Xây dựng mô hình dự báo tình hình sử dụng điện năng tại công ty điện lực bình định

Là một nhân viên làm công tác tin học của Công ty, tôi rất hiểu điều này và muốn giúp cho lãnh đạo có công cụ hỗ trợ hiệu quả về công tác dự báo, tôi đã nghiên cứu và quyết định chọn đề

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CHÂU CÔNG HUYỀN

XÂY DỰNG MÔ HÌNH DỰ BÁO TÌNH HÌNH SỬ DỤNG ĐIỆN NĂNG TẠI CÔNG TY ĐIỆN LỰC BÌNH ĐỊNH

Chuyên ngành: KHOA HỌC MÁY TÍNH

Mã số: 60.48.01

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2012

Công trình được hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Thanh Bình

Phản biện 1: PGS.TS Võ Trung Hùng

Phản biện 2: TS Lê Xuân Việt

Luận văn được bảo vệ tại Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày

19 tháng 01 năm 2013

* Có thể tìm hiểu Luận văn tại:

- Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của Khoa học Công nghệ đặc biệt là ngành Viễn thông và Công nghệ Thông tin đã tác động to lớn đến mọi mặt của đời sống kinh tế xã hội Việc ứng dụng Công nghệ thông tin vào hoạt động sản xuất kinh doanh nhằm nâng cao năng suất lao động đã đem lại lợi ích rất to lớn cho doanh nghiệp Nhận thức được tầm quan trọng đó, Lãnh đạo ngành điện nói chung và Công ty Điện lực Bình Định nói riêng rất quan tâm đến vấn

đề này Chính nhờ sự quan tâm đó, hiện nay rất nhiều khâu quan trọng trong quy trình sản xuất kinh doanh đã được tin học hóa Một trong những công việc quan trọng của Công ty để đảm bảo nguồn điện phục vụ phát triển kinh tế - xã hội và sinh hoạt người dân đó là công tác quy hoạch và phát triển lưới điện Để thực hiện công việc này điều cần thiết phải tính toán xác định sản lượng điện tiêu thụ tại một thời điểm trong tương lai Tuy nhiên công việc này không dễ thực hiện bởi vì:

Thứ nhất: Sản lượng điện tiêu thụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố

biến động như: tình hình phát triển kinh tế, sự gia tăng dân số, thu nhập của người dân, thời tiết, trình độ quản lý và các yếu tố kỹ thuật, v.v…

Thứ hai: Điện là một sản phẩm hàng hóa rất đặc biệt, nó là

một sản phẩm vô hình và không thể để dành Vì vậy, yêu cầu công việc dự báo phải chính xác nhằm mục tiêu giảm rủi ro trong đầu tư

và đảm bảo nguồn điện phục vụ phát triển kinh tế - xã hội

Chính vấn đề này đã làm cho lãnh đạo Công ty và những người làm công tác lập kế hoạch gặp rất nhiều khó khăn trong công tác quy hoạch lưới điện, vì hiện tại Công ty chưa có chương trình nào thuộc lĩnh vực dự báo Để thực hiện dự báo, thông thường họ dựa vào năng lực và kinh nghiệm bản thân Tuy nhiên, với cách làm này thì kết quả dự báo chắc chắn sẽ thiếu chính xác, nhất là khi tình hình kinh tế-xã hội có nhiều biến động

Trong tương lai, khi Chính phủ thực hiện lộ trình thị trường điện cạnh tranh, việc cung cấp điện không còn là lợi thế riêng của ngành điện thì vấn đề lập kế hoạch và quản lý đầu tư là cực kỳ quan

trọng Do vậy, vấn đề “dự báo nhu cầu điện năng” không chỉ là vấn

đề sống còn mà đồng thời sẽ là lợi thế cạnh tranh của từng doanh nghiệp kinh doanh điện năng nói riêng Thực tế cho thấy việc nghiên cứu về vấn đề dự báo nhu cầu sử dụng điện năng tại Việt Nam hiện nay mang tính cấp thiết và có ý nghĩa hết sức to lớn không chỉ cho từng doanh nghiệp kinh doanh điện năng mà còn cho ngành điện cả nước

Là một nhân viên làm công tác tin học của Công ty, tôi rất hiểu điều này và muốn giúp cho lãnh đạo có công cụ hỗ trợ hiệu quả về

công tác dự báo, tôi đã nghiên cứu và quyết định chọn đề tài: “Xây

dựng mô hình dự báo tình hình sử dụng điện năng tại Công ty Điện lực Bình Định” Với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS

Nguyễn Thanh Bình và quyết tâm hoàn thành đề tài chất lượng cao

và đúng tiến độ, tôi tin rằng đề tài sẽ sớm được triển khai, ứng dụng

để nâng cao chất lượng dự báo điện năng tại Công ty Điện lực Bình Định

2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu mà đề tài hướng tới là xây dựng và triển khai có hiệu quả mô hình dự báo tính hình sử dụng điện năng tại Công ty Điện lực Bình Định, nhằm giúp lãnh đạo có công cụ hỗ trợ công việc dự báo

Để thực hiện mục đích ý tưởng đề ra cần nghiên cứu và tiến hành triển khai các nội dung như sau:

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về các phương pháp dự báo

- Tìm hiểu, phân tính hiện trạng tình hình phát triển kinh tế -

xã hội và tình hình sử dụng điện năng tại Bình Định giai đoạn quá khứ từ năm 2000 đến năm 2011

- Tìm hiểu các mô hình và công cụ dự báo điện năng hiện có, trên cơ sở đó tiến hành phân tích đánh giá, lựa chọn mô hình dự báo điện năng phù hợp

- Áp dụng cơ sở lý thuyết nền tảng để xây dựng và triển khai ứng dụng tại Công ty Điện lực Bình Định

3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Từ những yêu cầu của đề tài ta xác định được đối tượng và phạm vi nghiên cứu như sau:

Đối tượng nghiên cứu:

- Các phương pháp dự báo điện năng

- Các mô hình dự báo

- Các công cụ hỗ trợ quá trình dự báo

- Các nhân tố ảnh hưởng đến nhu cầu tiêu thụ điện năng tại Bình Định

- Thu thập và phân tích các tài liệu và thông tin liên quan đến

đề tài để xem xét, lựa chọn phương hướng giải quyết vấn đề

- Triển khai xây dựng chương trình ứng dụng

- Kiểm tra, thử nghiệm và đánh giá kết quả

5 Bố cục của đề tài

Luận văn được trình bày bao gồm các phần chính như sau: + Phần mở đầu

+ Chương 1: Cơ sở lý thuyết về dự báo nhu cầu điện năng

+ Chương 2: Xây dựng mô hình dự báo tình hình sử dụng điện

năng tại Công ty Điện lực Bình Định

+ Chương 3: Cài đặt và triển khai thử nghiệm hệ thống dự báo

tình hình sử dụng điện năng tại Công ty Điện lực Bình Định

+ Phần kết luận

6 Tổng quan về tài liệu nghiên cứu

Dự báo là một công tác rất quan trọng trong nhiều ngành Dự báo đặc biệt quan trọng với việc quản lý vĩ mô và kinh doanh Với ngành điện thì dự báo có ý nghĩa đặc biệt bởi nó ảnh hưởng trực tiếp đến tình hình phát triển kinh tế-xã hội

Mỗi ngành cụ thể lại có các phương pháp và công cụ dự báo đặc thù khác nhau Với đề tài dự báo nhu cầu điện năng hiện có khá nhiều tài liệu và các công trình nghiên cứu thuộc lĩnh vực này Trong quá trình hoàn thành luận văn, tôi đã tìm hiểu và sử dụng các nguồn tài liệu rất có giá trị sau đây:

+ Các tài liệu về dự báo điện năng đặc thù của ngành điện + Các phương pháp dự báo kinh tế có thể áp dụng để dự báo

nhu cầu điện năng

+ Các đề tài, tạp chí nghiên cứu về dự báo nhu cầu điện năng

Ngoài ra, một số địa chỉ web thuộc lĩnh vực dự báo như http://isponre.gov.vn, http://binhdinh.gov.vn và các nguồn tài liệu nội

bộ là những tài liệu quan trọng thể hiện một cách cụ thể, sinh động nhất nhu cầu tiêu thụ điện năng của tỉnh Bình Định

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ DỰ BÁO NHU CẦU

ĐIỆN NĂNG 1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1.1.1 Khái niệm dự báo

1.1.2 Ý nghĩa và tầm quan trọng của dự báo

1.1.3 Phân loại dự báo

a Căn cứ vào độ dài thời gian dự báo

b Dựa vào các phương pháp dự báo

1.1.4 Cơ sở của việc dự báo nhu cầu điện năng

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO NHU CẦU ĐIỆN NĂNG 1.2.1 Phương pháp tính hệ số vượt trước

Phương pháp này cho thấy khuynh hướng phát triển của nhu cầu điện năng và sơ bộ cân đối nhu cầu này với nhịp độ phát triển của nền kinh tế quốc

1.2.2 Phương pháp tính trực tiếp

Nội dung của phương pháp này là xác định nhu cầu điện năng của năm dự báo dựa trên tổng sản lượng kinh tế của các ngành năm

đó và suất tiêu hao điện năng đối với từng loại sản phẩm

1.2.3 Phương pháp tính so sánh đối chiếu

Nội dung của phương pháp này là so sánh đối chiếu nhu cầu phát triển điện năng của các nước hoặc các vùng khác có điều kiện

tương tự

1.2.4 Phương pháp chuyên gia

Phương pháp chuyên gia dựa trên cơ sở hiểu biết sâu sắc của các chuyên gia giỏi về các lĩnh vực của các ngành để dự báo các chỉ tiêu kinh tế

1.2.5 Phương pháp ngoại suy chuỗi thời gian

Phương pháp ngoại suy theo thời gian nghiên cứu sự diễn biến của nhu cầu điện năng trong một thời gian quá khứ tương đối

ổn định, tìm ra quy luật nào đó rồi kéo dài quy luật ấy để dự báo cho tương lai

1.2.6 Phương pháp hồi quy tương quan

Thực chất của phương pháp này là nghiên cứu mối tương quan giữa các thành phần kinh tế nhằm phát hiện những quan hệ về mặt định lượng của các tham số trong nền kinh tế dựa vào các phương pháp thống kê toán học

1.2.7 Phương pháp bình phương cực tiểu

a Khái niệm chung

Thực chất của phương pháp bình phương tối thiểu là cần phải tìm các thông số như thế nào để tổng bình phương giá trị tính toán theo phương trình hồi quy và giá trị thực tế của nó là nhỏ nhất, nghĩa

b Biểu thức toán học để xác định hệ số của mô hình

Giả thuyết rằng có hàm số liên tục: y= φ(x,a,b,c,…), cần xác định các hệ số a, b, c, … sao cho thỏa mãn điều kiện :

2 1

ˆ

n

i i i

Phương trình bậc nhất: y=ax +b

Phương trình hàm bậc 2: y= ax2 + bx +c

Phương trình hàm mũ : y=abx với a > 0 , b > 0

Dạng phương trình đa biến:

1.2.8 Phương pháp san bằng hàm mũ

Phương pháp dự báo bằng cách san bằng mũ sẽ tính toán hiệu chỉnh các hệ số của toán tử dự báo theo phương pháp truy chứng, các hệ số luôn được điều chỉnh từng năm cho thích hợp Brown R G đã phân tích công thức truy chứng để xác định trung bình mũ như sau:

s y là trung bình mũ bậc k tại thời điểm t

1.2.9 Phương pháp xác định toán tử dự báo tối ưu

Mỗi phương pháp dự báo có thể dùng một hoặc một số toán tử

dự báo khác nhau Vấn đề đặt ra là trong một tập các toán tử dự báo

ấy, chúng ta cần tìm một tổ hợp toán tử dự báo tối ưu

Mục tiêu dự báo Biến cần dự báo Thời gian dự

báo Thu thập số liệu

Khảo sát số liệu

Dự báo các giai đoạn quá khứ

Đánh giá đoạn trong tương lai Dự báo các giai

Kiểm tra độ chính xác dự báo

Đánh giá

Khảo sát dạng dữ liệu bảng các dữ liệu đã cập nhật

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH DỰ BÁO TÌNH HÌNH SỬ DỤNG ĐIỆN NĂNG TẠI CÔNG TY ĐIỆN LỰC

a Tình hình tăng trưởng dân số

b Về phát triển ngành công nghiêp - xây dựng

c Về phát triển ngành ngành nông – lâm – thủy sản

d Về phát triển ngành ngành thương mại – dịch vụ

Các chỉ tiêu kinh tế xã hội chính giai đoạn 2000-2011 được tổng kết như bảng 2.1

Bảng 2.1 Các chỉ tiêu kinh tế-xã hội giai đoạn 2000-2011 [3]

Tổng ( tỷ đồng)

Chia ra NL-TS CN-XD Dịch vụ

2.2.2 Đánh giá tình hình tiêu thụ điện giai đoạn 2000-2011

a Về tiêu thụ điện ngành công nghiệp – xây dựng

b Về tiêu thụ điện ngành nông – lâm – thủy sản

c Về tiêu thụ điện ngành thương mại – dịch vụ

SẢN LƯỢNG ĐIỆN PHÂN THEO KHU VỰC KINH TẾ

Công nghiệp Xây dựng Nông - Lâm Thủy sản Thương nghiệp dịch vụ Quản lý tiêu dùng Khác

Hình 2.7 Biểu đồ sản lƣợng điện phân theo các ngành kinh tế

Kết luận: Qua kết quả khảo sát hiện trạng kinh tế - xã hội và

tình hình tiêu thụ điện năng tại tỉnh Bình Định giai đoạn 2000-2011

ta thấy:

+ Sản lượng điện tiêu thụ tại Bình Định phụ thuộc chủ yếu vào hai ngành chính đó là công nghiệp-xây dựng và quản lý tiêu dùng Như vậy, giá trị SLCN, GDP và DS được xem là các nhân tố chính quyết định đến sản lượng điện tiêu thụ tại Bình Định

+ Khi tiến hành dự báo nhu cầu điện năng theo phương pháp tương quan hồi quy, chúng ta cần phải dựa trên kết quả dự báo của các nhân tố quyết định này Các kết quả dự báo này có thể được xác định thông qua kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh Bình Định hoặc có thể dùng mô hình phụ để dự báo

+ Các nhân tố này thường biến động theo từng thời kỳ phát triển kinh tế, do vậy khi tiến hành dự báo người dùng phải lựa chọn nhân tố nào là nhân tố trung tâm để nâng cao độ chính xác của dự báo

2.3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH

2.2.3 Nguyên tắc xây dựng mô hình

- Dựa vào tầm xa dự báo (ngắn hạn, trung hạn, dài hạn)

- Dựa vào số lượng các nhân tố phụ thuộc (0 nhân tố, 1 nhân

tố, nhiều nhân tố)

Từ hai nguyên tắt này ta chúng ta có thể xây dựng ba mô hình

dự báo điện năng phù hợp cho tỉnh Bình Định là:

Mô hình 1 (mô hình 0 nhân tố)

Mô hình 2 (mô hình 1 nhân tố)

Mô hình 3 (mô hình đa nhân tố)

2.2.4 Xây dựng mô hình

a.Thuật toán lựa chọn hàm dự báo tối ưu

i y y y

1

2 1

i

i y y y

1

2 2 2

n i

i y y y

1

2 3 3

Hình 2.9 Thuật toán xác định hàm dự báo tối ƣu

b Mô hình 1 (mô hình 0 nhân tố)

Hình 2.10 Mô hình 1- mô hình dự báo 0 nhân tố

Nhập số liệu điện năng quan sát

Bắt đầu

Kiểm định mô hình

Mô hình có ước lượng tốt ?

Sai

Đúng

c Mô hình 2 (mô hình 1 nhân tố)

Hình 2.12 Mô hình 2 – Mô hình dự báo 1 nhân tố

Nhập dữ liệu quan sát Biến phụ thuộc Y (điện năng) Biến độc lập Xi (i=GDP,DS, SLCN)

Xác định hàm hồi

quy tối ưu điện năng

theo GDP

Xác định hàm hồi quy tối ưu điện năng theo Dân số

Xác định hàm hồi quy tối ưu điện năng theo SLCN

Kiểm định mô hình

Hiển thị kết quả dự báo

Mô hình ước lượng tốt không ?

Có Không

Bắt đầu

Kết thúc

d Mô hình 3 (mô hình đa nhân tố)

Hình 2.16 Mô hình 3 – Mô hình dự báo đa nhân tố

Nhập dữ liệu quan sát Biến phụ thuộc Y (điện năng) Biến độc lập X i (i=GDP,DS, SLCN)

Bắt đầu

Lập toán tử dự báo phụ W ˆi ngoại suy theo t đối với biến độc lập i

Lập toán tử dự báo phụYˆibiểu thị mối quan hệ

giữa điện năng và biến độc lập i

iq i n

i

ip i pq

d d

Y Y Y Y n r

) ˆ ( ˆ (

1 1

Tính V, V-1

1 1

0

k i i pq

i Y Y

1

ˆ ˆ ˆ

Đúng

Sai

Kết thúc

Nhập số liệu tính

toán

Mô hình 1 ( mô hình 0 nhân tố)

Ngoại suy chuỗi thời gian + san bằng hàm mũ

Mô hình 2 ( mô hình 1 nhân tố)

Tương quan đơn điện -DS điện – GDP, điện -SLCN

Mô hình 3 (mô hình đa nhân tố)

Tương quan điện -DS, GDP, SLCN + Lựa chọn toán tử dự báo tối ưu

ĐIỆN LỰC BÌNH ĐỊNH

3.1 MÔ TẢ ỨNG DỤNG

3.1.1 Hiện trạng công tác dự báo tại Công ty Điện lực Bình Định

a) Giới thiệu về Công ty điện lực Bình Định

b) Hiện trạng công tác dự báo

3.1.2 Lý do xây dựng ứng dụng

3.1.3 Phương pháp lựa chọn

3.2 PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG

3.2.1 Mô hình hệ thống

3.2.2 Sơ đồ phân rã chức năng

Hình 3.2 Sơ đồ phân rã chức năng của hệ thống 3.2.3 Tổ chức dữ liệu

Dự báo theo mô hình 1

Dự báo theo mô hình 2

Dự báo theo mô hình 2.1

Dự báo theo mô hình 2.2

Dự báo theo mô hình 2.3

Dự báo theo mô hình 3

3.2.5 Giao diện chương trình

+ Chọn mô hình và năm cần dự báo, nhấn nút lệnh “Ghi”

Hình 3.4 Giao diện chức năng chọn thông số dự báo

+ Để xem kết quả dự báo nhấn nút “xem kết quả dự báo”

Hình 3.6 Giao diện chức năng xem kết quả dự báo

+ Để xem kết quả dự báo dạng đồ thị nhấn nút lệnh “xem đồ thị”

3.2.6 Thử nghiệm và đánh giá chương trình

a Thử nghiệm

- Kịch bản 1: Cần dự báo điện năng tiêu thụ đến năm 2015 trong trường hợp người dự báo chưa biết trước giá trị dự báo của các biến độc lập Trường hợp này ta áp dụng mô hình 1 Kết quả dự báo chi tiết như sau:

Bảng 3.10 Bảng kết quả dự báo theo kịch bản 1

TT Năm Điện

dự báo Sai số

Giới hạn trên

Giới hạn dưới

- Kịch bản 3: Giả sử có số liệu dự báo về GDP tỉnh Bình Định năm 2015 là 15 nghìn tỷ và ta quan tâm đến chỉ số này Khi đó áp dụng mô hình dự báo 2.2 ta được điện năng dự báo năm 2015 là 1478,260 GWh

- Kịch bản 4: Giả sử có số liệu dự báo về SLCN tỉnh Bình Định năm 2015 là 4,8 nghìn tỷ và ta quan tâm đến chỉ số này Khi đó

áp dụng mô hình dự báo 2.3 ta được điện năng dự báo năm 2015 là 1428,558 GWh

- Kịch bản 5: Giả sử ta đã có số liệu dự báo tin cậy của cả 3 biến DS, GDP và SLCN năm 2015 là 1,5; 15 và 4,8 Khi đó ta áp dụng mô hình 3 để dự báo điện năng năm 2015, kết quả như sau: