hệ hỗ trợ dự báo nhu cầu tiêu thụ điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN TOÁN ỨNG DỤNG VÀ TIN HỌC HỒ SƠ PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ HỖ TRỢ DỰ BÁO NHU CẦU TIÊU THỤ ĐIỆN BÁO CÁO MÔN HỌC HỆ HỖ TRỢ QUYẾT ĐỊNH Giảng viên hướng dẫn: TS LÊ CHÍ NGỌC Sinh viên thực hiện: BÙI TIẾN TÙNG Lớp: Toán Tin K61 HÀ NỘI – 2020 Mục lục LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: ĐIỀU TRA, KHẢO SÁT 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mơ hình nghiệp vụ 1.3 Đặc tả yêu cầu phần mềm 1.4 Yêu cầu hệ thống 1.5 Mơ hình dự đốn 1.6 Dữ liệu CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 10 2.1 Biểu đồ phân cấp chức 10 2.2 Biểu đồ luồng liệu 11 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH 14 3.1 Thiết kế mơ hình hệ thống 14 3.2 Thiết kế giao diện 15 KẾT LUẬN 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO 19 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nói đến hệ thống lượng, thơng thường người ta thường hình dung hệ thống điện, khơng phải tượng ngẫu nhiên mà chất vấn đề Lý chỗ lượng điện có ưu sản xuất, khai thác truyền tải, toàn lượng khai thác tự nhiên người ta chuyển đổi thành điện trước sử dụng Từ hình thành hệ thống điện nhằm truyền tải, phân phối cung cấp điện điện đến hộ sử dụng điện Nắm bắt tầm quan trọng hệ thống cung cấp điện, báo cáo này, em xin trình bày quy trình xây dựng “Hệ hỗ trợ dự báo nhu cầu tiêu thụ điện” nhằm hỗ trợ nhà quản lí dựa vào đưa định đắn, đảm bảo cung cấp nguồn điện ổn định, an toàn đồng thời thu doanh thu nhiều từ việc cung cấp điện Bài báo cáo em gồm phần • Chương 1: Điều tra, khảo sát • Chương 2: Phân tích hệ thống • Chương 3: Thiết kế chương trình Em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Chí Ngọc cung cấp giảng, thơng tin q báu để em hồn thành báo cáo Do cịn nhiều hạn chế mặt kiến thức chuyên môn thời gian không cho phép, báo cáo tránh khỏi số sai sót mặt chủ quan khách quan Do đó, em mong có thêm đánh giá, nhận xét thầy bạn để em hồn thiện báo cáo Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 16 tháng 06 năm 2020 Sinh viên thực Bùi Tiến Tùng CHƯƠNG 1: ĐIỀU TRA, KHẢO SÁT 1.1 Đặt vấn đề Ngày phần lớn lượng tự nhiên khác khai thác chỗ đổi thành điện (ví dụ: nhà máy nhiệt điện thường xây dựng nơi gần nguồn nhiên liệu hóa thạch than, dầu mỏ, khí đốt; nhà máy thuỷ điện gần nguồn dòng nước…) Một số ưu điểm điện kể đến : • Dễ chuyển hố thành dạng lượng khác thông qua thiết bị có hiệu suất cao (quang năng, nhiệt năng, hố năng, năng…) • Dễ dàng truyền tải truyền tải với hiệu suất cao • Khơng có sẵn tự nhiên, dạng lượng khác khai thác chuyển hoá thành điện Ở nơi sử dụng điện lại dễ dàng chuyển thành dạng lượng khác Một hệ thống điện hệ thống bao gồm khâu sản xuất điện năng, khâu tryền tải, khâu phân phối cung cấp điện đến tận hộ dùng điện Một phương án cung cấp điện gọi hợp lý phải kết hợp hài hoà loạt yêu cầu như: • Tính kinh tế (vốn đầu tư nhỏ) • Độ tin cậy (xác suất điện nhỏ) • An tồn tiện lợi cho việc vận hành thiết bị • Phải đảm bảo chất lượng điện phạm vi cho phép Để hệ thống cung cấp điện lập phương án cung cấp điện tối ưu, việc dự đoán nhu cầu tiêu thụ điện tác vụ cần thiết quan trọng Bên cạnh đó, việc dự đốn trước nhu cầu tiêu thụ điện cịn mang lợi ích to lớn sau: • Dự báo nhu cầu tiêu thụ điện hoạt động quan trọng sản xuất, truyền tải, phân phối, trao đổi mua bán lượng điện • Đóng vai trị việc đưa định quan trọng thị trường điện, chuyển mạch tải, điều khiển điện áp, cấu hình mạng phát triển sở hạ tầng • Giúp định lập kế hoạch bảo trì hệ thống điện, tiến hành thực bảo trì đảm bảo có tác động tối thiểu đến người tiêu dùng Trong báo cáo này, em sử dụng mơ hình ARIMA để xây dựng hệ hỗ trợ dự báo lượng điện tiêu thụ tương lai 1.2 Mơ hình nghiệp vụ Việc đo đạc lượng điện tiêu thụ đo đạc tự động ghi lại hệ thống lưới điện Ở đây, cụ thể công suất tiêu thụ điện (phụ tải điện) thời điểm Dữ liệu phụ tải lưu lại vào database hệ thống Từ liệu phụ tải tiêu thụ, ta sử dụng để tính tốn lượng điện tiêu thụ dựa cơng thức A=P*t với A điện tiêu thụ, P công suất tiêu thụ điện t khoảng thời gian Lúc này, dựa liệu lượng điện tiêu thụ, hệ thống tiến hành phân tích tính chất chuỗi liệu, sau tiến hành dự đoán lượng điện tiêu thụ thời gian tương lai (với giả định, chuỗi thời gian tương lai mang phân phối với chuỗi tại) Bên cạnh việc dự báo, hệ thống đồng thời đưa thông tin khác kết phân tích chuỗi thời gian thống kê vài số liệu khứ Điều giúp nhà quản lí có quan sát trực quan để đưa định đắn 1.3 Đặc tả yêu cầu phần mềm • Hệ thống update data thường xuyên từ liệu phụ tải lưới điện, tiến hành tổng hợp tính tốn lượng điện tiêu thụ Sau đó, từ thuật tốn xác định, hệ thống tiến hành dự đoán lượng điện tiêu thụ tháng hiển thị lên website Bên cạnh việc hiển thị kết dự đoán, hệ thống đồng thời đưa phân tích chuỗi liệu lượng điện tiêu thụ thống kê cần thiết • Người quản lí, sau đăng nhập thành cơng quan sát kết hiển thị website, xem xét kết dự đoán thống kê chuỗi điện tiêu thụ vài thao tác khác Cụ thể, người quản lí thực cơng việc sau: • Xem thống kê, phân tích chuỗi điện tiêu thụ: Các yếu tố khuynh, mùa, phần dư, phân phối, … • Xem kết dự báo từ hệ thống • Xem thống kê liệu theo tháng năm, năm khác (Có thể download cần thiết) 1.4 Yêu cầu hệ thống • Hệ thống chạy 24/7 • Mọi tương tác người dùng hệ thống bị trễ khơng q giây • Hệ thống hỗ trợ tới 000 người dùng sử dụng hệ thống thời điểm Khi số người dùng tăng lên, hệ thống cần linh hoạt dễ dàng nâng cấp, mở rộng • Hệ thống chạy hệ điều hành Windows 7, 8, 10, Linux, MacOS tương thích với trình duyệt Chrome, FireFox, Cốc cốc • Giao diện cần thân thiện, dễ sử dụng • Thơng tin người sử dụng hệ thống phải bảo mật tối đa • Việc cập nhật liệu thực tự động theo thời gian thật • Tồn hoạt động người dùng báo lỗi, phải ghi log lại Điều phục vụ cho việc nâng cấp, bảo trì hệ thống cần thiết 1.5 Mơ hình dự đốn Mơ hình dự đốn sử dụng ARIMA Ước lượng giá trị chuỗi tương lai: 𝑥𝑡 = ∅0 + ∅1 𝑥𝑡−1 + … + ∅𝑝 𝑥𝑡−𝑝 + 𝜃1 𝜖𝑡−1 + … + 𝜃𝑞 𝜖𝑡−𝑞 Trong trường hợp chuỗi xét chuỗi dừng, cần tiến hành lấy sai phân ∆𝑑 (𝑥𝑡 ) = ∅0 + ∅1 ∆𝑑 (𝑥𝑡−1 ) + … + ∅𝑝 ∆𝑑 (𝑥𝑡−𝑝 ) + 𝜃1 𝜖𝑡−1 + … + 𝜃𝑞 𝜖𝑡−𝑞 Với d bậc sai phân Phương trình biểu diễn q trình • Đồng tích hợp: ∆𝑑 (𝑥𝑡 ) = ∆(∆(… (∆(𝑥𝑡 )))) • Tự hồi quy: AR(p) = ∅0 + ∅1 𝑥𝑡−1 + … + ∅𝑝 𝑥𝑡−𝑝 + 𝜖 • Trung bình trượt: MA(q) = 𝜇 + 𝜃1 𝜖𝑡−1 + … + 𝜃𝑞 𝜖𝑡−𝑞 Kết ước lượng hệ số mơ hình có nhờ phương pháp Ước lượng hợp lí cực đại Kiểm định mơ hình: Đảm bảo chuỗi phần dư nhiễu trắng (phân phối chuẩn, giá trị trung bình 0, phương sai khơng đổi, không tồn tự tương quan phần tử chuỗi) 1.6 Dữ liệu Dữ liệu thu thập dự báo số liệu phụ tải điện ghi lại với chu kì 15 phút lưới điện tập đoàn Elia Group – Một tập đoàn điện lực Châu Âu (cung cấp điện quốc gia Đức Bỉ) – Đơn vị phụ tải: MW Hình 1.1 Dữ liệu phụ tải điện ghi lưới điện Elia Group năm 2014 Sau thu thập phụ tải, giả định chu kì (15 phút), phụ tải thay đổi khơng đáng kể, tiến hành tính tốn lượng điện tiêu thụ dựa phụ tải Số liệu thu cuối bao gồm • Có 2351 ghi (vẫn liên tục update hàng ngày) • Gồm trường chính: Thời gian (Date) lượng điện tiêu thụ (Consumption) • Đơn vị: MWh CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH HỆ THỐNG Hệ thống bao gồm chức sau • Phân tích: Hệ thống tiến hành phân rã chuỗi thời gian thành yêu tố khuynh, mùa, chuỗi phần dư để hiển thị lên giao diện, kèm theo thông tin khác phân phối, tương quan • Dự đoán: Hệ thống dựa vào số liệu khứ, tiến hành dự đoán giá trị tương lai hiển thị lên giao diện dạng biểu đồ • Thống kê: Hệ thống tiến hành thống kê số liệu khứ theo giai đoạn (tháng, năm) hiển thị báo cáo nhiều hình thức (biểu đồ, bảng liệu, …) 2.1 Biểu đồ phân cấp chức Hình 2.1: Biểu đồ phân cấp chức 10 2.2 Biểu đồ luồng liệu Hình 2.2: Biểu đồ luồng liệu mức đỉnh Hình 2.3: Biểu đồ luồng liệu mức đỉnh chức quản trị hệ thống 11 Hình 2.4: Biểu đồ luồng liệu mức đỉnh chức phân tích Hình 2.5: Biểu đồ luồng liệu mức đỉnh chức dự báo 12 Hình 2.6: Biểu đồ luồng liệu mức đỉnh chức thống kê 13 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH 3.1 Thiết kế mơ hình hệ thống Hình 3.1: Mơ hình hệ thống 14 3.2 Thiết kế giao diện Hình 3.1: Giao diện đăng nhập Hình 3.2: Giao diện trang phân tích 15 Hình 3.3: Giao diện trang dự báo Hình 3.4: Giao diện trang thống kê (theo tháng) 16 Hình 3.5: Giao diện trang thống kê (theo năm) 17 KẾT LUẬN Báo cáo trình bày khảo sát yêu cầu, quy trình hệ thống từ góc nhìn người dùng Kết thể qua sơ đồ, biểu đồ phân cấp chức năng, luồng liệu Từ đưa thiết kế dễ sử dụng, hiệu cao, thân thiện với người dùng Ngồi ra, module dự đốn chạy riêng để đảm bảo cập nhật hệ thống Việc nâng cấp module dự đoán trường hợp mong muốn mở rộng, cải tiến sau hoàn tồn thực mà khơng làm ảnh hưởng tới hoạt động Các chức hệ thống thể qua biểu đồ Ngoài ra, báo cáo đưa số yêu cầu phi chức để đảm bảo trải nghiệm người dùng tính ổn định, tin cậy hệ thống 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Hữu, Nguyễn Hữu Dư, Phân tích thống kê dự báo, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Hà Nội, Hà Nội, 2003 19 ... để xây dựng hệ hỗ trợ dự báo lượng điện tiêu thụ tương lai 1.2 Mơ hình nghiệp vụ Việc đo đạc lượng điện tiêu thụ đo đạc tự động ghi lại hệ thống lưới điện Ở đây, cụ thể công suất tiêu thụ điện. .. cho phép Để hệ thống cung cấp điện lập phương án cung cấp điện tối ưu, việc dự đoán nhu cầu tiêu thụ điện tác vụ cần thiết quan trọng Bên cạnh đó, việc dự đốn trước nhu cầu tiêu thụ điện cịn mang... hệ thống điện nhằm truyền tải, phân phối cung cấp điện điện đến hộ sử dụng điện Nắm bắt tầm quan trọng hệ thống cung cấp điện, báo cáo này, em xin trình bày quy trình xây dựng ? ?Hệ hỗ trợ dự báo