城市燃气日负荷灰色预测范例.doc

2013 年 春 季学期研究生课程考核 （读书报告、研究报告） 考核科目 :燃气储运与燃烧技术 学生所在院（系） :市政环境工程学院 学生所在学科 :建筑与土木工程 学 生 姓 名 :吴筱笕 学 号 :12S127039 学 生 类 别 : 考核结果 阅卷人 城市燃气远期规划下日负荷的灰色预测 摘要：分析了城市燃气远期规划日负荷预测的意义，介绍了灰色理论的基本思想和特点。具体说明了灰色生成的原理，建立灰色模型GM(1,1)的详细步骤和后验差检验方法，并指出GM(1,1) 模型存在的缺陷，从而针对性地提出改进后预测误差相对较小的GM(1,n) 模型。最后分析了在远期规划下，用GM(1,n) 模型对城市燃气日负荷进行预测的方法和所需要收集的数据，并简单说明了模型改进及数据处理的方法。 关键词：远期规划日负荷；灰色预测；后验差检验；GM(1,1) 模型；GM(1,n) 模型。 1.城市燃气远期规划日负荷预测的意义 城市燃气的负荷有多种不同分类方法，按用户类型、用气类型和累计时间等，要根据研究问题的具体内容进行合理选择。其中，按时间长短燃气负荷可分为年用气负荷、月用气负荷、日用气负荷和小时用气负荷。 日负荷在城市燃气负荷中属于短期负荷，城市燃气日负荷在远期规划下的预测对城市燃气日调峰储气库的建设有重要意义。日调峰储气库的作用就是要在燃气日负荷达到高峰时，补充城市燃气管网稳定输送燃气量不满足用户需求的那部分用气量。也就是说，日调峰储气库的设计容量规模与日负荷的变化息息相关，而且考虑到工程的经济性和实用性，储气库的建设还要保证一定的使用年限，因此，这里要对远期规划下的城市燃气日负荷进行建模预测。 2.灰色预测理论的基本思想和特点 灰色系统是通过对原始数据的挖掘、整理来寻求其变化规律的，这是一种用 数据寻找数据的现实规律的途径。灰色系统理论认为，尽管客观系统表象复杂，数据离乱，但它总是有整体功能的，因此必然蕴含某种内在规律。任何随机过程都可以看作是在一定时空区域变化的灰过程，随机量可看作是灰变量:无规律的离散时空数列是潜在的有规律序列的一种表现，而通过生成变换可将无规律序列变成有规律序列；同时时间序列包含着极为丰富的信息，它蕴藏着参与系统动态过程的全部其它变量的痕迹，可以通过充分开发并利用少数数据中的显信息和隐信息，实现对离散数据建立微分方程的动态模型。如下面两图所示： 图1 原始数列趋势图 图2 生成数列趋势图 城市燃气在一天内的负荷变化总是会在一日三餐做饭时达到局部峰值，其他时刻略有降低，其变化趋势类似于上图1中所示的原始数列的变化趋势，直观看上去毫无规律性，也很难找到一个合适的回归函数与其相匹配。 但是，如果首先对原始数据进行累加生成新的数列，如上图2所示，就会发现新数列在坐标轴上存在明显的接近指数关系的规律，而这就使我们联想到一阶微分方程的解恰好是指数增长形式的解，这样便建立了数据列和数学模型之间的关系。 具体来说，灰色系统具有以下显著特点：(1) 用灰色数学来处理不确定量，使之量化，建立微分方程模型，描述了系统内部的物理或化学过程的本质；(2) 充分利用已知信息寻求系统的运动规律研究，能处理贫乏信息系统；(3) 生成数列建模，模型所得到的数据必须还要经过逆生成，才能得到真正的预测数据。 3.灰色生成方法 3.1累加生成 如果对一原始数据作如下处理：原始数列中的一个数维持不变，作为新数列的第一个数据，新数列的第二个数据是原始的第一个与第二个数据相加，新数列的第三个数据是原始的第一个、第二个与第三个数据相加，…，依次类推。这样得到的新数列，称为累加生成数列，这种处理方式称为列加生成。对原始数据进行一次累加生成，记为1-AGO（Accumulated Generating Operation）。 根据定义可归纳出r次累加生成关系式： （1） 累加生成能使任意非负数列、摆动的与非摆动的，转化成非减的、递增的数列。也就是说，通过累加生成后得到的新数列，其随机性弱化了，规律性增强了。 3.2累减生成 将原始数列中前后相邻的两个数据相减，这种生成称为累减生成。所得的数据为累减生成值。因为累减生成是累加生成的逆运算，所以常记为IAGO(Inverse Accumulated Generating Operation)。对数列{x(r)}作i次累减，记为i-IAGO，定义为α（i）