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電力系統(tǒng)負(fù)荷的混沌預(yù)測(cè)方法研究
導(dǎo)語(yǔ)：電力負(fù)荷預(yù)測(cè)是規(guī)劃電力系統(tǒng)的依據(jù)，直接影響著電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。隨著我國(guó)電力事業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)電力負(fù)荷預(yù)測(cè)精確性的要求越來(lái)越高。
摘要：隨著對(duì)電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)的研究不斷取得新進(jìn)展，混沌預(yù)測(cè)作為一種新興且有效的預(yù)測(cè)方法引起了人們的重點(diǎn)關(guān)注。文章基于混沌理論，對(duì)電力系統(tǒng)負(fù)荷的混沌預(yù)測(cè)方法做了簡(jiǎn)要的闡述，并介紹了幾種常用且有效的混沌預(yù)測(cè)方法。
關(guān)鍵詞：混沌理論;預(yù)測(cè);電力系統(tǒng);負(fù)荷
隨著我國(guó)電力事業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)電力負(fù)荷的預(yù)測(cè)方法也不斷進(jìn)步。精確的電力負(fù)荷預(yù)測(cè)不僅是電力系統(tǒng)規(guī)劃的基礎(chǔ)，也關(guān)系著我國(guó)的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、安全地運(yùn)行。影響電力負(fù)荷預(yù)測(cè)精確性的因素很多，涉及到政治、經(jīng)濟(jì)、文化以及日照、雨量、溫度、濕度等。因此電力負(fù)荷預(yù)測(cè)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作，具有不確定性和非線性的特點(diǎn)�；煦缡且环N由確定性系統(tǒng)產(chǎn)生，對(duì)初始條件有敏感依賴性的非周期運(yùn)動(dòng)，是介于確定性與隨機(jī)性之間的一種行為。把混沌理論用于電力負(fù)荷預(yù)測(cè)是一種科學(xué)上的創(chuàng)新。
1 電力負(fù)荷的預(yù)測(cè)方法
總的來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在常用的電力負(fù)荷預(yù)測(cè)方法大致可以分為兩類。第一類是傳統(tǒng)預(yù)測(cè)方法，這類方法包括時(shí)間序列法、回歸模型法、最小二乘法等，其基礎(chǔ)是數(shù)學(xué)理論;第二類是現(xiàn)代預(yù)測(cè)方法，是利
用人工智能領(lǐng)域的模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、灰色理論等研究成果不斷發(fā)展起來(lái)的負(fù)荷預(yù)測(cè)方法[1]。
經(jīng)常使用的卡爾曼濾波法、時(shí)間序列法、指數(shù)平滑法、回歸分析法等電力負(fù)荷預(yù)測(cè)方法都存在著局限性，預(yù)測(cè)的精度不高。隨著我國(guó)各行各業(yè)對(duì)電力的需求加大，新的負(fù)荷預(yù)測(cè)方法研究也相應(yīng)產(chǎn)生。
2 電力負(fù)荷的混沌特征分析
2.1 重構(gòu)相空間
根據(jù)重構(gòu)相空間理論，時(shí)間序列分析是可以引用混沌理論的，電力負(fù)荷的混沌預(yù)測(cè)方法即是根據(jù)重構(gòu)相空間理論而產(chǎn)生的。
將電力負(fù)荷序列用m1，m2，m3，…，mj表示，空間向量用以下方程表示
N1 = (m1，m1+s，…，m1+(x-1)s)T，
N2 = (m2，m2+s，…，m2+(x-1)s)T，
Ni = (mN，mN+s，…，mN+(x-1)s)T .
在以上表達(dá)式中，j為嵌入維數(shù)，s為延遲時(shí)間，N = j -(x - 1)s為向量序列的有效長(zhǎng)度。選擇適當(dāng)?shù)膕和x，微分同胚意義下的原系統(tǒng)的“動(dòng)力學(xué)等價(jià)”即為集合在嵌入空間的“軌線”。合理的選擇延遲時(shí)間s和嵌入維數(shù)x，是電力負(fù)荷序列的相空間重構(gòu)的關(guān)鍵。選擇的s和x數(shù)值過(guò)大或過(guò)小都會(huì)使負(fù)荷序列的相空間不能充分展現(xiàn)負(fù)荷動(dòng)力的 特性。
2.2 電力負(fù)荷的混沌特征
影響電力負(fù)荷的因素較多，包括政治條件、季節(jié)不同、氣候條件以及社會(huì)發(fā)展?fàn)顩r等，因此使得實(shí)際上混沌的電力負(fù)荷序列是隨機(jī)變化的�；煦珙A(yù)測(cè)的前提是對(duì)電力負(fù)荷序列的混沌性識(shí)別。
識(shí)別電力負(fù)荷序列的混沌性可以從負(fù)荷序列的譜特征Poincare映象、相空間圖形等角度著手。在對(duì)混沌系統(tǒng)的奇怪吸引子進(jìn)行描述時(shí)，應(yīng)該先著手研究在整個(gè)吸引子或無(wú)窮長(zhǎng)的軌道上的動(dòng)力系統(tǒng)之特征量，如Kolmogorov熵、Lyapunov指數(shù)、飽和關(guān)聯(lián)維數(shù)等[2]。此外，還可以依據(jù)C-C方法、信息論法、真實(shí)矢量場(chǎng)法等方法對(duì)負(fù)荷序列的混沌性進(jìn)行識(shí)別。在識(shí)別電力負(fù)荷的混沌性特征時(shí)，應(yīng)該用不同方法、從不同角度，以達(dá)到準(zhǔn)確識(shí)別的目的。
3 混沌預(yù)測(cè)方法
最近幾年來(lái)，電力負(fù)荷的混沌預(yù)測(cè)方法逐漸興起。在采用混沌方法對(duì)電力負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，主要依據(jù)電力負(fù)荷的歷史時(shí)間序列而不需要引入假設(shè)，排除了人的主觀性，因此預(yù)測(cè)比較精確可信，提高了預(yù)測(cè)的精度和可信度。電力負(fù)荷的混沌預(yù)測(cè)方法包括以下幾種。
3.1 全域法
將軌跡中的全部點(diǎn)作為擬合對(duì)象，找出擬合對(duì)象規(guī)律的方法即所謂的全域法。在使用全域法進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，由于擬合對(duì)象中有些離預(yù)測(cè)的時(shí)間點(diǎn)比較遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)，難以反映未來(lái)的變化情況，再加上實(shí)際歷史數(shù)據(jù)的有限性等，影響了預(yù)測(cè)的精確性。因此這種方法并不實(shí)用。
3.2 局域法
局域法的原理是根據(jù)擬合的相關(guān)點(diǎn)估計(jì)軌跡下一點(diǎn)走向，進(jìn)而根據(jù)軌跡點(diǎn)的坐標(biāo)得出預(yù)測(cè)值的坐標(biāo)，以達(dá)到預(yù)測(cè)的目的。其中的相關(guān)點(diǎn)是指離相空間某個(gè)中心點(diǎn)最近的一些列軌跡點(diǎn)。局域法適用的范圍較廣而且具有實(shí)用性。
3.3 加權(quán)零階局域法
在上述重構(gòu)電力負(fù)荷相相空間的算法中，在對(duì)相空間中軌跡點(diǎn)進(jìn)行擬合時(shí)，考慮中心點(diǎn)與相空間中各個(gè)軌跡點(diǎn)之間的距離。在采用加權(quán)零階局域法對(duì)電力負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，一個(gè)重要的參數(shù)就是中心點(diǎn)與各軌跡點(diǎn)之間的距離，與相空間中的中心點(diǎn)距離最近的那些軌跡點(diǎn)是決定預(yù)測(cè)是否準(zhǔn)確的主要因素。因此，加權(quán)零階局域法將中心點(diǎn)與軌跡點(diǎn)之間的空間距離作為電力負(fù)荷預(yù)測(cè)參數(shù)引入預(yù)測(cè)過(guò)程可以提高對(duì)電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。在加權(quán)零階局域法中，軌跡點(diǎn)在負(fù)荷預(yù)測(cè)中所占的比重與軌跡點(diǎn)到中心點(diǎn)的空間距離是成正比的。
3.4 基于最大Lyapunov指數(shù)的預(yù)測(cè)
運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)運(yùn)動(dòng)的初值條件極為敏感混沌運(yùn)動(dòng)最基本的特點(diǎn)。很接近的2個(gè)運(yùn)動(dòng)初值所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)軌道將按指數(shù)的方式隨時(shí)間推移而不斷的分離，其中描述這個(gè)指數(shù)的量就可以用Lyapunov指數(shù)λ。當(dāng)Lyapunov指數(shù)λ< 0時(shí)，則相鄰點(diǎn)隨著時(shí)間的推移會(huì)不斷的靠攏最終合并成1個(gè)點(diǎn)，這種情況可以描述不動(dòng)點(diǎn)以及周期的運(yùn)動(dòng);當(dāng)Lyapunov指數(shù)λ>0時(shí)，則2個(gè)相鄰點(diǎn)最終隨著時(shí)間推移而不斷遠(yuǎn)離，這種情況可以描述運(yùn)動(dòng)軌道不穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)。如果λ>0時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌道還有耗散、整體有界、存在捕捉區(qū)域等整體的穩(wěn)定因子，則會(huì)導(dǎo)致反復(fù)折疊的運(yùn)動(dòng)形式并形成混沌吸引子。因此，判斷系統(tǒng)是否屬于混沌行為的一種重要標(biāo)準(zhǔn)是故λ>0。在計(jì)算的時(shí)候只需要知道最大的Lyapunov指數(shù)λ是否大于0，便可以判斷其序列是否為混沌序列。
將系統(tǒng)的混沌吸引子用時(shí)間序列重建在高維相空間(拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)未改變)里，合理的選擇時(shí)間間隔Δt和延滯時(shí)間s即可以把存在于相空間里的較短的演化過(guò)程轉(zhuǎn)化預(yù)測(cè)問題來(lái)進(jìn)行分析和研究。相空間重構(gòu)可以保存很多的混沌吸引子性質(zhì)，這種優(yōu)勢(shì)在于即使基礎(chǔ)比較淺的研究者也有可能成功的研究系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)。
假定有一混沌時(shí)間序列的變量m1，m2，…，mi，其序列時(shí)間間隔(單位時(shí)間)為Δt，延滯時(shí)間為s，嵌入維數(shù)為j，設(shè)j
M(t)=(m(t)，m(t-s)，…，m[t-(x-1)s])，
令nk= (mk，mk+s，mk+2s，…，mk+(m-1)s)T，其中k=1，2，…，i-(j-1)s，nk為相點(diǎn)。序列{nk}在j維空間中構(gòu)成1個(gè)相型，可以用于表示在某一瞬間該系統(tǒng)的狀態(tài)。將這些狀態(tài)點(diǎn)按時(shí)間增長(zhǎng)的順序連接起來(lái)就可以用來(lái)描述系統(tǒng)在j維相空間中的運(yùn)動(dòng)軌跡。
4 結(jié)束語(yǔ)
電力負(fù)荷預(yù)測(cè)是規(guī)劃電力系統(tǒng)的依據(jù)，直接影響著電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。隨著我國(guó)電力事業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)電力負(fù)荷預(yù)測(cè)精確性的要求越來(lái)越高。使電力負(fù)荷預(yù)測(cè)方法研究具有了非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。電力負(fù)荷的混沌預(yù)測(cè)方法是一種比較有效、且精確度較高的預(yù)測(cè)方法，應(yīng)引起人們的足夠重視。
參考文獻(xiàn)：
[1] 羅海洋,劉天琪,李興源.風(fēng)電場(chǎng)短期風(fēng)速的混沌預(yù)測(cè)方法[J].電網(wǎng)技術(shù),2009(9):22-27.
[2] 夏昌浩,張毓哲.電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)報(bào)方法綜述[J].電力學(xué)報(bào),2011(22):63-65.
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