摘要：研究城市用氣規(guī)律和進(jìn)行城市燃?xì)庳?fù)荷預(yù)測(cè)成為一項(xiàng)非常重要的課題，它不僅關(guān)系到城市燃?xì)夤芫W(wǎng)規(guī)劃，還關(guān)系到整個(gè)天然氣長(zhǎng)輸管線的投資效益和可靠性，對(duì)天然氣局域網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化調(diào)度和城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行都有十分重要的意義，為豐富和完善天然氣輸氣理論和技術(shù)奠定了重要的基礎(chǔ)，有助于該領(lǐng)域的研究初步形成理論及從技術(shù)到實(shí)用的轉(zhuǎn)化。
關(guān)鍵詞：城市燃?xì)?；?fù)荷預(yù)測(cè)；預(yù)測(cè)系統(tǒng)；
The Research of City Gas Load Forecasting System
SONG Han-cheng1，LIU Feng2，ZHANG Ying3
(1. R&D Center of PetroChina Pipeline，Langfang，065000，China；3. Oil port filiale of Qingdao port，Qingdao 266500，China；4. Oil product dock of Dalian port，Dalian 116013，China)
Abstract：It is a very important research task to understand the gas-consumptive orderliness and forecast city gas load，for one hand，it will affect the planning of city gas pipe network，on the other hand，it is connected to the investment benefits and security of entire natural gas pipelines，and it’s meaningful for city gas optimizing attemperation and gas pipeline optimizing operation，which builds the important foundations for enriching and improving the theory and technology of gas delivery，and is helpful to convert the theory and technology for med initially in the field into the practice.
Keywords：City gas； load forecasting； forecasting system；
0 引言
在燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)中，燃?xì)庳?fù)荷數(shù)據(jù)對(duì)項(xiàng)目規(guī)劃、工程設(shè)計(jì)、管網(wǎng)運(yùn)行與調(diào)度以及工程經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析都有著根本意義。生產(chǎn)運(yùn)行中各時(shí)段的負(fù)荷預(yù)測(cè)，可提供氣源生產(chǎn)計(jì)劃，是實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)檢修計(jì)劃、輸配調(diào)度的基礎(chǔ)。準(zhǔn)確及時(shí)的負(fù)荷預(yù)測(cè)，可優(yōu)化輸配調(diào)度，提高運(yùn)行效率，節(jié)約能源，降低成本。燃?xì)庳?fù)荷預(yù)測(cè)對(duì)天然氣 “照付不議”銷售合同有著極大的影響。按照國(guó)際慣例，“照付不議”是指在某一合同年內(nèi)，若買方?jīng)]有用完該合同年的照付不議量，對(duì)這部分燃?xì)饬浚I方也應(yīng)支付。這就要求買方做好照付不議負(fù)荷量的預(yù)測(cè)。若預(yù)測(cè)值偏大，則造成直接經(jīng)濟(jì)損失，若偏小，又不能滿足用戶用氣量需求和進(jìn)一步的市場(chǎng)開發(fā)，不利于燃?xì)馐聵I(yè)的健康發(fā)展。
1 燃?xì)庳?fù)荷預(yù)測(cè)的現(xiàn)狀
國(guó)外在20世紀(jì)末由丹麥的ESI(Energy Solutions International)能源集團(tuán)公司開始研究城市燃?xì)夤芫W(wǎng)負(fù)荷的預(yù)測(cè)。該公司提出了采用時(shí)間序列分析等方法進(jìn)行預(yù)測(cè)的數(shù)學(xué)模型，并成功應(yīng)用于世界多個(gè)大型管線輸氣公司的管理系統(tǒng)，其中美國(guó)的殼牌公司使用該模型進(jìn)行管理，每年能節(jié)約70萬(wàn)英鎊。佛羅里達(dá)天然氣公司使用該模型后，每年能節(jié)約16%的壓縮機(jī)燃料費(fèi)，提高了1.7%的輸氣量。北美管道燃?xì)夤芾砣藛T稱該模型在6個(gè)月內(nèi)為他們節(jié)約了250萬(wàn)美元的運(yùn)行費(fèi)用。最近，ESI能源集團(tuán)公司在美國(guó)、印度、英國(guó)、加拿大等國(guó)家設(shè)立了分公司，并且開始研究新的預(yù)測(cè)模型理論?？傊?，發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)燃?xì)夤芫W(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)的研究已達(dá)到了較高水平，并取得了成功的應(yīng)用。
國(guó)內(nèi)對(duì)城市燃?xì)庳?fù)荷的預(yù)測(cè)研究進(jìn)展較為緩慢，在上個(gè)世紀(jì)80年代，上海煤氣公司就與上海交通大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)合作研究上海市燃?xì)庳?fù)荷預(yù)測(cè)的問題。1998年天津大學(xué)提出了采用時(shí)間序列分析法建立多種負(fù)荷預(yù)測(cè)模型，對(duì)城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的短期負(fù)荷進(jìn)行了預(yù)測(cè)，討論了用三角函數(shù)模型進(jìn)行日負(fù)荷預(yù)測(cè)的問題。1999年，錢凱等從我國(guó)天然氣現(xiàn)狀出發(fā)，詳細(xì)介紹了數(shù)字模型和情景分析兩個(gè)方面的天然氣預(yù)測(cè)方法，通過具體事例比較各種預(yù)測(cè)方法預(yù)測(cè)精度和效果。2001年，肖文暉等人提出了燃?xì)庑r(shí)負(fù)荷的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)方法，能滿足一般調(diào)度的要求。同年哈爾濱工業(yè)大學(xué)提出了用灰色理論解決城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的短期負(fù)荷預(yù)測(cè)問題，提出動(dòng)態(tài)等維遞補(bǔ)灰色預(yù)測(cè)模型對(duì)燃?xì)獾闹虚L(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)有較好的適應(yīng)性，且精度較高。焦文玲等針對(duì)日負(fù)荷在全年范圍內(nèi)明顯受季節(jié)溫度變化的影響，采用指數(shù)平滑法建立日負(fù)荷預(yù)測(cè)模型，得到了較為滿意的結(jié)果。2003年，楊昭等針對(duì)天然氣管網(wǎng)負(fù)荷變化的特點(diǎn)，提出了用模糊邏輯和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)預(yù)測(cè)天然氣管網(wǎng)的負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)的雙重調(diào)節(jié)，大大提高了訓(xùn)練的速度和預(yù)測(cè)的精度。
2 燃?xì)庳?fù)荷預(yù)測(cè)的作用
①提供簽訂“燃?xì)夤╀N合同”的基礎(chǔ)資料
西氣東輸工程標(biāo)志著我國(guó)天然氣供應(yīng)商業(yè)化進(jìn)程的開展。上游供氣方與下游燃?xì)馄髽I(yè)之間簽訂的照付不議供氣合同中，除了照付不議氣量外，還有超提氣量、最大日供氣量、最大小時(shí)供氣量和計(jì)劃氣量等諸多條款，以及這些條款對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)條款。燃?xì)夤救绻茨芤勒沾_定購(gòu)氣量提氣，需要按照照付不議或者繳付較高的氣價(jià)，這樣將提高運(yùn)作成本。因此，準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)用氣量以及用氣模式，可以減少燃?xì)馄髽I(yè)不必要的經(jīng)濟(jì)損失，也能保障天然氣產(chǎn)業(yè)鏈的正常、經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)。
②管網(wǎng)設(shè)計(jì)優(yōu)化的基礎(chǔ)
在城市燃?xì)庖?guī)劃、設(shè)計(jì)中需要年供氣量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以便確定系統(tǒng)的配置規(guī)模，計(jì)算項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性和確定建設(shè)所需的資金。在工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段，燃?xì)庳?fù)荷是各種計(jì)算的基礎(chǔ)。對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行靜態(tài)水力計(jì)算時(shí)，則需要知道用氣負(fù)荷的小時(shí)峰值。
③儲(chǔ)氣設(shè)施設(shè)計(jì)的依據(jù)
在儲(chǔ)氣設(shè)施設(shè)計(jì)以及分配管網(wǎng)設(shè)計(jì)或確定制氣設(shè)備能力時(shí)，需要知道用氣負(fù)荷隨時(shí)間變化的規(guī)律。儲(chǔ)氣設(shè)施的儲(chǔ)氣規(guī)模主要取決于工作氣量，所以一定要選擇大小合適的儲(chǔ)氣構(gòu)造，以便提高儲(chǔ)氣設(shè)施的經(jīng)濟(jì)性。
④工程技術(shù)分析的依據(jù)
在進(jìn)行工程技術(shù)問題分析時(shí)，往往要將其放在用氣工況的背景下進(jìn)行研究。如對(duì)輸配系統(tǒng)的有效性分析等。在這樣的一些分析中需要典型化的負(fù)荷變化，而典型化的負(fù)荷模型是從對(duì)已有負(fù)荷數(shù)據(jù)研究的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的。
⑤燃?xì)夤芫W(wǎng)管理現(xiàn)代化的手段
在燃?xì)庀到y(tǒng)中，燃?xì)庳?fù)荷數(shù)據(jù)對(duì)項(xiàng)目的規(guī)劃、工程設(shè)計(jì)中設(shè)施和設(shè)備容量的確定、運(yùn)行與調(diào)度以及工程技術(shù)分析都有著根本的意義。雖然我國(guó)許多城市的燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)都安裝了計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)，但是就其功能來(lái)說，發(fā)揮得還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，如果對(duì)這些資源作更深層次的開發(fā)和應(yīng)用，則必將更充分發(fā)揮其作用，從而進(jìn)一步提高其投資效益。而燃?xì)夤芫W(wǎng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)就是這類待開發(fā)研究的重要內(nèi)容之一。
⑥經(jīng)濟(jì)調(diào)度的依據(jù)
對(duì)城市燃?xì)庀到y(tǒng)來(lái)說，必須對(duì)用戶可靠而經(jīng)濟(jì)的進(jìn)行供氣，以隨時(shí)滿足用戶用氣的需求。同時(shí)還要考慮在確保系統(tǒng)安全的情況下盡量減少儲(chǔ)氣量，降低儲(chǔ)氣成本。
3 預(yù)測(cè)理論
預(yù)測(cè)是對(duì)尚未發(fā)生或目前還不明確的事物進(jìn)行預(yù)先的估計(jì)和推測(cè)，是在一定的理論指導(dǎo)下，以事物發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀為出發(fā)點(diǎn)，以調(diào)查研究數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為依據(jù)，在對(duì)事物發(fā)展過程進(jìn)行深刻的定性分析和嚴(yán)密的計(jì)量基礎(chǔ)上，利用已經(jīng)掌握的知識(shí)和手段，研究并認(rèn)識(shí)事物的發(fā)展變化規(guī)律，進(jìn)而對(duì)事物發(fā)展的未來(lái)變化預(yù)先做出科學(xué)的推測(cè)。預(yù)測(cè)活動(dòng)普遍存在于人類社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，與社會(huì)科學(xué)和自然科學(xué)緊密聯(lián)系。預(yù)測(cè)研究是一種跨學(xué)科、跨領(lǐng)域、跨部門的研究。科學(xué)性預(yù)測(cè)是根據(jù)過去的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)等信息，運(yùn)用一定的程序、方法和模型，分析預(yù)測(cè)對(duì)象與有關(guān)因素的相互聯(lián)系，從而總結(jié)出預(yù)測(cè)對(duì)象的特性和變化規(guī)律。近似預(yù)測(cè)是在事物發(fā)生之前對(duì)其狀態(tài)的估計(jì)和推測(cè)。然而事物的發(fā)展不是簡(jiǎn)單的重復(fù)，總要受到各種不斷變化的因素的影響，因此，事前的預(yù)測(cè)和實(shí)際的結(jié)果往往會(huì)出現(xiàn)一定的偏差，只能是一個(gè)近似值。
4 燃?xì)庳?fù)荷理論
在燃?xì)庑袠I(yè)，燃?xì)庳?fù)荷是各種計(jì)算的基礎(chǔ)。燃?xì)饨K端用戶在一段時(shí)間內(nèi)對(duì)燃?xì)獾男栌眉葱纬扇細(xì)庳?fù)荷。燃?xì)庳?fù)荷和時(shí)間一般都以離散形式取值。燃?xì)庳?fù)荷在一個(gè)時(shí)段內(nèi)隨時(shí)間的變化稱為燃?xì)庑栌霉r，表明了用氣不均勻性。最常用的燃?xì)庳?fù)荷數(shù)據(jù)是其總量、幅值和時(shí)間序列變化。
4.1 燃?xì)庳?fù)荷的特征
燃?xì)庳?fù)荷是由為數(shù)眾多的各類用戶的用氣所構(gòu)成，在燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)中，用氣設(shè)備數(shù)量和類型情況經(jīng)常有所變動(dòng)，不斷有用戶接入，也不排除有用戶撤出。影響燃?xì)庳?fù)荷的各種自然的、社會(huì)的、經(jīng)濟(jì)的條件總處在變化之中，燃?xì)庥镁呋蛟O(shè)備的使用情況是隨機(jī)的。
①隨機(jī)性和統(tǒng)計(jì)特性
從單個(gè)居民用戶看，用氣及用氣量是隨機(jī)的。如一日內(nèi)最高用氣時(shí)段出現(xiàn)的時(shí)刻具有某種頻率分布，而在最高用氣時(shí)段中的用氣量多少，也是一種隨機(jī)變量，近似服從正態(tài)分布。對(duì)于其它類型用戶用氣表現(xiàn)在用氣總體上分別具有分布情況各異的隨機(jī)性。但是數(shù)據(jù)表明國(guó)內(nèi)外若干城市一日之內(nèi)的居民用氣最大小時(shí)流量與日用氣量的比值服從正態(tài)分布。燃?xì)庳?fù)荷具有的隨機(jī)性和統(tǒng)計(jì)特性除在高峰小時(shí)負(fù)荷上表現(xiàn)之外，在日負(fù)荷、月負(fù)荷也有表現(xiàn)。
②擬周期性
中、短期燃?xì)庳?fù)荷在變化形態(tài)上表現(xiàn)有起伏的周期，主要由氣候變化或生活與生產(chǎn)活動(dòng)規(guī)律所致。一些數(shù)字特征重復(fù)出現(xiàn)，但在數(shù)值上并不嚴(yán)格地重復(fù)。對(duì)于這種具有近似周期性的燃?xì)庳?fù)荷參數(shù)，數(shù)學(xué)上可考慮用函數(shù)關(guān)系予以表達(dá)，適合的工具是傅立葉級(jí)數(shù)。
③發(fā)展趨勢(shì)性，
較長(zhǎng)一個(gè)時(shí)段的燃?xì)庳?fù)荷是一個(gè)隨時(shí)間推移的時(shí)間序列，往往具有規(guī)律性的發(fā)展趨勢(shì)。主要是由于用戶數(shù)增長(zhǎng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)較穩(wěn)定發(fā)展的環(huán)境的。對(duì)于這種特性，為描述負(fù)荷的變化趨勢(shì)，多項(xiàng)式擬合、灰色預(yù)測(cè)方法或是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法都是十分有用的工具。
4.2 燃?xì)庳?fù)荷預(yù)測(cè)的特點(diǎn)
燃?xì)庳?fù)荷預(yù)測(cè)按照時(shí)間可分為長(zhǎng)期、中期、短期、四類。長(zhǎng)期預(yù)測(cè)可長(zhǎng)達(dá)10~30年，用于氣源和燃?xì)夤芫W(wǎng)的發(fā)展，需要數(shù)年至數(shù)十年的負(fù)荷值，其目的在于提供宏觀決策的依據(jù)，使燃?xì)夤芫W(wǎng)建設(shè)滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和人民生活水平提高。中期預(yù)測(cè)常為5~6年，可用于后期工程，確定生產(chǎn)能力，安排設(shè)備的更新維修等。短期負(fù)荷預(yù)測(cè)指幾個(gè)月、幾周、幾天、幾小時(shí)，可對(duì)燃?xì)庹{(diào)峰起指導(dǎo)作用，用于安排燃?xì)馍a(chǎn)計(jì)劃，確定燃?xì)獾漠a(chǎn)量、存儲(chǔ)量。
由于負(fù)荷預(yù)測(cè)是根據(jù)負(fù)荷的過去和現(xiàn)在推測(cè)未來(lái)數(shù)據(jù)，所以負(fù)荷預(yù)測(cè)工作所研究的對(duì)象是隨機(jī)事件，需要人們采用適當(dāng)?shù)念A(yù)測(cè)技術(shù)，推測(cè)負(fù)荷的發(fā)展趨勢(shì)，這使得負(fù)荷預(yù)測(cè)具有以下特點(diǎn)：
①不完全準(zhǔn)確性
燃?xì)庳?fù)荷未來(lái)的發(fā)展要受到多種多樣復(fù)雜因素的影響，而且各種影響因素是發(fā)展變化的。人們對(duì)于這些發(fā)展變化有些能夠預(yù)先估計(jì)，有些卻很難預(yù)見到，加上一些臨時(shí)情況發(fā)生變化的影響，這就決定了預(yù)測(cè)結(jié)果的不完全準(zhǔn)確性。
②條件性
各種負(fù)荷預(yù)測(cè)都是在一定條件下做出來(lái)的。對(duì)于條件而言，又可分為必然條件和假設(shè)條件兩種，如果預(yù)測(cè)員真正掌握了燃?xì)庳?fù)荷的本質(zhì)規(guī)律，那么預(yù)測(cè)條件就是必然條件，所做出的預(yù)測(cè)往往比較可靠。而在很多情況下，由于負(fù)荷未來(lái)發(fā)展的不確定性，所以就需要一些假設(shè)條件。
③時(shí)間性
各種預(yù)測(cè)都有一定的時(shí)間范圍，因?yàn)樨?fù)荷預(yù)測(cè)屬于科學(xué)預(yù)測(cè)的范疇，因此，要求有比較確切的數(shù)量概念。
④多方案性
由于預(yù)測(cè)的不準(zhǔn)確性和條件性，所以有時(shí)要求對(duì)負(fù)荷在各種情況下可能的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行預(yù)測(cè)，就會(huì)得到各種條件下不同的預(yù)測(cè)方案。
5 燃?xì)庳?fù)荷預(yù)測(cè)的基本原理
負(fù)荷預(yù)測(cè)工作是根據(jù)燃?xì)庳?fù)荷的變化規(guī)律，預(yù)計(jì)或判斷其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)和狀況的活動(dòng)，以下幾個(gè)負(fù)荷預(yù)測(cè)工作的基本原理既證明了負(fù)荷預(yù)測(cè)的科學(xué)性，又可根據(jù)不同的原理組成不同的預(yù)測(cè)方案，可用于指導(dǎo)負(fù)荷預(yù)測(cè)工作。
①可知性原理
根據(jù)對(duì)象的發(fā)展規(guī)律，未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)和狀況是可以為人們知道的。客觀世界是可以被認(rèn)識(shí)的，人們不但可以認(rèn)識(shí)它的過去和現(xiàn)在，而且可以通過總結(jié)它的過去和現(xiàn)在來(lái)推測(cè)未來(lái)，這也是人們進(jìn)行預(yù)測(cè)活動(dòng)的基本依據(jù)。
②連續(xù)性原理
這也就是前面所說的慣性原理，指預(yù)測(cè)對(duì)象的發(fā)展是一個(gè)連續(xù)統(tǒng)一的過程，其未來(lái)發(fā)展是這個(gè)過程的繼續(xù)。它強(qiáng)調(diào)了預(yù)測(cè)對(duì)象總是從過去發(fā)展到現(xiàn)在，再?gòu)默F(xiàn)在發(fā)展到未來(lái)。它是我們進(jìn)行燃?xì)庳?fù)荷預(yù)測(cè)的主要依據(jù)，也是本文采用ANN預(yù)測(cè)方案的依據(jù)之一。
③相似性原理
客觀世界中有些事物發(fā)展之間存在著相似之處，人們可以利用這種相似性進(jìn)行預(yù)測(cè)。即人們根據(jù)事物已知的發(fā)展過程和狀況，來(lái)預(yù)測(cè)對(duì)象的未來(lái)發(fā)展過程和狀況。
④反饋性原理
反饋性原理就是利用輸出返回到輸入端，再調(diào)節(jié)輸出結(jié)果。預(yù)測(cè)的反饋性原理實(shí)際上是為了提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性而進(jìn)行的反饋調(diào)節(jié)。當(dāng)預(yù)測(cè)結(jié)果和經(jīng)過一段時(shí)間所得的實(shí)際值存在著差距時(shí)，可利用這個(gè)差距，對(duì)遠(yuǎn)期預(yù)測(cè)值進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，以提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。
⑤系統(tǒng)性原理
系統(tǒng)性原理認(rèn)為預(yù)測(cè)對(duì)象是一個(gè)完整的系統(tǒng)，它本身有內(nèi)在的系統(tǒng)，它與外界事物的聯(lián)系又形成了它的外在系統(tǒng)，這些系統(tǒng)綜合成一個(gè)完整的總系統(tǒng)，都要進(jìn)行考慮。預(yù)測(cè)對(duì)象的未來(lái)發(fā)展是系統(tǒng)整體的動(dòng)態(tài)發(fā)展，而且整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)發(fā)展與它的各個(gè)組成部分和影響因素之間的相互作用和相互影響密切相關(guān)。它強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)整體最佳，只有系統(tǒng)整體最佳的預(yù)測(cè)，才是高質(zhì)量的預(yù)測(cè)。
6 燃?xì)庳?fù)荷預(yù)測(cè)的影響因素
①時(shí)間因素
燃?xì)庳?fù)荷的產(chǎn)生源于人們的生產(chǎn)生活活動(dòng)。而人們的生產(chǎn)生活活動(dòng)本身具有固有的周期性，反映到負(fù)荷中即負(fù)荷本身具有較強(qiáng)的周期性，而且是大周期套小周期。負(fù)荷的周期性大致可以分為日負(fù)荷的年度周期、小時(shí)負(fù)荷的日周期、和法定節(jié)假日周期等。隨著季節(jié)性變化量如溫度的變化，負(fù)荷的行為也相應(yīng)進(jìn)行確定的變化；日周期則反映了人們一天工作和生活習(xí)慣，通常在凌晨達(dá)到最低點(diǎn)，到中午和傍晚達(dá)到兩個(gè)高峰；法定節(jié)假日的負(fù)荷則明顯地比平常低，甚至節(jié)假日前后的負(fù)荷行為也要受到影響。節(jié)假日負(fù)荷與平常日相比有很大的變化，如在春節(jié)期間燃?xì)庳?fù)荷曲線便呈現(xiàn)出長(zhǎng)時(shí)間大幅度的變形。
②氣象因素
當(dāng)用戶發(fā)展到一定規(guī)模并趨于穩(wěn)定時(shí)，溫度是影響短期負(fù)荷最主要的因素。例如采暖負(fù)荷具有明顯的季節(jié)性，而且隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，冬季采暖用氣量一直持續(xù)增長(zhǎng)。溫度是對(duì)燃?xì)庳?fù)荷影響最重要的氣候變量，通過對(duì)若干地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)和燃?xì)庳?fù)荷數(shù)據(jù)的相關(guān)性進(jìn)行研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)，燃?xì)庳?fù)荷數(shù)值與氣溫的變化呈嚴(yán)重的負(fù)相關(guān)，也就是說，隨著溫度的降低燃?xì)庳?fù)荷數(shù)值增大。例如冬季的寒流會(huì)使燃?xì)庳?fù)荷急劇增加。同時(shí)，濕度、風(fēng)速、天氣狀況等天氣因素都會(huì)對(duì)負(fù)荷產(chǎn)生相當(dāng)?shù)挠绊?。所以，在?duì)負(fù)荷進(jìn)行建模時(shí)應(yīng)對(duì)天氣因素的影響進(jìn)行細(xì)致的考慮。
③用戶構(gòu)成
燃?xì)庀到y(tǒng)是具有多類用戶的大系統(tǒng)，各類用戶的用氣工況和特點(diǎn)都不相同。隨著燃?xì)鈶?yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，一些新的用戶如燃?xì)馄?、燃?xì)庵比紮C(jī)等用氣量的增多必然會(huì)使負(fù)荷的規(guī)律發(fā)生變化。另外，對(duì)于采暖用戶比例大的城市，其月不均勻系數(shù)必然增大；燃?xì)夤I(yè)用戶比例小的城市，其小時(shí)不均勻性也必然增大；燃?xì)庵比紮C(jī)用戶多的城市，其冬夏最高與最低負(fù)荷比值減小。
④經(jīng)濟(jì)因素
燃?xì)庀到y(tǒng)總是覆蓋著一定的區(qū)域，該區(qū)域的經(jīng)濟(jì)因素，如人口、工業(yè)水平、第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展等都反映了一定的燃?xì)庳?fù)荷需求。經(jīng)濟(jì)發(fā)展也是燃?xì)庀到y(tǒng)負(fù)荷增長(zhǎng)的主要因素。而負(fù)荷的基荷部分往往和系統(tǒng)所在地區(qū)的經(jīng)濟(jì)因素密切相關(guān)。由于一個(gè)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有連續(xù)性，所以在年或季節(jié)的預(yù)測(cè)中應(yīng)考慮該因素，在短期的負(fù)荷預(yù)測(cè)中一般不考慮它們的影響。另外，在能源利用方面，燃?xì)馀c電能之間一直存在競(jìng)爭(zhēng)問題，燃?xì)鈨r(jià)格是燃?xì)庠诔鞘兄惺褂玫闹匾绊懸蛩亍?br> ⑤隨機(jī)因素
其它大量引起負(fù)荷變化的隨機(jī)因素也經(jīng)常存在，由于系統(tǒng)是由許多獨(dú)立的用戶所組成，而很多用戶的負(fù)荷行為是隨機(jī)的，因此系統(tǒng)負(fù)荷也具有一定的隨機(jī)性。一些特殊事件如大負(fù)荷用戶的用氣調(diào)整等都會(huì)對(duì)燃?xì)庳?fù)荷產(chǎn)生較大的影響對(duì)于燃?xì)馄髽I(yè)來(lái)說，燃?xì)庳?fù)荷預(yù)測(cè)是一個(gè)完整的理論體系。
7 結(jié)論
燃?xì)庳?fù)荷預(yù)測(cè)涉及到供氣系統(tǒng)的安全性、可靠性和燃?xì)夤窘?jīng)濟(jì)效益等諸多方面的因素。不論是優(yōu)化設(shè)計(jì)，還是優(yōu)化運(yùn)行，首要解決的是對(duì)天然氣用氣負(fù)荷進(jìn)行科學(xué)的預(yù)測(cè)問題和在安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的條件下滿足城市用氣要求的調(diào)峰問題，而調(diào)峰問題是燃?xì)庥脷庳?fù)荷問題的再現(xiàn)，因此城市燃?xì)庳?fù)荷的研究為燃?xì)夤芫W(wǎng)規(guī)劃提供依據(jù)和對(duì)長(zhǎng)輸管線優(yōu)化運(yùn)行都有重要意義。在進(jìn)行燃?xì)庀到y(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)時(shí)，我們應(yīng)該按照以下步驟：確定燃?xì)庀到y(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)的內(nèi)容(年度負(fù)荷、月度負(fù)荷、日負(fù)荷或者小時(shí)負(fù)荷)，搜集相應(yīng)的歷史數(shù)據(jù)等材料；分析整理統(tǒng)計(jì)資料，使其具有正確性、完整性、可比性和連慣性，能夠反映負(fù)荷發(fā)展的規(guī)律性；選擇適合于預(yù)測(cè)對(duì)象的預(yù)測(cè)模型；用預(yù)測(cè)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。
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關(guān)鍵詞：城市燃?xì)?；?fù)荷預(yù)測(cè)；預(yù)測(cè)系統(tǒng)；
SONG Han-cheng1，LIU Feng2，ZHANG Ying3
(1. R&D Center of PetroChina Pipeline，Langfang，065000，China；3. Oil port filiale of Qingdao port，Qingdao 266500，China；4. Oil product dock of Dalian port，Dalian 116013，China)
Abstract：It is a very important research task to understand the gas-consumptive orderliness and forecast city gas load，for one hand，it will affect the planning of city gas pipe network，on the other hand，it is connected to the investment benefits and security of entire natural gas pipelines，and it’s meaningful for city gas optimizing attemperation and gas pipeline optimizing operation，which builds the important foundations for enriching and improving the theory and technology of gas delivery，and is helpful to convert the theory and technology for med initially in the field into the practice.
Keywords：City gas； load forecasting； forecasting system；
0 引言
在燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)中，燃?xì)庳?fù)荷數(shù)據(jù)對(duì)項(xiàng)目規(guī)劃、工程設(shè)計(jì)、管網(wǎng)運(yùn)行與調(diào)度以及工程經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析都有著根本意義。生產(chǎn)運(yùn)行中各時(shí)段的負(fù)荷預(yù)測(cè)，可提供氣源生產(chǎn)計(jì)劃，是實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)檢修計(jì)劃、輸配調(diào)度的基礎(chǔ)。準(zhǔn)確及時(shí)的負(fù)荷預(yù)測(cè)，可優(yōu)化輸配調(diào)度，提高運(yùn)行效率，節(jié)約能源，降低成本。燃?xì)庳?fù)荷預(yù)測(cè)對(duì)天然氣 “照付不議”銷售合同有著極大的影響。按照國(guó)際慣例，“照付不議”是指在某一合同年內(nèi)，若買方?jīng)]有用完該合同年的照付不議量，對(duì)這部分燃?xì)饬浚I方也應(yīng)支付。這就要求買方做好照付不議負(fù)荷量的預(yù)測(cè)。若預(yù)測(cè)值偏大，則造成直接經(jīng)濟(jì)損失，若偏小，又不能滿足用戶用氣量需求和進(jìn)一步的市場(chǎng)開發(fā)，不利于燃?xì)馐聵I(yè)的健康發(fā)展。
1 燃?xì)庳?fù)荷預(yù)測(cè)的現(xiàn)狀
國(guó)外在20世紀(jì)末由丹麥的ESI(Energy Solutions International)能源集團(tuán)公司開始研究城市燃?xì)夤芫W(wǎng)負(fù)荷的預(yù)測(cè)。該公司提出了采用時(shí)間序列分析等方法進(jìn)行預(yù)測(cè)的數(shù)學(xué)模型，并成功應(yīng)用于世界多個(gè)大型管線輸氣公司的管理系統(tǒng)，其中美國(guó)的殼牌公司使用該模型進(jìn)行管理，每年能節(jié)約70萬(wàn)英鎊。佛羅里達(dá)天然氣公司使用該模型后，每年能節(jié)約16%的壓縮機(jī)燃料費(fèi)，提高了1.7%的輸氣量。北美管道燃?xì)夤芾砣藛T稱該模型在6個(gè)月內(nèi)為他們節(jié)約了250萬(wàn)美元的運(yùn)行費(fèi)用。最近，ESI能源集團(tuán)公司在美國(guó)、印度、英國(guó)、加拿大等國(guó)家設(shè)立了分公司，并且開始研究新的預(yù)測(cè)模型理論?？傊?，發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)燃?xì)夤芫W(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)的研究已達(dá)到了較高水平，并取得了成功的應(yīng)用。
國(guó)內(nèi)對(duì)城市燃?xì)庳?fù)荷的預(yù)測(cè)研究進(jìn)展較為緩慢，在上個(gè)世紀(jì)80年代，上海煤氣公司就與上海交通大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)合作研究上海市燃?xì)庳?fù)荷預(yù)測(cè)的問題。1998年天津大學(xué)提出了采用時(shí)間序列分析法建立多種負(fù)荷預(yù)測(cè)模型，對(duì)城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的短期負(fù)荷進(jìn)行了預(yù)測(cè)，討論了用三角函數(shù)模型進(jìn)行日負(fù)荷預(yù)測(cè)的問題。1999年，錢凱等從我國(guó)天然氣現(xiàn)狀出發(fā)，詳細(xì)介紹了數(shù)字模型和情景分析兩個(gè)方面的天然氣預(yù)測(cè)方法，通過具體事例比較各種預(yù)測(cè)方法預(yù)測(cè)精度和效果。2001年，肖文暉等人提出了燃?xì)庑r(shí)負(fù)荷的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)方法，能滿足一般調(diào)度的要求。同年哈爾濱工業(yè)大學(xué)提出了用灰色理論解決城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的短期負(fù)荷預(yù)測(cè)問題，提出動(dòng)態(tài)等維遞補(bǔ)灰色預(yù)測(cè)模型對(duì)燃?xì)獾闹虚L(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)有較好的適應(yīng)性，且精度較高。焦文玲等針對(duì)日負(fù)荷在全年范圍內(nèi)明顯受季節(jié)溫度變化的影響，采用指數(shù)平滑法建立日負(fù)荷預(yù)測(cè)模型，得到了較為滿意的結(jié)果。2003年，楊昭等針對(duì)天然氣管網(wǎng)負(fù)荷變化的特點(diǎn)，提出了用模糊邏輯和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)預(yù)測(cè)天然氣管網(wǎng)的負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)的雙重調(diào)節(jié)，大大提高了訓(xùn)練的速度和預(yù)測(cè)的精度。
2 燃?xì)庳?fù)荷預(yù)測(cè)的作用
①提供簽訂“燃?xì)夤╀N合同”的基礎(chǔ)資料
西氣東輸工程標(biāo)志著我國(guó)天然氣供應(yīng)商業(yè)化進(jìn)程的開展。上游供氣方與下游燃?xì)馄髽I(yè)之間簽訂的照付不議供氣合同中，除了照付不議氣量外，還有超提氣量、最大日供氣量、最大小時(shí)供氣量和計(jì)劃氣量等諸多條款，以及這些條款對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)條款。燃?xì)夤救绻茨芤勒沾_定購(gòu)氣量提氣，需要按照照付不議或者繳付較高的氣價(jià)，這樣將提高運(yùn)作成本。因此，準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)用氣量以及用氣模式，可以減少燃?xì)馄髽I(yè)不必要的經(jīng)濟(jì)損失，也能保障天然氣產(chǎn)業(yè)鏈的正常、經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)。
②管網(wǎng)設(shè)計(jì)優(yōu)化的基礎(chǔ)
在城市燃?xì)庖?guī)劃、設(shè)計(jì)中需要年供氣量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以便確定系統(tǒng)的配置規(guī)模，計(jì)算項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性和確定建設(shè)所需的資金。在工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段，燃?xì)庳?fù)荷是各種計(jì)算的基礎(chǔ)。對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行靜態(tài)水力計(jì)算時(shí)，則需要知道用氣負(fù)荷的小時(shí)峰值。
③儲(chǔ)氣設(shè)施設(shè)計(jì)的依據(jù)
在儲(chǔ)氣設(shè)施設(shè)計(jì)以及分配管網(wǎng)設(shè)計(jì)或確定制氣設(shè)備能力時(shí)，需要知道用氣負(fù)荷隨時(shí)間變化的規(guī)律。儲(chǔ)氣設(shè)施的儲(chǔ)氣規(guī)模主要取決于工作氣量，所以一定要選擇大小合適的儲(chǔ)氣構(gòu)造，以便提高儲(chǔ)氣設(shè)施的經(jīng)濟(jì)性。
④工程技術(shù)分析的依據(jù)
在進(jìn)行工程技術(shù)問題分析時(shí)，往往要將其放在用氣工況的背景下進(jìn)行研究。如對(duì)輸配系統(tǒng)的有效性分析等。在這樣的一些分析中需要典型化的負(fù)荷變化，而典型化的負(fù)荷模型是從對(duì)已有負(fù)荷數(shù)據(jù)研究的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的。
⑤燃?xì)夤芫W(wǎng)管理現(xiàn)代化的手段
在燃?xì)庀到y(tǒng)中，燃?xì)庳?fù)荷數(shù)據(jù)對(duì)項(xiàng)目的規(guī)劃、工程設(shè)計(jì)中設(shè)施和設(shè)備容量的確定、運(yùn)行與調(diào)度以及工程技術(shù)分析都有著根本的意義。雖然我國(guó)許多城市的燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)都安裝了計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)，但是就其功能來(lái)說，發(fā)揮得還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，如果對(duì)這些資源作更深層次的開發(fā)和應(yīng)用，則必將更充分發(fā)揮其作用，從而進(jìn)一步提高其投資效益。而燃?xì)夤芫W(wǎng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)就是這類待開發(fā)研究的重要內(nèi)容之一。
⑥經(jīng)濟(jì)調(diào)度的依據(jù)
對(duì)城市燃?xì)庀到y(tǒng)來(lái)說，必須對(duì)用戶可靠而經(jīng)濟(jì)的進(jìn)行供氣，以隨時(shí)滿足用戶用氣的需求。同時(shí)還要考慮在確保系統(tǒng)安全的情況下盡量減少儲(chǔ)氣量，降低儲(chǔ)氣成本。
3 預(yù)測(cè)理論
預(yù)測(cè)是對(duì)尚未發(fā)生或目前還不明確的事物進(jìn)行預(yù)先的估計(jì)和推測(cè)，是在一定的理論指導(dǎo)下，以事物發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀為出發(fā)點(diǎn)，以調(diào)查研究數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為依據(jù)，在對(duì)事物發(fā)展過程進(jìn)行深刻的定性分析和嚴(yán)密的計(jì)量基礎(chǔ)上，利用已經(jīng)掌握的知識(shí)和手段，研究并認(rèn)識(shí)事物的發(fā)展變化規(guī)律，進(jìn)而對(duì)事物發(fā)展的未來(lái)變化預(yù)先做出科學(xué)的推測(cè)。預(yù)測(cè)活動(dòng)普遍存在于人類社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，與社會(huì)科學(xué)和自然科學(xué)緊密聯(lián)系。預(yù)測(cè)研究是一種跨學(xué)科、跨領(lǐng)域、跨部門的研究。科學(xué)性預(yù)測(cè)是根據(jù)過去的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)等信息，運(yùn)用一定的程序、方法和模型，分析預(yù)測(cè)對(duì)象與有關(guān)因素的相互聯(lián)系，從而總結(jié)出預(yù)測(cè)對(duì)象的特性和變化規(guī)律。近似預(yù)測(cè)是在事物發(fā)生之前對(duì)其狀態(tài)的估計(jì)和推測(cè)。然而事物的發(fā)展不是簡(jiǎn)單的重復(fù)，總要受到各種不斷變化的因素的影響，因此，事前的預(yù)測(cè)和實(shí)際的結(jié)果往往會(huì)出現(xiàn)一定的偏差，只能是一個(gè)近似值。
4 燃?xì)庳?fù)荷理論
在燃?xì)庑袠I(yè)，燃?xì)庳?fù)荷是各種計(jì)算的基礎(chǔ)。燃?xì)饨K端用戶在一段時(shí)間內(nèi)對(duì)燃?xì)獾男栌眉葱纬扇細(xì)庳?fù)荷。燃?xì)庳?fù)荷和時(shí)間一般都以離散形式取值。燃?xì)庳?fù)荷在一個(gè)時(shí)段內(nèi)隨時(shí)間的變化稱為燃?xì)庑栌霉r，表明了用氣不均勻性。最常用的燃?xì)庳?fù)荷數(shù)據(jù)是其總量、幅值和時(shí)間序列變化。
4.1 燃?xì)庳?fù)荷的特征
燃?xì)庳?fù)荷是由為數(shù)眾多的各類用戶的用氣所構(gòu)成，在燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)中，用氣設(shè)備數(shù)量和類型情況經(jīng)常有所變動(dòng)，不斷有用戶接入，也不排除有用戶撤出。影響燃?xì)庳?fù)荷的各種自然的、社會(huì)的、經(jīng)濟(jì)的條件總處在變化之中，燃?xì)庥镁呋蛟O(shè)備的使用情況是隨機(jī)的。
①隨機(jī)性和統(tǒng)計(jì)特性
從單個(gè)居民用戶看，用氣及用氣量是隨機(jī)的。如一日內(nèi)最高用氣時(shí)段出現(xiàn)的時(shí)刻具有某種頻率分布，而在最高用氣時(shí)段中的用氣量多少，也是一種隨機(jī)變量，近似服從正態(tài)分布。對(duì)于其它類型用戶用氣表現(xiàn)在用氣總體上分別具有分布情況各異的隨機(jī)性。但是數(shù)據(jù)表明國(guó)內(nèi)外若干城市一日之內(nèi)的居民用氣最大小時(shí)流量與日用氣量的比值服從正態(tài)分布。燃?xì)庳?fù)荷具有的隨機(jī)性和統(tǒng)計(jì)特性除在高峰小時(shí)負(fù)荷上表現(xiàn)之外，在日負(fù)荷、月負(fù)荷也有表現(xiàn)。
②擬周期性
中、短期燃?xì)庳?fù)荷在變化形態(tài)上表現(xiàn)有起伏的周期，主要由氣候變化或生活與生產(chǎn)活動(dòng)規(guī)律所致。一些數(shù)字特征重復(fù)出現(xiàn)，但在數(shù)值上并不嚴(yán)格地重復(fù)。對(duì)于這種具有近似周期性的燃?xì)庳?fù)荷參數(shù)，數(shù)學(xué)上可考慮用函數(shù)關(guān)系予以表達(dá)，適合的工具是傅立葉級(jí)數(shù)。
③發(fā)展趨勢(shì)性，
較長(zhǎng)一個(gè)時(shí)段的燃?xì)庳?fù)荷是一個(gè)隨時(shí)間推移的時(shí)間序列，往往具有規(guī)律性的發(fā)展趨勢(shì)。主要是由于用戶數(shù)增長(zhǎng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)較穩(wěn)定發(fā)展的環(huán)境的。對(duì)于這種特性，為描述負(fù)荷的變化趨勢(shì)，多項(xiàng)式擬合、灰色預(yù)測(cè)方法或是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法都是十分有用的工具。
4.2 燃?xì)庳?fù)荷預(yù)測(cè)的特點(diǎn)
燃?xì)庳?fù)荷預(yù)測(cè)按照時(shí)間可分為長(zhǎng)期、中期、短期、四類。長(zhǎng)期預(yù)測(cè)可長(zhǎng)達(dá)10~30年，用于氣源和燃?xì)夤芫W(wǎng)的發(fā)展，需要數(shù)年至數(shù)十年的負(fù)荷值，其目的在于提供宏觀決策的依據(jù)，使燃?xì)夤芫W(wǎng)建設(shè)滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和人民生活水平提高。中期預(yù)測(cè)常為5~6年，可用于后期工程，確定生產(chǎn)能力，安排設(shè)備的更新維修等。短期負(fù)荷預(yù)測(cè)指幾個(gè)月、幾周、幾天、幾小時(shí)，可對(duì)燃?xì)庹{(diào)峰起指導(dǎo)作用，用于安排燃?xì)馍a(chǎn)計(jì)劃，確定燃?xì)獾漠a(chǎn)量、存儲(chǔ)量。
由于負(fù)荷預(yù)測(cè)是根據(jù)負(fù)荷的過去和現(xiàn)在推測(cè)未來(lái)數(shù)據(jù)，所以負(fù)荷預(yù)測(cè)工作所研究的對(duì)象是隨機(jī)事件，需要人們采用適當(dāng)?shù)念A(yù)測(cè)技術(shù)，推測(cè)負(fù)荷的發(fā)展趨勢(shì)，這使得負(fù)荷預(yù)測(cè)具有以下特點(diǎn)：
①不完全準(zhǔn)確性
燃?xì)庳?fù)荷未來(lái)的發(fā)展要受到多種多樣復(fù)雜因素的影響，而且各種影響因素是發(fā)展變化的。人們對(duì)于這些發(fā)展變化有些能夠預(yù)先估計(jì)，有些卻很難預(yù)見到，加上一些臨時(shí)情況發(fā)生變化的影響，這就決定了預(yù)測(cè)結(jié)果的不完全準(zhǔn)確性。
②條件性
各種負(fù)荷預(yù)測(cè)都是在一定條件下做出來(lái)的。對(duì)于條件而言，又可分為必然條件和假設(shè)條件兩種，如果預(yù)測(cè)員真正掌握了燃?xì)庳?fù)荷的本質(zhì)規(guī)律，那么預(yù)測(cè)條件就是必然條件，所做出的預(yù)測(cè)往往比較可靠。而在很多情況下，由于負(fù)荷未來(lái)發(fā)展的不確定性，所以就需要一些假設(shè)條件。
③時(shí)間性
各種預(yù)測(cè)都有一定的時(shí)間范圍，因?yàn)樨?fù)荷預(yù)測(cè)屬于科學(xué)預(yù)測(cè)的范疇，因此，要求有比較確切的數(shù)量概念。
④多方案性
由于預(yù)測(cè)的不準(zhǔn)確性和條件性，所以有時(shí)要求對(duì)負(fù)荷在各種情況下可能的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行預(yù)測(cè)，就會(huì)得到各種條件下不同的預(yù)測(cè)方案。
5 燃?xì)庳?fù)荷預(yù)測(cè)的基本原理
負(fù)荷預(yù)測(cè)工作是根據(jù)燃?xì)庳?fù)荷的變化規(guī)律，預(yù)計(jì)或判斷其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)和狀況的活動(dòng)，以下幾個(gè)負(fù)荷預(yù)測(cè)工作的基本原理既證明了負(fù)荷預(yù)測(cè)的科學(xué)性，又可根據(jù)不同的原理組成不同的預(yù)測(cè)方案，可用于指導(dǎo)負(fù)荷預(yù)測(cè)工作。
①可知性原理
根據(jù)對(duì)象的發(fā)展規(guī)律，未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)和狀況是可以為人們知道的。客觀世界是可以被認(rèn)識(shí)的，人們不但可以認(rèn)識(shí)它的過去和現(xiàn)在，而且可以通過總結(jié)它的過去和現(xiàn)在來(lái)推測(cè)未來(lái)，這也是人們進(jìn)行預(yù)測(cè)活動(dòng)的基本依據(jù)。
②連續(xù)性原理
這也就是前面所說的慣性原理，指預(yù)測(cè)對(duì)象的發(fā)展是一個(gè)連續(xù)統(tǒng)一的過程，其未來(lái)發(fā)展是這個(gè)過程的繼續(xù)。它強(qiáng)調(diào)了預(yù)測(cè)對(duì)象總是從過去發(fā)展到現(xiàn)在，再?gòu)默F(xiàn)在發(fā)展到未來(lái)。它是我們進(jìn)行燃?xì)庳?fù)荷預(yù)測(cè)的主要依據(jù)，也是本文采用ANN預(yù)測(cè)方案的依據(jù)之一。
③相似性原理
客觀世界中有些事物發(fā)展之間存在著相似之處，人們可以利用這種相似性進(jìn)行預(yù)測(cè)。即人們根據(jù)事物已知的發(fā)展過程和狀況，來(lái)預(yù)測(cè)對(duì)象的未來(lái)發(fā)展過程和狀況。
④反饋性原理
反饋性原理就是利用輸出返回到輸入端，再調(diào)節(jié)輸出結(jié)果。預(yù)測(cè)的反饋性原理實(shí)際上是為了提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性而進(jìn)行的反饋調(diào)節(jié)。當(dāng)預(yù)測(cè)結(jié)果和經(jīng)過一段時(shí)間所得的實(shí)際值存在著差距時(shí)，可利用這個(gè)差距，對(duì)遠(yuǎn)期預(yù)測(cè)值進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，以提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。
⑤系統(tǒng)性原理
系統(tǒng)性原理認(rèn)為預(yù)測(cè)對(duì)象是一個(gè)完整的系統(tǒng)，它本身有內(nèi)在的系統(tǒng)，它與外界事物的聯(lián)系又形成了它的外在系統(tǒng)，這些系統(tǒng)綜合成一個(gè)完整的總系統(tǒng)，都要進(jìn)行考慮。預(yù)測(cè)對(duì)象的未來(lái)發(fā)展是系統(tǒng)整體的動(dòng)態(tài)發(fā)展，而且整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)發(fā)展與它的各個(gè)組成部分和影響因素之間的相互作用和相互影響密切相關(guān)。它強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)整體最佳，只有系統(tǒng)整體最佳的預(yù)測(cè)，才是高質(zhì)量的預(yù)測(cè)。
6 燃?xì)庳?fù)荷預(yù)測(cè)的影響因素
①時(shí)間因素
燃?xì)庳?fù)荷的產(chǎn)生源于人們的生產(chǎn)生活活動(dòng)。而人們的生產(chǎn)生活活動(dòng)本身具有固有的周期性，反映到負(fù)荷中即負(fù)荷本身具有較強(qiáng)的周期性，而且是大周期套小周期。負(fù)荷的周期性大致可以分為日負(fù)荷的年度周期、小時(shí)負(fù)荷的日周期、和法定節(jié)假日周期等。隨著季節(jié)性變化量如溫度的變化，負(fù)荷的行為也相應(yīng)進(jìn)行確定的變化；日周期則反映了人們一天工作和生活習(xí)慣，通常在凌晨達(dá)到最低點(diǎn)，到中午和傍晚達(dá)到兩個(gè)高峰；法定節(jié)假日的負(fù)荷則明顯地比平常低，甚至節(jié)假日前后的負(fù)荷行為也要受到影響。節(jié)假日負(fù)荷與平常日相比有很大的變化，如在春節(jié)期間燃?xì)庳?fù)荷曲線便呈現(xiàn)出長(zhǎng)時(shí)間大幅度的變形。
②氣象因素
當(dāng)用戶發(fā)展到一定規(guī)模并趨于穩(wěn)定時(shí)，溫度是影響短期負(fù)荷最主要的因素。例如采暖負(fù)荷具有明顯的季節(jié)性，而且隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，冬季采暖用氣量一直持續(xù)增長(zhǎng)。溫度是對(duì)燃?xì)庳?fù)荷影響最重要的氣候變量，通過對(duì)若干地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)和燃?xì)庳?fù)荷數(shù)據(jù)的相關(guān)性進(jìn)行研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)，燃?xì)庳?fù)荷數(shù)值與氣溫的變化呈嚴(yán)重的負(fù)相關(guān)，也就是說，隨著溫度的降低燃?xì)庳?fù)荷數(shù)值增大。例如冬季的寒流會(huì)使燃?xì)庳?fù)荷急劇增加。同時(shí)，濕度、風(fēng)速、天氣狀況等天氣因素都會(huì)對(duì)負(fù)荷產(chǎn)生相當(dāng)?shù)挠绊?。所以，在?duì)負(fù)荷進(jìn)行建模時(shí)應(yīng)對(duì)天氣因素的影響進(jìn)行細(xì)致的考慮。
③用戶構(gòu)成
燃?xì)庀到y(tǒng)是具有多類用戶的大系統(tǒng)，各類用戶的用氣工況和特點(diǎn)都不相同。隨著燃?xì)鈶?yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，一些新的用戶如燃?xì)馄?、燃?xì)庵比紮C(jī)等用氣量的增多必然會(huì)使負(fù)荷的規(guī)律發(fā)生變化。另外，對(duì)于采暖用戶比例大的城市，其月不均勻系數(shù)必然增大；燃?xì)夤I(yè)用戶比例小的城市，其小時(shí)不均勻性也必然增大；燃?xì)庵比紮C(jī)用戶多的城市，其冬夏最高與最低負(fù)荷比值減小。
④經(jīng)濟(jì)因素
燃?xì)庀到y(tǒng)總是覆蓋著一定的區(qū)域，該區(qū)域的經(jīng)濟(jì)因素，如人口、工業(yè)水平、第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展等都反映了一定的燃?xì)庳?fù)荷需求。經(jīng)濟(jì)發(fā)展也是燃?xì)庀到y(tǒng)負(fù)荷增長(zhǎng)的主要因素。而負(fù)荷的基荷部分往往和系統(tǒng)所在地區(qū)的經(jīng)濟(jì)因素密切相關(guān)。由于一個(gè)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有連續(xù)性，所以在年或季節(jié)的預(yù)測(cè)中應(yīng)考慮該因素，在短期的負(fù)荷預(yù)測(cè)中一般不考慮它們的影響。另外，在能源利用方面，燃?xì)馀c電能之間一直存在競(jìng)爭(zhēng)問題，燃?xì)鈨r(jià)格是燃?xì)庠诔鞘兄惺褂玫闹匾绊懸蛩亍?br> ⑤隨機(jī)因素
其它大量引起負(fù)荷變化的隨機(jī)因素也經(jīng)常存在，由于系統(tǒng)是由許多獨(dú)立的用戶所組成，而很多用戶的負(fù)荷行為是隨機(jī)的，因此系統(tǒng)負(fù)荷也具有一定的隨機(jī)性。一些特殊事件如大負(fù)荷用戶的用氣調(diào)整等都會(huì)對(duì)燃?xì)庳?fù)荷產(chǎn)生較大的影響對(duì)于燃?xì)馄髽I(yè)來(lái)說，燃?xì)庳?fù)荷預(yù)測(cè)是一個(gè)完整的理論體系。
7 結(jié)論
燃?xì)庳?fù)荷預(yù)測(cè)涉及到供氣系統(tǒng)的安全性、可靠性和燃?xì)夤窘?jīng)濟(jì)效益等諸多方面的因素。不論是優(yōu)化設(shè)計(jì)，還是優(yōu)化運(yùn)行，首要解決的是對(duì)天然氣用氣負(fù)荷進(jìn)行科學(xué)的預(yù)測(cè)問題和在安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的條件下滿足城市用氣要求的調(diào)峰問題，而調(diào)峰問題是燃?xì)庥脷庳?fù)荷問題的再現(xiàn)，因此城市燃?xì)庳?fù)荷的研究為燃?xì)夤芫W(wǎng)規(guī)劃提供依據(jù)和對(duì)長(zhǎng)輸管線優(yōu)化運(yùn)行都有重要意義。在進(jìn)行燃?xì)庀到y(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)時(shí)，我們應(yīng)該按照以下步驟：確定燃?xì)庀到y(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)的內(nèi)容(年度負(fù)荷、月度負(fù)荷、日負(fù)荷或者小時(shí)負(fù)荷)，搜集相應(yīng)的歷史數(shù)據(jù)等材料；分析整理統(tǒng)計(jì)資料，使其具有正確性、完整性、可比性和連慣性，能夠反映負(fù)荷發(fā)展的規(guī)律性；選擇適合于預(yù)測(cè)對(duì)象的預(yù)測(cè)模型；用預(yù)測(cè)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。
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