hệ hỗ trợ dự báo tiêu dùng điện mô hình sarima

Mục lục Lời mở đầu Bài toán nghiệp vụ 1.1 Điều tra khảo sát 1.1.1 1.3 Vai trò điện cần thiết dự báo tiêu dùng điện Khảo sát thực trạng Tập đoàn điện lực Hàn Quốc 1.2.1 Giới thiệu 1.2.2 Trách nhiệm 1.1.2 1.2 Dữ liệu khảo sát Phân tích thiết kế hệ thống 2.1 Phân tích thiết kế hệ thống 2.2 Quy trình nghiệp vụ 12 Mơ hình dự báo 3.1 14 Mơ hình ARIMA 14 Hệ hỗ trợ định Phạm Minh Đức 3.2 Mơ hình SARIMA 15 3.3 Dự báo với mơ hình SARIMA 16 Hệ hỗ trợ dự báo tiêu dùng điện 4.1 4.2 17 Ngôn ngữ framework 17 4.1.1 Python 17 4.1.2 HTML 18 4.1.3 CSS 18 4.1.4 JavaScript 19 4.1.5 Bootstrap 19 4.1.6 Django 19 Giao diện chương trình 20 4.2.1 Home 20 4.2.2 Chart 21 4.2.3 Forecast 21 Kết luận 22 Trang Lời mở đầu Điện có vai trị vơ quan trọng sống Điện nguồn lượng đặc biệt, động lực để vận hành trì hoạt động thiết bị điện máy móc Từ sinh hoạt đến sản xuất, ngành nghề lĩnh vực có xuất điện Có thể nói, tầm ảnh hưởng điện tới người vô lớn Cũng từ đó, việc sản xuất điện trở nên quan trọng hết Tuy nhiên, sản xuất điện gặp nhiều khó khăn Vì đặt u cầu hệ thống dự báo lượng điện tiêu dùng tương lai để lên kế hoạch lâu dài đắn sản xuất điện Đây lý lớn mà em chọn đề tài Trước vào nội dung báo cáo, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Lê Chí Ngọc, giảng viên phụ trách mơn Hệ hỗ trợ định Q trình thực xảy sai sót, em mong nhận góp ý thầy để hồn thiện đề tài Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày 13 tháng 06 năm 2020 Sinh viên thực Phạm Minh Đức Chương Bài toán nghiệp vụ 1.1 1.1.1 Điều tra khảo sát Vai trò điện cần thiết dự báo tiêu dùng điện Xã hội ngày phát triển kéo theo đời thiết bị điện Các thiết bị điện xuất có đóng góp to lớn sống người, giúp cải thiện sống tiết kiệm sức lao động loài người Và điện nguồn lượng cho thiết bị điện đó, điện có vai trị lớn sống Điện có vai trò lớn sinh hoạt ngày, vật dụng xung quanh ta có tham gia điện: từ tivi, tủ lạnh, đèn điện hay máy tính, Điện có vai trị quan trọng ngành nghề, từ sản xuất đến thủ công, thiết bị, máy móc điện sử dụng có tham gia Hệ hỗ trợ định Phạm Minh Đức điện Như vậy, điện có tầm ảnh hưởng vơ lớn đến sống ngày Chính tầm ảnh hưởng vai trò quan trọng điện, việc sản xuất điện trở thành công việc vô quan trọng Tuy nhiên, việc sản xuất điện vấn đề đơn giản Lý khơng giống loại hàng hóa khác, điện loại hàng hóa đặc biệt Điện khơng có khả lưu trữ lưu trữ lâu dài, tức điện sản xuất sử dụng Đồng thời sản xuất điện phải đảm bảo tính đầy đủ, với tầm quan trọng điện, điện không sản xuất thiếu, phải đảm bảo nguồn lượng điện cho đời sống sản xuất điện không sản xuất dư thừa nhiều để tránh lãng phí nguồn lượng ảnh hưởng tới kinh tế Chính lý đặt yêu cầu việc dự báo lượng tiêu dùng điện để đưa định đắn sản xuất điện 1.1.2 Khảo sát thực trạng Sản xuất điện Hàn Quốc Sản xuất điện Hàn Quốc có gia tăng qua năm Năm 1980, điện sản xuất 34.47 tỉ kWh Năm 2015, điện sản xuất 517.84 tỉ kWh Trang Hệ hỗ trợ định Phạm Minh Đức Hình 1.1.1: Sản xuất điện Hàn Quốc Tiêu dùng điện Hàn Quốc Tiêu dùng điện Hàn Quốc có gia tăng qua năm Năm 1980, điện tiêu dùng 32.06 tỉ kWh Năm 2015, điện tiêu dùng 499.86 tỉ kWh Hình 1.1.2: Tiêu dùng điện Hàn Quốc Trang Hệ hỗ trợ định 1.2 1.2.1 Phạm Minh Đức Tập đoàn điện lực Hàn Quốc Giới thiệu Tập đoàn Điện lực Hàn Quốc, biết đến với tên KEPCO, tập đoàn điện lực lớn Hàn Quốc, chịu trách nhiệm sản xuất, truyền tải phân phối điện phát triển dự án điện, bao gồm dự án điện hạt nhân, lượng gió than KEPCO chịu trách nhiệm cho 93% sản lượng điện Hàn Quốc Chính phủ Hàn Quốc (trực tiếp hay gián tiếp) sở hữu 51,11% cổ phần KEPCO Cùng với chi nhánh công ty con, KEPCO có cơng suất 65.383 MW Năm 2011, bảng xếp hạng Fortune Global 500 công ty lớn giới, KEPCO xếp hạng 271 KEPCO thành viên Hội đồng lượng giới, Hiệp hội hạt nhân giới Hiệp hội nhà khai thác hạt nhân giới 1.2.2 Trách nhiệm Đối với ngành điện lực Hàn Quốc, KEPCO có trách nhiệm: • Sản xuất, truyền tải, phân phối điện • Nghiên cứu phát triển cơng nghệ • Đầu tư tài trợ • Xây dựng cơng trình điện • Kinh doanh điện nước Trang Hệ hỗ trợ định Phạm Minh Đức • Phát triển nguồn lượng điện Tập đoàn điện lực Hàn Quốc cần vận hành hệ thống điện an toàn, hiệu hướng tới thị trường điện Hàn Quốc quốc tế Để hoàn thành tốt nhiệm vụ giao, Tập đoàn điện lực Hàn Quốc phải xây dựng kế hoạch vận hành hệ thống điện theo thời gian Để kế hoạch vận hành hệ thống điện thực tốt dự báo lượng điện tiêu dùng vơ cần thiết Dự báo lượng điện tiêu dùng giúp nhà quản lý đưa định xác việc sản xuất, truyền tải điện, có kế hoạch việc kinh doanh điện 1.3 Dữ liệu khảo sát Dữ liệu khảo sát liệu lượng tiêu thụ điện Hàn Quốc 16 năm theo tháng (từ 1/2000 đến 12/2015) Bộ liệu thu thập từ trang ceicdata.com Bộ liệu gồm 192 ghi trường liệu: Month Consumption Bộ liệu chia theo tỉ lệ: Train chiếm 15/16 liệu gốc Test phần lại TT Trường liệu Kiểu liệu Month datatime64 Consumption float64 Mô tả Ghi Tháng Not null Lượng điện tiêu dùng Not null Trang Chương Phân tích thiết kế hệ thống 2.1 Phân tích thiết kế hệ thống Hệ thống hỗ trợ đưa định dựa dự báo điện tiêu dùng tương lai Dữ liệu đầu vào lượng điện tiêu dùng theo tháng yêu cầu đầu lượng điện tiêu dùng tương lai Hệ hỗ trợ định Phạm Minh Đức Biểu đồ phân cấp chức Hình 2.1.1: Biểu đồ phân cấp chức Trang 10 Hệ hỗ trợ định Phạm Minh Đức Biểu đồ luồng liệu mức ngữ cảnh Hình 2.1.2: Biểu đồ luồng liệu mức ngữ cảnh Biểu đồ luồng liệu mức đỉnh Hình 2.1.3: Biểu đồ luồng liệu mức đỉnh Trang 11 Hệ hỗ trợ định Phạm Minh Đức Biểu đồ luồng liệu mức đỉnh chức dự báo Hình 2.1.4: Biểu đồ mức đỉnh chức dự báo Biểu đồ luồng liệu mức đỉnh chức báo cáo thống kê Hình 2.1.5: Biểu đồ mức đỉnh chức báo cáo thống kê 2.2 Quy trình nghiệp vụ Hình 2.2.1: Quy trình nghiệp vụ Hệ thống thực nghiệp vụ theo bước: • Thu thập liệu Trang 12 Hệ hỗ trợ định Phạm Minh Đức • Đưa liệu vào sở liệu • Phân tích, dự báo • Báo cáo thống kê • Người quản lý đưa định Trang 13 Chương Mơ hình dự báo 3.1 Mơ hình ARIMA Trong lĩnh vực kinh tế, đặc biệt phân tích chuỗi thời gian, mơ hình tự hồi quy tích hợp trung bình trượt (ARIMA) mơ hình tổng qt mơ hình tự hồi quy trung bình trượt (ARMA) Cả hai mơ hình sử dụng liệu chuỗi thời gian để phát đặc điểm liệu dự đoán điểm liệu tương lai Các mơ hình ARIMA áp dụng trường hợp chuỗi không dừng Chuỗi thời gian dừng giá trị trung bình, phương sai, hiệp phương sai không đổi theo thời gian Bước sai phân (tương ứng với phần "tích hợp" mơ hình) áp dụng nhiều lần để loại bỏ trạng thái không dừng chuỗi thời gian Mơ hình ARIMA kết hợp hai mơ hình tự hồi quy (AR) mơ hình trung bình trượt (MA) Mơ hình AR bậc p mơ hình đánh giá tương 14 Hệ hỗ trợ định Phạm Minh Đức quan giá trị p giá trị khứ chuỗi thời gian Mơ hình MA bậc q mơ hình đánh giá phụ thuộc giá trị q sai số khứ chuỗi thời gian Hai toán tử sử dụng mơ hình gồm: tốn tử backshift Byt = yt−1 toán tử sai phân ∇yt = (1 − B)yt Với p, d, q bậc tự hồi quy, bậc sai phân bậc trung bình trượt, cơng thức tổng qt mơ hình ARIMA(p,d,q): δp (B)∇d yt = c + θq (B) 3.2 (3.1) t Mơ hình SARIMA Chuỗi thời gian thực tế cấu thành từ thành phần bao gồm: • Xu hướng • Mùa vụ • Chu kỳ • Thành phần ngẫu nhiên Hình 3.2.1: Chuỗi thời gian Trang 15 Hệ hỗ trợ định Phạm Minh Đức Mô hình ARIMA gặp khó khăn xử lý chuỗi thời gian có yếu tố mùa vụ, mơ hình Seasonal ARIMA (SARIMA) đời để giải khó khăn Ngồi đánh giá tương quan mơ hình ARIMA, mơ hình SARIMA đánh giá thêm tương quan giá trị giá trị mang yếu tố mùa khứ (các giá trị độ trễ theo mùa) Với P, D, Q, m bậc tự hồi quy, bậc sai phân, bậc trung bình trượt theo mùa chu kì mùa, cơng thức tổng qt mơ hình SARIMA(p,d,q)x(P,D,Q)m m δp (B)Φp (B m )∇d ∇D m yt = c + θq (B)ΘQ (B ) 3.3 t (3.2) Dự báo với mơ hình SARIMA Các tham số mơ hình xác định thơng qua hàm tương quan (ACF) hàm tương quan phần (PACF) Dự báo gồm bước: • Kiểm tra tính dừng • Xác định hàm ACF PACF • Ước lượng tham số mơ hình • Kiểm định mơ hình • Dự báo Trang 16 Chương Hệ hỗ trợ dự báo tiêu dùng điện 4.1 4.1.1 Ngôn ngữ framework Python Python ngơn ngữ lập trình bậc cao cho mục đích lập trình đa năng, Guido van Rossum tạo lần đầu mắt vào năm 1991 Python thiết kế với ưu điểm mạnh dễ đọc, dễ học dễ nhớ Python ngôn ngữ có hình thức sáng sủa, cấu trúc rõ ràng, thuận tiện cho người học lập trình Cấu trúc Python cho phép người sử dụng viết mã lệnh với số lần gõ phím tối thiểu Vào tháng năm 2018, Van Rossum từ chức Leader cộng đồng ngôn ngữ Python sau 30 năm lãnh đạo Python hoàn toàn tạo kiểu động dùng chế cấp phát nhớ tự động; 17 Hệ hỗ trợ định Phạm Minh Đức tương tự Perl, Ruby, Scheme, Smalltalk, Tcl Python phát triển dự án mã mở, tổ chức phi lợi nhuận Python Software Foundation quản lý 4.1.2 HTML HTML (HyperText Markup Language, "Ngôn ngữ Đánh dấu Siêu văn bản") ngôn ngữ đánh dấu thiết kế để tạo nên trang web với mẩu thơng tin trình bày World Wide Web Cùng với CSS JavaScript, HTML tạo ba tảng kỹ thuật cho World Wide Web HTML định nghĩa ứng dụng đơn giản SGML sử dụng tổ chức cần đến yêu cầu xuất phức tạp HTML trở thành chuẩn Internet tổ chức World Wide Web Consortium (W3C) trì Phiên thức HTML HTML 4.01 (1999) Sau đó, nhà phát triển thay XHTML Hiện nay, HTML phát triển tiếp với phiên HTML5 hứa hẹn mang lại diện mạo cho Web 4.1.3 CSS Trong tin học, tập tin định kiểu theo tầng – dịch từ tiếng Anh Cascading Style Sheets (CSS) – dùng để miêu tả cách trình bày tài liệu viết ngơn ngữ HTML XHTML Ngồi ngơn ngữ định kiểu theo tầng dùng cho XML, SVG, XUL Các đặc điểm kỹ thuật CSS trì World Wide Web Consortium (W3C) Thay Trang 18 Hệ hỗ trợ định Phạm Minh Đức đặt thẻ quy định kiểu dáng cho văn HTML (hoặc XHTML) nội dung nó, bạn nên sử dụng CSS 4.1.4 JavaScript JavaScript, theo phiên hành, ngơn ngữ lập trình thơng dịch phát triển từ ý niệm nguyên mẫu Ngôn ngữ dùng rộng rãi cho trang web (phía người dùng) phía máy chủ (với Nodejs) Nó vốn phát triển Brendan Eich Hãng truyền thông Netscape với tên Mocha, sau đổi tên thành LiveScript, cuối thành JavaScript Giống Java, JavaScript có cú pháp tương tự C, gần với Self Java Đuôi js phần mở rộng thường dùng cho tập tin mã nguồn JavaScript 4.1.5 Bootstrap Bootstrap framework bao gồm HTML, CSS JavaScript template dùng để phát triển website chuẩn responsive Bootstrap cho phép trình thiết kế website diễn nhanh chóng dễ dàng dựa thành tố sẵn có typography, forms, buttons, tables, grids, navigation, image carousels 4.1.6 Django Django framework web nguồn mở miễn phí dựa Python tn theo mơ hình MVC Nó trì Django Software Foundation, Trang 19 Hệ hỗ trợ định Phạm Minh Đức tổ chức độc lập Mỹ thành lập dạng phi lợi nhuận Mục tiêu Django dễ dàng tạo trang web dựa sở liệu phức tạp Framework nhấn mạnh khả sử dụng lại "khả cắm" thành phần, mã hơn, phát triển nhanh nguyên tắc không lặp lại Django cung cấp giao diện quản trị gồm tạo, đọc, cập nhật xóa 4.2 4.2.1 Giao diện chương trình Home Hình 4.2.1: Giao diện Home Trang 20 Hệ hỗ trợ định 4.2.2 Phạm Minh Đức Chart Hình 4.2.2: Giao diện Chart 4.2.3 Forecast Hình 4.2.3: Giao diện Forecast Trang 21 Kết luận Đề tài xây dựng hệ hỗ trợ dự báo lượng tiêu dùng điện Hàn Quốc dựa mơ hình dự báo SARIMA Chương trình xây dựng không áp dụng phạm vi điện tiêu dùng mà cịn áp dụng để dự báo nước khác Thông qua đề tài này, ta thấy khả mơ hình SARIMA việc áp dụng dự báo lượng tiêu dùng điện Bên cạnh đó, chương trình cịn có nhược điểm dự báo theo tháng Trong tương lai chương trình phát triển thêm để dự báo theo nhiều khía cạnh khác theo ngày hay theo năm 22 .. .Hệ hỗ trợ định Phạm Minh Đức 3.2 Mô hình SARIMA 15 3.3 Dự báo với mơ hình SARIMA 16 Hệ hỗ trợ dự báo tiêu dùng điện 4.1 4.2 17 Ngôn... Đề tài xây dựng hệ hỗ trợ dự báo lượng tiêu dùng điện Hàn Quốc dựa mơ hình dự báo SARIMA Chương trình xây dựng khơng áp dụng phạm vi điện tiêu dùng mà cịn áp dụng để dự báo nước khác Thông qua... đoàn điện lực Hàn Quốc phải xây dựng kế hoạch vận hành hệ thống điện theo thời gian Để kế hoạch vận hành hệ thống điện thực tốt dự báo lượng điện tiêu dùng vô cần thiết Dự báo lượng điện tiêu dùng