Начала переменного тока

Т.А. ФИЛИППОВА, А.Г. РУСИНА,

Ю.В. ДРОНОВА

МОДЕЛИ И МЕТОДЫ 
ПРОГНОЗИРОВАНИЯ 

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И МОЩНОСТИ 

ПРИ УПРАВЛЕНИИ РЕЖИМАМИ 

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ 

СИСТЕМ

Монография

НОВОСИБИРСК

2009

УДК 621.311.004.13

Ф 534

Рецензенты:

Г.И. Самородов д-р техн. наук, профессор, начальник отдела 

экспертов, заместитель директора СибНИИ Энергетики;
Ю.А. Секретарев, д-р техн. наук, профессор, заведующий 
кафедрой систем электроснабжения предприятий, НГТУ

Филиппова Т.А.

Ф 534
Модели и методы прогнозирования электроэнергии и мощно
сти при управлении режимами электроэнергетических систем : 
монография / Т.А. Филиппова, А.Г. Русина, Ю.В. Дронова. –
Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2009. – 368 с. (Серия «Монографии 
НГТУ»).

ISBN 978-5-7782-1235-0

В энергетике прогнозированию всегда уделяется большое внимание. В ра
боте рассматриваются основные задачи прогнозирования при управлении режимами энергосистем и их формализации на основе сочетания математических 
и практических методов, а также задачи долгосрочного и краткосрочного планирования и адаптации планов. Даются общие методологические принципы 
моделирования задач прогнозирования. Основное внимание уделяется статистическим моделям и математическим методам прогнозирования. В различных 
задачах используются методы временных рядов, регрессионного анализа, ранговые модели, методы вероятностного и статистического анализа. Приводятся 
методики и численные примеры решения различных задач прогнозирования. 
Все модели ориентированы на применение компьютерных технологий.

УДК 621.311.004.13

ISBN 978-5-7782-1235-0
©   Филиппова Т.А., Русина А.Г., 

Дронова Ю.В., 2009

©   Новосибирский государственный

технический университет, 2009

Ministry of Education and Science of the Russian Federation

NOVOSIBIRSK STATE TECHNICAL UNIVERSITY

T.A. FILIPPOVA, A.G. RUSINA, 

YU.V. DRONOVA

MODELS AND METHODS 

OF ELECTRIC ENERGY AND POWER 
FORECASTING IN POWER SYSTEM 

OPERATION MANAGEMENT

Monograph

NOVOSIBIRSK

2009

UDC 621.311.004.13

F 534

Reviewers:

Prof. G.I. Samorodov, D.Sc. (Eng.), Department of Experts, head, 

Siberian Research Institute of Energy, Deputy Director;

Prof. Yu.A. Secretarev, D.Sc. (Eng.), NSTU Department of Enterprise Pow
er Supply Systems, Head

Filippova T.A.

F 534
Models and methods of electric energy and power forecasting in 

power system operation management: monograph / T.A. Filippova, 
A.G. Rusina, Yu.V. Dronova. – Novosibirsk : NSTU publisher, 
2009. – 368 pp. (NSTU Monographs series)

ISBN 978-5-7782-1235-0

Much attention has always been paid to forecasting in power engineering. Major 

problems of forecasting in power system operation management and their formalization based on both mathematical and practical methods as well as problems of longterm and short-term planning and adaptation of plans are considered in the monograph. General methodological principles of the simulation of forecasting problems 
are presented. Main attention is given to statistical models and mathematical methods of forecasting. Methods of time series, regression analysis, probabilistic and 
statistical analyses and rank models are used to solve various problems. Methods and 
numerical examples of solving numerous problems of forecasting are described. All 
the models are based on computer technologies.

UDC 621.311.004.13

ISBN 978-5-7782-1235-0
©   Filippova T.A., Rusina A.G, 

Dronova Yu.V., 2009

©   Novosibirsk State Technical 

University, 2009

ПРЕДИСЛОВИЕ

Прогнозированию мощности и выработки электроэнергии в энерге
тике всегда уделялось большое внимание. В любой книге по управлению развитием энергетики, эксплуатации энергетических объектов, 
управлению режимами электрических станций и электрических систем в 
большей или меньшей степени рассматриваются вопросы прогнозирования мощности и электроэнергии. Большое внимание уделяется этим 
вопросам в трудах Д.А. Арзамасцева, П.И. Бартоломея, В.А. Веникова, 
Н.И. Воропая, А.З. Гамма, Л.А. Мелентьева, А.А. Макарова, А.С. Некрасова, В.Ф. Тимченко, Т.А. Филипповой, Е.В. Цветкова и многих других 
авторов.

В этих работах рассматриваются три основных направления данной 

проблемы.

Первое – прогнозирование электропотребления и мощности нагруз
ки при развитии энергетики как основа выбора стратегий развития 
энергетики.

Второе – прогнозирование мощности и выработки электроэнергии 

при управлении режимами электростанций, электрических сетей и 
энергетических систем. Прогнозы являются основой энергетических 
балансов мощности и выработки электроэнергии.

Третье – определение мощности при проектировании и выборе обо
рудования, машин, механизмов, систем и средств управления режимами. 
В настоящей работе последнее направление не рассматривается.

Почему же возникла потребность в написании данной книги? Глав
ной причиной является раздробленность материала. Чтобы изучить его 
по литературным источникам, требуется огромная и многолетняя работа. И для студентов вузов, и для инженеров-практиков, и даже для 
научных работников она чрезвычайно трудна. Вместе с тем сейчас потребность в хороших знаниях по прогнозированию многократно увеличилась, по сравнению с периодом до 1990, когда и была написана 
основная литература. После 1990 г. литературы подобной направленности мало и в основном она отражена в периодической печати или 
инструктивных отраслевых материалах. Кроме того, авторами получены новые результаты по прогнозированию графиков нагрузки и электропотребления, которые дополняют и развивают предшествующие 
разработки.

ПРЕДИСЛОВИЕ
8

Условия развития и функционирования предприятий и объектов 

энергетики изменились. Если в СССР энергетика являлась базовой отраслью государства, то сейчас энергетика – сфера бизнеса. От прогнозов мощности и электроэнергии в отрасли зависят:

•
инвестиционная политика;

•
инновационная политика;

•
коммерческий успех предприятий электроэнергетического рынка;

•
производственная, технологическая и техническая деятельность.

В масштабах государства от прогнозов электроэнергетики зависят:
•
макроэкономические проблемы государства;

•
энергетическая безопасность;

•
социальные условия жизни населения;

•
политическое положение на мировом уровне и др.

Конечно, невозможно в одной книге рассмотреть все аспекты 

этой проблемы. Авторы поставили перед собой скромную задачу. 
Во-первых, акцентировать внимание на проблеме прогнозирования в 
энергетике. Во-вторых, уделить главное внимание прогнозированию 
электроэнергии и мощности, поскольку они являются базовыми параметрами при проектировании и эксплуатации энергетических объектов 
и предприятий. В-третьих – дать ряд моделей и методов, как основу 
методологии и принципов решения разнообразных прогностических 
задач. В-четвертых – предложить ряд моделей и методов для конкретных задач с использованием современных математических возможностей прогнозирования и информационных компьютерных технологий.

В книге широко использованы литературные источники и личные 

разработки авторов. Библиография по всем вопросам не приводится, 
так как она включает сотни наименований. В список литературы 
включены только фундаментальные теоретические работы, и те, из которых заимствован материал или идеи, а также небольшая часть авторских работ.

Материал книги разбит на два раздела.
1. Первый – это общие положения по роли прогнозирования в 

управлении производственным процессом предприятия. Основное 
внимание уделено планированию как главной функции управления 
деятельностью отрасли и предприятий энергетики.

2. Второй раздел – модели и методы решения основных задач 

прогнозирования электроэнергии и мощности при решении режимных задач.

Главы 1, 2, 3, 12 написаны Т. А. Филипповой; 6, 7, 8, 10, 11 –

А. Г. Русиной; главы 4, 5, 9 – совместно Т. А. Филипповой и А. Г. Русиной, главы 13, 14 – Ю. В. Дроновой.

РАЗДЕЛ 1

МЕТОДОЛОГИЯ 

ПРОГНОЗИРОВАНИЯ 

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 

И МОЩНОСТИ 

В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ 

СИСТЕМАХ

Теория и методы прогнозирования – это чрезвычайно обширная об
ласть науки и практики. В настоящем разделе даются отдельные положения, на которых в основном базируется управление энергетикой. 
В кратком изложении представлено три вопроса.

1. Показана безусловная актуальность прогнозирования для управ
ления энергетикой. Рассматриваются только самые важные задачи 
прогнозирования электроэнергии и мощности. Они являются основой 
планирования технической, экономической и коммерческой деятельности энергетических предприятий.

2. Излагаются методологические принципы и научные методы мо
делирования этих задач. Используется классический системный подход 
к моделированию и концептуальные положения его развития для рассматриваемых прогностических задач. По этим вопросам для задач 
управления энергетикой имеется достаточно много фундаментальных 
работ, выполненных Д.А. Арзамасцевым, В.А. Вениковым, Л.А. Мелентьевым, А.А. Макаровым, Н.И. Воропаем и многими другими авторами. В данной книге приводятся только основы методологии, 
принципов и научного аппарата. Они необходимы для изложения материалов последующих глав.

3. Рассматриваются основные положения прогнозирования электро
потребления при решении задач развития энергетики.

Модели и методы прогнозирования для основных задач управления 

режимами энергетических систем нельзя излагать в отрыве от задачи 
развития энергетики. Все режимные свойства электрических станций, 
электрических сетей и энергетических систем предопределяются при 
проектировании. Развитие энергетики – важная государственная проблема. Рассматривая задачи управления режимами, необходимо знать 
основы их решения.

ГЛАВА 1

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ

В УПРАВЛЕНИИ ПРОИЗВОДСТВОМ

Прогнозирование в управлении. ~ План и прогноз. ~ 

Процесс планирования. Стратегическое планирование. ~ 
Особенности бизнес-процесса предприятия.
~ Деловая 

среда. ~ Комплекс планирования. ~ Общие положения по 
роли прогнозирования в управлении предприятием

1.1. Прогнозирование в управлении

рогнозирование – многогранная проблема, с которой связана любая задача управления производством, поэтому про
гнозирование всегда актуально. Задачи управления и мировыми проблемами, и личностными разнообразны, и это определяет разнообразие 
принципов, методов и моделей прогнозирования. На различных уровнях 
(неосознанном, интуитивном, экспертном, математическом) разрабатывается прогноз действий. Главная его цель – заглянуть в будущее, оценить внешнюю среду и выбрать стратегию и тактику действия. В литературных источниках по вопросам управления в большей или меньшей 
степени излагается тема прогнозирования и даются общие положения, 
которые поясняют суть и особенности прогнозирования.

П

Раздел 1. МЕТОДОЛОГИЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 
12

Принципы и методы прогнозирования зависят от множества факто
ров: от содержания задачи, цели действия, информации, требований к 
результатам и многого другого. Управление производством – одна из 
областей деятельности, в которой уделяется большое внимание прогнозированию. Виднейший теоретик и практик управления Файоль называет предвидение (provenance) сущностью управления 
[11]. Он отмечает, что умение смотреть вперед включает в себя как 
оценку будущего, так и соответствующие подготовительные меры в 
настоящем. Каждый целевой прогноз чаще всего включает в себя 
большое количество вспомогательных или элементарных прогнозов. 
Эти прогнозы значительно отличаются друг от друга практическими 
результатами, целями, содержанием, глубиной проработки, размерами, широтой охвата и качеством. Они отличаются также методами прогнозирования – одни могут составляться преимущественно на 
основании интуиции, другие экспертно при подробном анализе будущей ситуации, составленном компетентными специалистами, наконец, с использованием возможных математических методов. Некоторые предприятия нуждаются в прогнозах на длительный 
период, а другие эффективно функционируют, имея в своем распоряжении только краткосрочные прогнозы.

Задачи и методы прогнозирования при управлении производством 

имеют множество признаков: деятельность предприятия, состав и содержание задач планирования, цели планирования, глубина проработки задачи, состав и вид информации и др. Это не позволяет иметь 
обобщенную классификацию задач и моделей прогнозирования. 
И можно решать задачи прогнозирования только для конкретных 
предприятий и конкретных задач управления.

Рост систем, с которыми имеет дело человек, привел к трудностям в 

переработке информации, так как его возможности ограничены. Отсюда 
возникла необходимость повысить эффективность процесса переработки информации, т. е. усиливать интеллектуальные возможности человека и человечества. Увеличение сложности управления приводит к 
росту затрат труда на управление. Так, например, В. М. Глушков дает 
следующие оценки: нижнюю границу сложности решения задач управ
ления можно оценить в 
16
10
арифметических операций в год; верхнюю 

границу средней производительности человеческого мозга в процессах 

переработки информации можно оценить в 
6
10
операций в год.