Luận án tiến sĩ nghiên cứu mô hình dự báo nhu cầu điện năng dài hạn của việt nam sử dụng mạng nơron nhân tạo

0 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒN VĂN BÌNH NGHIÊN CỨU MƠ HÌNH DỰ BÁO NHU CẦU ĐIỆN NĂNG DÀI HẠN CỦA VIỆT NAM SỬ DỤNG MẠNG NEURON NHÂN TẠO BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN ÁN TIẾN SĨ KINH TẾ ĐỒN VĂN BÌNH Hà Nội – 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒN VĂN BÌNH NGHIÊN CỨU MƠ HÌNH DỰ BÁO NHU CẦU ĐIỆN NĂNG DÀI HẠN CỦA VIỆT NAM SỬ DỤNG MẠNG NƠ RON NHÂN TẠO Chuyên ngành: Kinh tế công nghiệp Mã số: 62.31.09.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KINH TẾ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Bùi Huy Phùng TS Phạm Thu Hà Hà Nội – 2011 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu đƣợc trích dẫn có nguồn gốc Các kết nghiên cứu luận án trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Tác giả luận án Đồn Văn Bình Lời cảm ơn Nhân dịp hồn thành luận án, nghiên cứu sinh xin đƣợc trân trọng bày tỏ lịng biết ơn tới Thầy, Cơ hƣớng dẫn: PGS.TS Bùi Huy Phùng, TS Phạm Thu Hà Nghiên cứu sinh xin đƣợc trân trọng bày tỏ lòng biết ơn tới Thày, Cô môn Kinh tế lƣợng, Khoa Kinh tế quản lý, Viện Đào tạo sau đại học, trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội Viện Khoa học lƣợng, nơi nghiên cứu sinh thực luận án Nghiên cứu sinh xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn tới Bố, Mẹ, Vợ con, bạn bè, đồng nghiệp động viên, khuyến khích nghiên cứu sinh suốt thời gian thực luận án Mặc dù đƣợc Thày, Cơ tận tình hƣớng dẫn nghiên cứu sinh cố gắng học tập nghiên cứu, song luận án không tránh khỏi thiếu sót Nghiên cứu sinh mong nhận đƣợc góp ý Thầy, Cơ ngƣời đọc qua địa email: binhhtd@gmail.com; Mobil: 0913564741 Trân trọng! MỤC LỤC MỞ ĐẦU 17 CHƢƠNG 23 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP DỰ BÁO NHU CẦU ĐIỆN NĂNG 23 1.1 Phƣơng pháp dự báo nhu cầu điện sử dụng mơ hình kinh tế lƣợng (KTL) 24 1.1.1 Phƣơng pháp luận mơ hình kinh tế lƣợng dự báo nhu cầu điện 24 1.1.2 Ứng dụng phƣơng pháp dự báo nhu cầu điện sử dụng mơ hình KTL 26 1.2 Phƣơng pháp dự báo nhu cầu điện sử dụng mơ hình phân tích kinh tế - kỹ thuật (KT-KT) 27 1.2.1 Phƣơng pháp luận mơ hình phân tích KT-KT dự báo nhu cầu điện 27 1.2.2 Ứng dụng phƣơng pháp dự báo nhu cầu điện sử dụng mơ hình phân tích KT-KT 32 1.3 Phƣơng pháp dự báo nhu cầu điện sử dụng mạng neuron nhân tạo 33 1.4 Một số phƣơng pháp khác dự báo nhu cầu điện 39 1.4.1 Phƣơng pháp so sánh đối chiếu 39 1.4.2 Phƣơng pháp chuyên gia 40 1.4.3 Phƣơng pháp ngoại suy dự báo nhu cầu điện 40 1.5 Nhận xét chung định hƣớng nghiên cứu 42 1.5.1 Nhận xét mơ hình KTL dự báo nhu cầu điện 42 1.5.2 Nhận xét mơ hình phân tích KT-KT dự báo nhu cầu điện 43 1.5.3 Nhận xét mơ hình sử dụng mạng neuron nhân tạo dự báo nhu cầu điện hƣớng nghiên cứu 44 1.6 Kết luận chƣơng 45 CHƢƠNG 48 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MƠ HÌNH DỰ BÁO NHU CẦU ĐIỆN NĂNG DÀI HẠN SỬ DỤNG MẠNG NƠ RON NHÂN TẠO 48 2.1 Giới thiệu chung mạng nơron nhân tạo 48 2.1.1 Não nơron sinh học 48 2.1.2 Vài nét phát triển mạng nơ-ron nhân tạo 49 2.1.3 Nơ ron nhân tạo 51 2.1.4 Cấu trúc ANN thuộc tính 52 2.1.5 Những ƣu điểm ANN phạm vi ứng dụng 61 2.2 Cơ sở phƣơng pháp luận mơ hình dự báo nhu cầu điện sử dụng ANN 63 2.2.1 Sự tƣơng đồng mơ hình hồi quy tuyến tính ANN toán dự báo nhu cầu điện 63 2.2.2 Sự khác biệt mơ hình hồi quy tuyến tính ANN tốn dự báo nhu cầu điện 67 2.2.3 Mô tả toán dự báo nhu cầu điện sử dụng ANN 71 2.3 Kết luận chƣơng 74 CHƢƠNG 76 XÂY DỰNG MƠ HÌNH DỰ BÁO NHU CẦU ĐIỆN NĂNG DÀI HẠN CỦA VIỆT NAM SỬ DỤNG MẠNG NEURON NHÂN TẠO 76 3.1 Chọn mơ hình dự báo nhu cầu điện 76 3.2 Thiết kế mẫu 77 3.2.1 Kích thƣớc mẫu 77 3.2.2 Chia tập mẫu thành tập phát triển mơ hình kiểm tra mơ hình 77 3.2.3 Sắp xếp mẫu 78 3.3 Chọn biến 78 3.3.1 Biến tổng sản phẩm quốc gia (GNP) 80 3.3.2 Biến tổng sản phẩm nội địa hay GDP 81 3.3.3 Biến dân số trung bình (POP) 81 3.3.4 Biến tổng số hộ gia đình (HHs) 81 3.3.5 Biến số điện khí hóa (IE) 82 3.3.6 Biến giá trị sản xuất công nghiệp (IPs) 82 3.3.7 Biến số giá tiêu dùng (CPI) 83 3.3.8 Biến giá bán điện bình quân Pe 83 3.3.9 Biến dự báo nhu cầu điện Q e 84 3.4 Biểu diễn biến 84 3.5 Xây dựng mơ hình 84 3.5.1 Xây dựng cấu trúc mạng 84 3.5.2 Hàm kích hoạt 87 3.5.3 Lựa chọn giải thuật học tham số học 88 3.5.4 Luyện mạng 91 3.5.5 Chƣơng trình máy tính sử dụng mơ hình dự báo nhu cầu điện ANN 105 3.5.6 Kiểm định mơ hình 107 3.5.7 Kiểm tra mơ hình 107 3.6 Kết luận chƣơng 108 CHƢƠNG 111 ÁP DỤNG MƠ HÌNH SỬ DỤNG MẠNG NƠ RON ĐỂ DỰ BÁO NHU CẦU ĐIỆN NĂNG CỦA VIỆT NAM GIAI ĐOẠN ĐẾN NĂM 2020 111 4.1 Giới thiệu chƣơng trình máy tính 111 4.1.1 Cấu trúc phần mềm (chƣơng trình máy tính) 111 4.1.2 Các giao diện chƣơng trình 111 4.2 Dữ liệu đầu vào mạng dự báo nhu cầu điện giai đoạn 2011-2020 114 4.2.1 Các kịch phát triển kinh tế - xã hội Việt Nam giai đoạn 2011-2020 114 4.2.2 Xây dựng liệu dự báo theo ba kịch phát triển kinh tế xã hội 119 4.3 Kết dự báo nhu cầu điện giai đoạn 2011-2015–2020 125 4.3.1 Kết dự báo theo mơ hình EDF-ANN 125 4.3.2 Kết dự báo nhu cầu điện Việt Nam giai đoạn 2011 – 2020 theo mơ hình Simple E 129 4.3.3 So sánh, nhận xét kết dự báo hai mơ hình EDF-ANN SimpleE 132 4.4 Kết luận chƣơng 138 KẾT LUẬN 140 CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 143 TÀI LIỆU THAM KHẢO 144 Tiếng Việt 144 Tiếng Anh 147 Tài liệu tải xuống từ mạng Internet 152 PHỤ LỤC 155 MÃ NGUỒN THAM KHẢO CỦA MƠ HÌNH EDF-ANN 155 PHỤ LỤC 185 SỬ DỤNG CHƢƠNG TRÌNH EDF-ANN 185 PHỤ LỤC 190 MỘT SỐ GIAO DIỆN KẾT QUẢ CỦA MÔ HÌNH EDF-ANN 190 PHỤ LỤC 192 KẾT QUẢ TÍNH TỐN LỰA 192 CHỌN SỐ NÚT ẨN CỦA MƠ HÌNH EDF-ANN 192 PHỤ LỤC 197 KẾT QUẢ HỌC VÀ KIỂM ĐỊNH MƠ HÌNH EDF-ANN 197 PHỤ LỤC 201 TẬP TRỌNG SỐ CỦA MƠ HÌNH EDF-ANN 201 Danh mục ký hiệu từ viết tắt α: Hệ số đàn hồi thu nhập nhu cầu lƣợng β: Hệ số đàn hồi giá lƣợng  jq Gradient sai lệch đầu nút j tầng q j Gradient sai lệch đầu nút j tầng Qe% Suất tăng tƣơng đối điện GDP% Suất tăng tƣơng đối GDP λ Hệ số hình dạng hàm sigmoid ω Hệ số hình dạng hàm hyperbolic γ Suất tăng phụ tải trung bình hàng năm γi Tỷ lệ tăng phụ tải năm thứ i so với năm trƣớc ω Hệ số hình dáng hàm hyperbolic η Hệ số học hay tốc độ học μ Hệ số quán tính θk Ngƣỡng kích hoạt hàm hoạt hóa Qe Tăng trƣởng trung bình điện giai đoạn xét GDP Tăng trƣởng trung bình thu nhập giai đoạn xét Độ biến thiên sai số Đạo hàm riêng vector e W Sự thay đổi giá trị trọng số W jiq Độ điều chỉnh trọng số ∆η Sự điều chỉnh hệ số học sau bƣớc tính tốn (hay sau bƣớc học) ∆Err Mức độ biến thiên hàm lỗi sau bƣớc học A1 Vector cột chứa m phần tử, phần tử giá trị đầu vào nút lớp mạng nơ ron A2 Ma trận cột đầu lớp ẩn mạng có lớp ẩn a Hệ số phƣơng trình, Mức hoạt động nơ ron công thức từ 2.9 đến 2.20, ANN: Mạng nơ ron nhân tạo (Artifical Neural Networks) ARDL: Tự hồi quy có trễ (AutoRegressive Distributed Lag (ARDL)) b Hệ số phƣơng trình BP: Lan truyền ngƣợc (Back propagation) c Hệ số phƣơng trình C Hệ số C = (1+ γ) CIEM Viện Nghiên cứu quản lý kinh tế Trung ƣơng Cosh(y) Hàm Coshyperpol CPI Chỉ số giá tiêu dùng (Consumer Price Index) e Sai số, Cơ số lôgarit tự nhiên EC: Hiệu chỉnh sai số (Error Correction ) EDF-ANN Phần mềm (chƣơng trình) dự báo nhu cầu điện sử dụng kỹ thuật ANN (Electricity Demand Forecasting by ANN Model) Err Hàm lỗi mạng nơ ron ESCAP: Tổ chức phát triển kinh tế xã hội chấu Á Thái Bình Dƣơng (Economic and social development in Asia and the Pacific) ETB : Energy Toolbox EVN Tập đoàn điện lực Việt Nam f1(x) Hàm ngƣỡng f2(x) Hàm bậc bị chặn f3(x) Hàm sigmoidal f4(x) Hàm hyperbolic f5(x) Hàm Gaussian f(.) Hàm hoạt hóa F Ma trận đƣờng chéo chứa giá trị hàm hoạt hóa neuron lớp ẩn f‟(.) Đạo hàm hàm hoạt hóa G Ma trận đƣờng chéo chứa hàm hoạt hóa lớp đầu g(.) Hàm hoạt hóa lớp GA: Giải thuật di truyền (Genetic Algorithms) GDP Tổng sản phẩm quốc nội (Gross of Domestic Production ) GNP Tổng sản phẩm quốc gia (Gross of National Production) Hi Tổng khách hàng dịch vụ lƣợng i HHs Tổng số hộ gia đình (Households) Ii Cƣờng độ lƣợng dịch vụ lƣợng i i Chỉ số nơ ron thứ i IE Chỉ số điện khí hóa (Index of Electrification) IPs Giá trị sản xuất công nghiệp (Industrial production) IC: Biến thu nhập ngƣời tiêu dùng j Chỉ số nơ ron thứ j k Vòng lặp thứ k trình luyện mạng Ki Số lƣợng dịch vụ lƣợng i KT-KT: Kinh tế - kỹ thuật KTL: Kinh tế lƣợng LMS: Quy tắc huấn luyện bình phƣơng nhỏ LR: Hồi quy tuyến tính (Linear Regression ) ... vi nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu luận án phƣơng pháp dự báo nhu cầu điện dài hạn sử dụng mạng nơ ron nhân tạo Phạm vi nghiên cứu dự báo nhu cầu điện dài hạn cho Việt Nam Phƣơng pháp nghiên cứu. .. nghiên cứu phát triển, hồn thiện mơ hình dự báo đƣợc đề cập luận án 20 Mục đích nghiên cứu luận án Nghiên cứu xây dựng mơ hình dự báo nhu cầu điện dài hạn Việt Nam sử dụng mạng nơ ron nhân tạo; ... xây dựng mơ hình dự báo nhu cầu điện dài hạn cho Việt Nam Nội dung nghiên cứu luận án - Tổng quan mơ hình dự báo nhu cầu điện đƣợc sử dụng phổ biến đề xuất hƣớng nghiên cứu luận án - Nghiên cứu