域、频域同时具有良好的局部化性质。小波分析汲取了现代分析学中诸如泛函分析、调和分析、样条分析等众多数学分支的精华。小波变换能将交织在一起的不同频率组成的混合信号分解成不同频带上的块信号，对负荷序列进行小波变换，可以将负荷序列投影到不同的尺度上，而各个尺度可近似地看作各个不同的“频带”，这样各个尺度上的子序列分别代表了原序列中不同“频域”的分量，它们可以清楚的表现出负荷序列的周期性。在此基础上，分别对各个尺度上变换得到的子序列进行预测，最后利用各个尺度上的预测结果进行信号重构，就得到了完整的预测结果。(4) 灰色预测法。灰色预测理论其显著特征就是用少量的数据做微分方程建立起预测的模型。在将一定范围内变化的历史数据列进行累加，使其变成具有指数增长规律的上升形状数列，可以对生成的这个形状数列建立起GM(GREY MODEL)模型。GM(1，n)也就是对n个变量用一阶微分方程建立的灰色模型。GM(1，1)模型是灰色理论中最广泛地用于电力负荷预测的一种有效模型，它属于动态建模，采用微分拟合方程的方法来描述事物的发展变化规律。灰色预测具有要求负荷数据少、不考虑分布规律、不考虑变化趋势、运算方便、短期预测精度高、易于检验等优点，因此得到了广泛应有，并取得了令人满意的效果。但是，它和其他预测方法对比，也存在一定的局限性。一是当数据离散程度越大，即数据灰度越大，则预测精度越差；二是不太适合于电力系统的长期后推若干年的负荷预测。2、人工智能方法：(1) 人工神经网络法。负荷预测是人工神经网络在电力系统中的主要应用部分。由于其具有高度非线性范函逼近和并行处理能力，它不依赖于人工的经验，通过学习获得系统输入和输出间的函数连接关系。神经网络不是首先确定一个函数的形式，而是通过训练历史数据得出天气变量和预测负荷之间的关系。它具有信息记忆、自主学习、知识推理和优化计算的特点，其自学习和自适应功能是常规算法和专家系统所不具备的。人工神经网络用于短期负荷预测的具体过程为：以历史负荷、天气数据(如气温)等作为输入变量，以负荷预测值为输出变量，通过大量的样本训练神经网络，确定神经元之间的连接权值及神经元的值，然后将训练完成的网络用于预测未来的负荷，并且随着新样本的加入，可以重新训练神经网络，形成新的权值和阈值以适应新的样本1。现在有多种人工神经网络模型被用于短期负荷预测，主要有BP(Back Propagation)网络2、RBF(Radial Basis Funetion)网络3、Hopfield网络3、Kohonen自组织特征映射3等。(2) 专家系统方法。专家系统是人工智能领域的一个重要分支，它是一种基于知识推理的系统，它通过获取大量的领域内专家知识并在此基础上进行推理从而得到问题的解答。专家系统适用于专业范围明确，没有完整的、精确的理论的领域，专家系统是对人类的不可量化的经验进行转化的一种较好的方法，若能将它与其他方法有机地结合起来构成预测系统，将可得到满意的结果。(3) 模糊控制法。模糊集合和模糊推理是专门用来处理不确定性问题的理论。模糊集合将经典集合的绝对隶属关系(非A即B)模糊化(既A又B)，典型的隶属度函数有三角函数、梯形函数、正态分布函数、S形分布函数和Z形分布函数。模糊推理基于模糊规则，模糊规则以IF-THEN的形式来表达模糊集合间的关系。电力负荷预测是利用以往的数据资料找出负荷的变化规律，从而预测出电力负荷在未来时期的变化趋势及状态。实际预测时，常常需要在历史负荷及影响其变化的相关环境因素数据不确定的情况下进行预测，模糊数学为处理此类问题提供了有效手段。模糊理论是将操作人员的经验以规则的形式表达出来，并转换成可以在计算机上运行的算法。它在电力系统的许多领域中得到了应用。近年来出现了模糊回归分析法、模糊聚类识别预测法、模糊与神经网络结合应用等方法。由于模糊推理可以利用有限的规则近似任意的函数关系，将这一理论应用于负荷预测是不错的选择。最新资料显示，模糊系统和其他方法结合的负荷预测的精度要明显优于其他负荷预测方法。(4)专家系统方法、人工神经网络方法和模糊推理方法共同的优点是能够充分考虑影响负荷的各种因素(如天气因素、季节因素、节假日因素等)，将短期负荷预测技术提高到了一个新的水平，专家系统方法和模糊推理方法在确认事实和建立规则时需要大量的实践经验，所以人为因素多一些；在人工神经网络方法中尽管网络结构的选择还依靠一定的人工经验，但神经元之间的关系(权值和阈值)是通过学习样本得到的，所以人为因素要少一些。专家系统方法和模糊推理方法不需要学习过程，其速度较快且不需要样本；而人工神经网络方法在应用之前必须经过学习过程，其速度要慢一些且需要典型的样本集。不同的预测方法有各自的优点和缺点，为了发挥不同方法的优点，避开其不足，人们在负荷预测过程中将不同的预测方法加以组合，形成了许多种组合方法，在一定条件下能够有效的改善模型的拟合能力和提高预测的精度。1.3本论文研究的主要工作本论文通过开展基于RBF神经网络的地区电网短期负荷预测方法探索研究，旨在寻求优化负荷预测方法的实用途径，科学、准确地找出传统负荷预测方法中存在的问题，有针对性的采取有效措施，进一步提高负荷预测的精度和效率，从而实现对电网运行优化的指导工作。其主要工作是根据电网的历史负荷数据，分析影响预测的各种因素，然后建立相应的神经网络预测模型，具体研究内容包括：1、熟悉地区电网短期负荷预测计算流程，收集地区电网历史负荷数局及其他预测影响数据。2、掌握RBF神经网络理论知识，构建基于RBF神经网络的短期负荷预测数学模型。3、掌握相关MATLAB程序仿真应用技巧，编写RBF神经网络MATLAB仿真应用程序。4、根据实际数据进行特定电网短期负荷预测应用设计，最终汇总出相关实用短期负荷预测实施方案。1.4本章小结本章主要描述了关于负荷预测的背景以及研究现状，其中包括一些经典的研究方法，例如专家系统法、模糊控制法等。其次介绍了本论文的研究工作以及研究目标。通过本章可以大致了解到研究意义以及研究的主要思路。第2章 电力负荷预测概述2.1 负荷预测的概念和原理负荷预测是指在充分考虑一些重要的系统运行特性、增容决策、自然条件与社会影响的条件下，研究或利用一套能系统地处理过去与未来负荷的数学方法，在满足一定精度要求的意义下，确定未来某特定时刻的负荷数值。负荷预测工作是根据电力负荷的发展变化规律，预计或判断其未来发展趋势和状况的活动，因此必须科学地总结出预测工作的基本原理，以指导负荷预测工作4。1、可知性原理。就是说待预测对象的发展规律，其未来的发展趋势和状况是可以为人们所知道的。客观世界是可以被认识的，人们不但可以认识它的过去和现在，而且可以通过总结它的过去和现在推测出未来。这是进行负荷预测活动的基本依据。2、可能性原理。事物的发展变化是在内因和外因的共同作用下进行的。内因的变化及外因作用力大小不同，会使事物发展变化有多种可能性。所以，对某一具体指标的预测，往往是按照其发展变化的多种可能性，进行多方案预测的。3、连续性原理。连续性原理又称惯性原理，是指预测对象的发展是一个连续统一的过程，其未来发展是这个过程的继续。它强调了预测对象总是从过去发展到现在，再从现在发展到未来。它认为事物发展变化过程中会将某些原有的特征保持下来，延续下去。电力系统的发展变化同样存在着惯性，如某些负荷指标会以原有的趋势和变化率发展下去。这种惯性正是我们进行负荷预测的主要依据。因此，了解事物的过去和现在，并掌握其变化规律，就可以对其未来的发展情况利用连续性原理进行预测。4、相似性原理。尽管客观世界中各种事物的发展各不相同，但是一些事物发展之间还是存在着相似之处，人们就是利用这种相似性进行预测。在很多情况下，作为预测对象的一个事物，其现在的发展过程和发展状况可能与另一事物过去一定阶段的发展过程和发展状况相类似，人们就根据后一事物的已知发展过程和状况，来预测所预测对象的未来发展过程和状况，这就是相似性原理。5、反馈性原理。反馈就是利用输出返回到输入端，再调节输出结果。预测的反馈性原理实际上是为了不断提高预测的准确性而进行的反馈调节。人们在预测活动实践中发现，当预测的结果和经过一段实践所得到的实际值存在着差距时，可利用这个差距，对远期预测值进行反馈调节，以提高预测的准确性。在进行反馈调节时，首先认真分析预测值和实际值之间的差距及产生差距的原因，然后根据已经查明的原因，适当改变输入数据，进行反馈，调节远期预测结果。反馈性预测实质上就是将预测的理论值与实际相结合，在实践中检验，然后进行修改、调整，使预测质量进一步提高。6、系统性原理。预测对象是一个完整的系统，它本身有内在的系统，它与外界事物的联系又形成了它的外在系统。这些系统综合成一个完整的总系统，都要进行考虑。即预测对象的未来发展是整体的动态发展，而且整个系统的动态发展与它的各个组成部分和影响因素之间的相互作用和相互影响密切相关。系统性原理还强调系统整体最佳，只有系统整体最佳的预测，才是高质量的预测，才能为决策者提供最佳的预测方案。2.2负荷预测的分类1、按时间分类。电力负荷预测中经常按时间期限进行分类，通常分为长期、中期、短期和超短期负荷预测。长期负荷预测一般指10年以上并以年为单位的预测，中期指5年左右并以年为单位的预测。它们的意义在于帮助决定新的发电机组的安装（包括装机容量大小、型式、地点和时间）与电网的规划、增容和改建，是电力规划部门的重要工作之一。短期负荷预测指一年之内以月为单位的负荷预测，还指以周、天、小时为单位的负荷预测，通常预测未来一个月度、未来一周、未来一天的负荷指标，也包括预测未来一天24h中的负荷。其意义在于帮助确定燃料供应计划；对运行中的电厂出力要求提出预告，使对发电机组出力变化事先得以估计；可以经济合理地安排本网内各机组的启停，降低旋转储备容量；可以在保证正常用电的情况下合理安排机组检修计划。超短期负荷预测指未来1h 、未来0.5h甚至未来10min的预测。用于质量控制和自动发电控制(AGC)5，超短期负荷预测的使用对象是调度员。超短期负荷预测主要反映负荷在短时间内的变化规律，可对电网进行计算机在线控制。2、按行业分类。电力负荷按照不同行业可以分为城市民用负荷、商业负荷、农村负荷、工业负荷以及其它负荷。城市民用负荷是城市居民的家用负荷，商业负荷和工业负荷是分别为商业和工业服务的负荷，农村负荷则是指广大农村为农业生产服务的负荷(包括农村生活用电、生产与排灌用电以及农村商业用电)，其它负荷则包括市政用电、街道照明、公用事业、政府办公、军用以及其它等。在各类负荷中，城市居民负荷具有经常的年增长以及明显的季节性波动和日变化特点，城市居民用电负荷的季节性变化和日变化在很多情况下，直接影响系统峰值负荷的，但其影响程度取决于城市居民负荷在系统总负荷中所占的比例。在我国，随着国民经济的发展，居民生活水平的提高，敏感于气候变化的家用电器(电炉、电热器、空调装置、电风扇、电冰箱等)的日益广泛地应用，使居民负荷变化对系统峰值的影响越来越大，使之成为在负荷预测中必须考虑的重要因素。商业负荷也同样具有季节性变化和日变化的特点，这种变化也是由于商业部门越来越广泛地采用空调、电风扇等敏感于气候的电器，以及商业营业性质所致。相对来说，工业负荷占负荷比例较大，且一般可视作是受气候影响较小的基础负荷，但也不能说一点也不受气候的影响。比如高温季节，工业负荷也含有降温和防暑耗电。一方面由于工业负荷本身负荷很大，另一方面尤其是由于三班连续生产，因此一般来说这类负荷变动较小，但是随着电力需求侧管理的加强、峰谷电量费用的差别拉大，有些工业用户的日负荷也出现了较大的变化。另外某些工业用户可能具有一些特殊要求，如要求很高的功率(冲击负荷、峰值负荷较大等)但不一定要求很大的用电量，某些工业用户可能具有明显的季节性特点，负荷预测中这些都需要采用相应的措施加以对待。农业用电一般对地区负荷影响不大，需要注意的是农忙期间，特别是夏季生产排灌用电，其时间不长，但负荷特别集中，容易造成局部用电紧张。其它各类负荷一般所占比例比较小，虽也都有各自的不同特点，但对整个系统负荷的影响不是很大。总之，负荷的变化是非常复杂的，进行预测时应考虑到各方面的影响因素，其中尤其应加以重视的是负荷中天气因素的影响。3、按特性分类。根据负荷预测表示的不同特性，又可以分为最高负荷、最低负荷、平均负荷、负荷峰谷差、高峰负荷平均、低谷负荷平均、平峰负荷平均、全网负荷、母线负荷、负荷率等类型的负荷预测，以满足供、用电部门的管理工作的需要。2.3负荷预测的基本步骤2.3.1负荷预测的基本要求要做好负荷预测，需要满足以下几个方面的要求：1、基础资料的合理性。负荷预测的目的是得到合理、可信的预测结果，负荷预测的核心是根据预测对象的历史资料，建立数学模型来表述其发展变化规律。因此，要做好负荷预测，需要搜集和掌握大量全面、准确的资料，并且进行必要的分析和整理，这是进行电力负荷预测的基础。2、历史数据的可用性。如果各种渠道所取得的数据互相矛盾，就要对历史数据进行合理性分析与取舍，去“伪"存“真”。“伪”产生的原因主要有：认为因素造成的错误(如录入错误)，统计口径不同带来的误差，“异常数据"的存在给正常隶属序列带来较大的随机干扰，影响预测体系的预测精度，如果“异常数据”过大甚至会误导预测体系的预测结果，因此必须排除由于“异常数据”的存在带来的不良影响。3、统计分析的全面性。对于大量的历史资料，要进行客观而全面的统计分析。预测工作者应该从客观情况出发，本着实事求是的原则，反复研究和分析历史发展的内在规律性，为预测工作打好基础。4、预测手段的先进性。包含两层意思，一是预测工具的先进性，由于数据量很大，可采用计算机进行各种统计分析及预测工作，预测人员可以从繁杂的大量计算中解脱出来，二是预测理论的先进性，可以不断发展和应用新的预测理论与方法，借鉴其他领域预测工作中的成功经验，使电力负荷预测达到一个较高的水平。5、预测方法的适应性。预测量发展变化的自然规律复杂多样，因此要求预测方法所具有的适应性包括：（1）由于电力系统负荷预测是在一定的假设条件下进行，其中包含了许多不确定因素，采用单一的方法进行预测，很难取得令人满意的结果。预测方法能适应预测量发展变化规律的多样性，即要求预测系统建立完备的预测模型库，这是建立负荷预测软件系统的基础。（2）各个预测模型需要进行参数的合理估计，并根据预测效果不断进行自适应调整，以期达到更好的预测效果。（3）在多种预测模型得到的不同规律的基础上，进行合理的综合分析、优化组合，得到最接近与该预测项的历史规律、可靠性好、预测精度高的综合模型。2.3.2负荷预测的基本步骤在电力系统短期负荷预测中，为了更好的达到预测效果，常常按照以下步骤进行预测6：1、确定负荷预测的目的，制定预测计划负荷预测目的要明确具体，紧密联系电力工业实际需要，并据以拟定一个负荷预测工作计划。在预测计划中要考虑的问题主要有：准备预测的时期，所需要的历史资料，需要多少项资料，资料的来源和搜集资料的方法，预测的方法，预测工作完成时间，所需经费来源等等。2、调查资料和选择资料要多方面调查搜集资料，包括电力企业内部资料和外部资料，国民经济有关部门的资料，以及公开发表和未公开发表的资料，然后从总舵的资料中挑选有用的一小部分，即把资料浓缩到最小量。挑选资料的标准，一要直接有关性，二要可靠性，三要最新性。3、资料整理对搜集的与负荷有关的统计资料进行审核和必要的加工整理，是保证预测质量所必须的。可以说，预测的质量不会超过所用资料的质量，整理资料的目的是为了保证资料的质量从而保证预测质量打下基础。(1) 衡量统计资料质量的标准衡量一个统计资料质量高低的标准，主要有以下几个方面：1) 资料完整无缺，各期指标齐全；2) 数字准确无误，反映的都是正常状态下的水平，资料中没有异常的“分离项”(outlier)；3) 时间数列各值间有可比性。(2) 资料的整理资料整理的主要内容有以下几项：1) 资料的补缺推算。如果中间某一项的资料空缺，则可利用相邻两边资料取平均值近似代替，如果开头一项空缺，则可利用趋势比例计算代替。2) 对不可靠的资料加以核实调整。对能查明原因的异常值，用适当方法加以订正；对原因不明而又没有可靠修改根据的资料，最好删去，有多少删多少。3) 对时间数列中不可比资料加以整理。时间数列资料的可比性主要包括：各期统计指标的范围是否完全一致；各期价值指标所用价格有无变动；各期时间单位长度是否可比；周期性的季节变动资料的各期资料是否可比，是否能如实反映周期性变动规律。4、对资料的初步分析在经过整理之后，还要对所用资料进行初步分析，包括一下几个方面：(1) 画出动态折线图或散点图，从图形中观察资料变动的轨迹，特别是注意异常值和转折点，研究它是由偶然的，还是其他什么必然的原因所致。(2) 查明异常值的原因后，加以处理，对于异常值，常用的处理方法是，设负荷历史数据为，令，若，取；若，取。从而使历史数据序列趋于平稳。(3) 计算一些统计量后，以进一步辨明资料轨迹的性质，为建立模型做准备。5、建立预测模型负荷预测模型是统计资料轨迹的概括，它反映的是经验资料内部结果的一般特征，与该资料的具体结构并不完全吻合。应根据所确定的预测内容，对预测对象进行客观、详细的分析，根据历史数据的发展情况，并考虑本地区实际情况和资料的可利用程度，选择建立合理的数学模型。在预测中常用的预测方法有多种，各种预测方法均有其不同的特点和适用范围。模型的选择对预测精度有很大的影响。实践证明，没有一种方法在任何预测场合下均可以保证获得满意的预测结果。因此，首先应根据预测者的经验并吸收他人的预测经验，根据对预测对象的观察，建立初级模型。然后收集预测对象本身的内因资料(与预测对象的历史和现在的发展状况有关)和预测背景的外因资料(与影响预测对象发展过程的各种因素有关)。最后在初级模型的基础上，经对比、检验、修正和深化后，才能选择合理的预测模型。6、综合分析，确定预测结果通过选择适当的预测技术，建立负荷预测数学模型，进行预测运算得到的预测值，或利用其他方法得到的初步预测值，还要参照当前已经出现的各种可能性，以及心的趋势与发展，进行综合分析、对比、判断推理和评价，最终对初步预测结果进行调整和修正。7、负荷预测管理将符合预测报告提交后，只是本次预测告一段落，并不等于全部预测工作的结束，随后仍需根据主客观条件的变化及预测应用的反馈信息进行检验，必要时进行修正和调整。2.4电力负荷的特性分析2.4.1 负荷的周期性短期负荷预测的一个突出特点是：为对系统负荷进行预测，必须对过去的负荷历史资料进行分析。因为电力系统的负荷本质上是不可控的，了解未来短期内的负荷的可能变化的一个最有效的办法，就是观察负荷的历史纪录。电力系统负荷的变化是有规律的，其规律主要体现在负荷变化的周期性，这种周期性是负荷的一种内在规律4,6。究其原因，是人类的生产、生活具有规律性，因此负荷变化也具有规律性。负荷的变化的具体的周期性体现在它具有按天、按周及按年的周期性变化特点。负荷变化的周期性是分析负荷预测的基础，也是预测的关键。1、负荷变化的年周期性。负荷的年周期性与季节的关系密切，也主要体现了负荷与人民生活规律的紧密关系，不同的季节，人民的生活方式和部分生产情况改变，则相应地影响着负荷的变化。一般夏季比较炎热，较直接的体现为制冷的用电负荷明显增加，同时可以看到在夏季的负荷波动较其他季节明显；冬季负荷较低，同时负荷的变化很规律，波动较小；春秋季负荷的特性一般介于冬夏之间，负荷的变化特性不是很明显。2、负荷变化的周周期性。负荷变化的周周期性主要体现为从周一到周日的每个星期的周期性特征，可以解释为工作日期间主要为工业生产负荷持续运行，人们的生活方式也符合于工作期间的规律，所以表现出负荷的工作同相似特性。休息日时间(周六周日两日)，部分工业负荷下降，人们的生活方式变化，如餐饮业、娱乐业等负荷加大，从而影响了负荷的变化，一般而言是负荷相对于工作日降低。3、负荷变化的日周期性。负荷变化的日周期性体现为以24小时为周期的负荷值的变化，一般不分季节每日都有早晚两个高峰，早高峰一般出现在上午10：00点左右，晚高峰出现在晚上19：00到22：00左右。一天的低谷负荷出现在午夜至早晨的后夜间，一般在这个时段人们处于休息状态，运行的负荷主要为那些不间断的负荷，这些负荷组成了负荷的基本负荷，但随着电力市场的发展，在一些发达地区，峰谷电价的实行可能会将一些私营小企业的负荷拉到夜间运行，这是将来电力市场成熟发展后负荷预测需要考虑的问题。峰值负荷的预测是负荷预测的重要内容，因为这部分负荷直接影响着系统运行容量的确定，对系统的运行起重要作用。2.4.2 负荷的随机性从上述分析我们看到了负荷的总体的周期性特点，但负荷还存在着一定的波动性。负荷的波动性是随机的，影响负荷的波动性的因素是多方面的，而这些因素的影响又是随机的，所以构成了负荷的波动性。一般影响负荷的随机性的因素有：政治因素影响、传统节日影响、随机工业负荷(如新厂的投产)的影响、天气的影响等。这些因素都是不确定的，是不能预料的，都会对电力系统负荷造成冲击，产生随机负荷。负荷的发展伴随着增长趋势，通常负荷随着社会整体经济的增长是呈现增长趋势的，这种趋势是由整体的政治经济因素来决定的。2.4.3 负荷的影响因素分析电力系统负荷是一个很复杂的非线性系统，有许多直接或间接的因素都会对电力系统的日负荷产生直接的影响。但是在实际的负荷预测中，又不能考虑太多的影响因素。一方面由于收集资料的困难，另一方面因素太多会造成建模困难，并且会带来大量的计算。因此在考虑神经网络的输入变量的问题上，应抓住其中几个最具特征的影响因素。根据对历史负荷的分析，一般可把负荷分为两类：周期性负荷和变动性负荷。周期性负荷，或者说标准负荷，反映的是负荷自身变化的基本规律，呈较强的周期性，尤其受到时间周期的影响。针对短期负荷，时间周期因素包括：周周期、日周期等。他们对于日负荷的曲线模式有着极为重要的影响。日负荷曲线基本以周为大周期变化，以24小时为小周期变化，这些负荷的变化就构成了周期性负荷的变化状况。变动性负荷是随机因素影响负荷变化的结果，一般在总负荷中所占的比重不大，约为1020左右，它是由于电网内偶然因素的影响造成的负荷震荡。这种负荷，从一个长时间周期看，具有零平均值，但是对于短周期而言，负荷的振荡会使得负荷平均值有所改变。因此对于短期负荷预测，这种振荡的负荷是必须加以考虑的。造成这种负荷振荡的因素主要为节假日和气象条件的影响。节假日(主要指法定假日五一、国庆、元旦、春节等)以及重大的社会政治事件日，都将对日常的生产、生活用电产生不同程度的影响。由于节假日负荷数据量少，受社会、经济和气候等多方面团素的影响，负荷的增长和变化关系不确定，预测时间跨度长，因此节假目负荷预测的难度较大。由于无法形成充足、有效的样本集，使得神经网络法等方法在节假日预测时，预测精度难以满足要求。气象条件包括温度、湿度、风速、日照、雾障等等，它们对负荷变化的影响一般很快，而且无确定性的规律。因此这就要求我们必须加以考虑对变化性负荷有较大影响的气象条件。在气象条件中，起主要作用的是温度因素和天气状况。因此为了在负荷预测中考虑这两方面的影响，本文采用了每天的最高温度、最低温度作为神经网络的两个输入变量，将天气状况模糊离散化后作为神经网络的另一个输入量一气候敏感因素(借鉴电力系统调度人员的经验利用0,1之间的数值来定量表示气候因素对预测负荷的影响)，这样更加能够体现实际负荷的变化情况。电价也是影响负荷的一个因素，但以前我国的电价相对来说比较固定，电价的变动仅仅限于季节性和地域性的调整，虽然对负荷产生了一定的影响，但这些影响都是长期的效应，对中长期负荷预测作用明显，所以一般在短期负荷预测中对电价因素不予考虑。随着电力市场化的不断深入，我国实施了电价体制改革，出台了“分时电价”的方案。因为高峰和低谷的电价相差较大，一些企业主动调整了作息时间，使用电高峰的紧张状况得以缓解，但同时也给预测工作带来了困难。由于现在的“分时电价"的施行并未大面积展开，本文中暂且不考虑电价因素的影响。除了上述的影响因素外，还有如社会经济发展状况、随机因素等也会对负荷产生影响，但是由于对于日负荷曲线而言，社会经济因素是一种相对变化缓慢的影响因素，对较长时间的负荷历史记录分析可以发现，负荷是按照一种固定的变化趋势发展的，如逐步增长或逐步减少。这些因素在中长期的负荷预测中要加以考虑，而对于短期负荷预测，由于是用近期的历史负荷数据训练网络，可以认为负荷受社会经济发展因素影响而增大的趋势基本为零，可忽略不计。2.5 影响负荷预测的因素及误差分析2.5.1 影响负荷预测的主要因素短期负荷预测需要考虑的影响因素主要有以