Tài liệu Dự báo phụ tải sử dụng walet fuzzy logic using wavelet and fuzzy logic for load forecasting

ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA TP HOÀ CHÍ MINH TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA KHOA ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ ---------- BK TPHCM GVHD : PGS.TS. PHAN THÒ THANH BÌNH HVTH : VOÕ HOAØNG THAØNH MSSV : 01807295 DÖÏ BAÙO PHUÏ TAÛI SÖÛ DUÏNG WALET – FUZZY LOGIC USING WAVELET AND FUZZY LOGIC FOR LOAD FORECASTING Chuyeân ngaønh: Thieát bò, Maïng &ø Nhaø maùy Ñieän Maõ soá: 60 52 50 LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ TP. HOÀ CHÍ MINH, 6-2009 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc NHẬN XÉT LUẬN VĂN THẠC SĨ (Nhận xét của CB hướng dẫn Nhận xét của CB phản biện ) Họ và tên học viên: Võ Hoàng Thành Đề tài luận văn: DỰ BÁO PHỤ TẢI SỬ DỤNG WALET – FUZZY LOGIC (USING WAVELET AND FUZZY LOGIC FOR LOAD FORECASTING) Chuyên ngành: Thiết bị, Mạng & Nhà máy Điện Người nhận xét (họ tên, học hàm, học vị): ...................................................................... Cơ quan công tác (nếu có): ............................................................................................. Ý KIẾN NHẬN XÉT 1. Về nội dung & đánh giá thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài: ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 2. Về phương pháp nghiên cứu, độ tin cậy của các số liệu: ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 3. Về kết quả khoa học của luận văn: ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ii 4. Về kết quả thực tiễn của luận văn: ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 5. Những thiếu sót & vấn đề cần làm rõ (nếu có): ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 6. Ý kiến kết luận (mức độ đáp ứng yêu cầu đối với LVThS; cho điểm đánh giá LV): ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 7. Câu hỏi của người nhận xét dành cho học viên (nếu có): ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... TP.HCM, ngày tháng năm 2009 NGƯỜI NHẬN XÉT iii ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc NHẬN XÉT LUẬN VĂN THẠC SĨ (Nhận xét của CB hướng dẫn Nhận xét của CB phản biện ) Họ và tên học viên: Võ Hoàng Thành Đề tài luận văn: DỰ BÁO PHỤ TẢI SỬ DỤNG WALET – FUZZY LOGIC (USING WAVELET AND FUZZY LOGIC FOR LOAD FORECASTING) Chuyên ngành: Thiết bị, Mạng & Nhà máy Điện Người nhận xét (họ tên, học hàm, học vị): ...................................................................... Cơ quan công tác (nếu có): ............................................................................................. Ý KIẾN NHẬN XÉT 1. Về nội dung & đánh giá thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài: ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 2. Về phương pháp nghiên cứu, độ tin cậy của các số liệu: ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 3. Về kết quả khoa học của luận văn: ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... iv ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 4. Về kết quả thực tiễn của luận văn: ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 5. Những thiếu sót & vấn đề cần làm rõ (nếu có): ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 6. Ý kiến kết luận (mức độ đáp ứng yêu cầu đối với LVThS; cho điểm đánh giá LV): ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 7. Câu hỏi của người nhận xét dành cho học viên (nếu có): ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... TP.HCM, ngày tháng năm 2009 NGƯỜI NHẬN XÉT v ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc NHẬN XÉT LUẬN VĂN THẠC SĨ (Nhận xét của CB hướng dẫn Nhận xét của CB phản biện ) Họ và tên học viên: Võ Hoàng Thành Đề tài luận văn: DỰ BÁO PHỤ TẢI SỬ DỤNG WALET – FUZZY LOGIC (USING WAVELET AND FUZZY LOGIC FOR LOAD FORECASTING) Chuyên ngành: Thiết bị, Mạng & Nhà máy Điện Người nhận xét (họ tên, học hàm, học vị): ...................................................................... Cơ quan công tác (nếu có): ............................................................................................. Ý KIẾN NHẬN XÉT 1. Về nội dung & đánh giá thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài: ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 2. Về phương pháp nghiên cứu, độ tin cậy của các số liệu: ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 3. Về kết quả khoa học của luận văn: ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... vi ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 4. Về kết quả thực tiễn của luận văn: ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 5. Những thiếu sót & vấn đề cần làm rõ (nếu có): ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 6. Ý kiến kết luận (mức độ đáp ứng yêu cầu đối với LVThS; cho điểm đánh giá LV): ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 7. Câu hỏi của người nhận xét dành cho học viên (nếu có): ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... TP.HCM, ngày tháng năm 2009 NGƯỜI NHẬN XÉT vii CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH -------------Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. PHAN THỊ THANH BÌNH Ký tên : ................................................................................... Cán bộ chấm nhận xét 1 : ................................................................................... Ký tên : ................................................................................... Cán bộ chấm nhận xét 2 : ................................................................................... Ký tên : ................................................................................... Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày . . . . . tháng . . . . năm 2009 i TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp. HCM, ngày 26 tháng 6 năm 2009 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Võ Hoàng Thành Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 10 – 12 – 1984 Nơi sinh: Bà Rịa – Vũng Tàu Chuyên ngành: Thiết bị, Mạng & Nhà máy Điện MSHV: 01807295 I- TÊN ĐỀ TÀI: DỰ BÁO PHỤ TẢI SỬ DỤNG WALET – FUZZY LOGIC (USING WAVELET AND FUZZY LOGIC FOR LOAD FORECASTING) II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1. Tổng quan về Dự báo phụ tải. 2. Lý thuyết Wavelet. 3. Lý thuyết Fuzzy Logic. 4. Ứng dụng Wavelet – Fuzzy Logic cho bài toán dự báo Phụ tải. 5. Áp dụng dự báo Phụ tải thành phố Hồ Chí Minh. III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02 – 02 – 2009 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 03 – 07 – 2009 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. PHAN THỊ THANH BÌNH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua. Ngày TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH tháng năm 2009 TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH viii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được luận văn này trước hết em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Bộ Môn Cung Cấp Điện cùng toàn thể quý thầy cô Khoa Điện - Điện tử Trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh đã trang bị vốn kiến thức và tận tâm truyền đạt những kinh nghiệm quý báu cho em trong suốt quá trình học tập. Em kính lời cảm ơn cô PHAN THỊ THANH BÌNH đã hướng dẫn em hoàn thành luận văn này với tất cả tinh thần, trách nhiệm và lòng nhiệt thành. Đồng thời gửi lời cảm ơn đến các anh, các bạn tập thể lớp CH2007 những người đã quan tâm, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm Luận Văn Thạc Sĩ này. Với thời gian hạn hẹp và kiến thức còn hạn chế, chắc chắn Luận Văn Thạc Sĩ này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được nhận sự thông cảm và nhiệt tình đóng góp của quý thầy cô và các bạn. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn. Học viên thực hiện Võ Hoàng Thành ix TÓM TẮT Dự báo phụ tải điện đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việc lập kế hoạch thiết kế và vận hành hệ thống điện. Dự báo sẽ giúp chúng ta định hướng được phương hướng và kế hoạch cho tương lai, chủ động trong công việc và xử lí được những biến cố. Nếu như không có công việc dự báo phụ tải điện, ta sẽ gặp phải hai trường hợp có thể xảy ra: thứ nhất là chúng ta sẽ thiếu hụt điện năng sử dụng, thứ hai là chúng ta sẽ sản xuất ra một lượng điện năng dư thừa vô ích. Đối với trường hợp thiếu hụt điện năng, chúng ta sẽ không có đủ điện để phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt, giải trí và không đủ điện để cung cấp cho các ngành kinh tế như công nghiệp, nông nghiệp và dịch vụ. Điều đó gây ra một hậu quả hết sức nghiêm trọng: các dây chuyền tự động, các máy móc, thiết bị sẽ ngưng hoạt động, nền kinh tế bị ảnh hưởng. Đối với trường hợp dư thừa điện năng, không giống như các loại hàng hoá khác, điện năng có tính chất đặc biệt là không thể để dành hay cất vào kho khi dư thừa. Do vậy chúng ta sẽ bị lãng phí một lượng lớn điện năng dư thừa vô ích, gây thiệt hại kinh tế cho đất nước. Để đảm bảo lượng điện năng sản xuất ra không thừa và cũng không thiếu so với nhu cầu sử dụng thì bài toán dự báo phụ tải điện cần được quan tâm. Việc dự báo chính xác góp phần cải thiện chất lượng điện năng cũng như giảm chi phí sản xuất, vận hành và đảm bảo an toàn cho hệ thống điện. Thành phố Hồ Chí Minh là thành phố lớn nhất, đông dân nhất và có nền kinh tế phát triển nhất trong nước. Nhu cầu sử dụng điện cũng rất cao, do vậy việc dự báo phụ tải điện được đặt lên hàng đầu trong việc thiết kế và vận hành hệ thống điện. Do đó, phương pháp dự báo kết hợp mạng Wavelet - Fuzzy Logic được sử dụng để dự báo đồ thị phụ tải thành phố Hồ Chí Minh tại các ngày trong năm. x Mục lục Dự báo Phụ tải sử dụng Wavelet – Fuzzy logic MỤC LỤC Trang NHẬN XÉT ...................................................................................................................................... i NHIỆM VỤ LUẬN VĂN ............................................................................................................. viii LỜI CÁM ƠN ................................................................................................................................ ix TÓM TẮT ...................................................................................................................................... x MỤC LỤC ..................................................................................................................................... xi CHƯƠNG 0: ĐẶT VẤN ĐỀ .......................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DỰ BÁO .................................................................................... 4 1.1. TỔNG QUAN .................................................................................................................. 4 1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO PHỤ TẢI ĐIỆN ........................................................... 7 1.2.1. Phương pháp tính hệ số vượt trước ...................................................................... 7 1.2.2. Phương pháp tính trực tiếp .................................................................................. 7 1.2.3. Phương pháp so sánh đối chiếu ........................................................................... 8 1.2.4. Phương pháp chuyên gia ..................................................................................... 8 1.2.5. Phương pháp san bằng hàm mũ ........................................................................... 9 1.2.6. Phương pháp ngoại suy theo thời gian ............................................................... 11 1.2.6.1. Mô hình Brown ................................................................................ 12 1.2.6.2. Mô hình Bayes ................................................................................. 12 1.2.6.3. Phương pháp sử dụng mạng Neural nhân tạo..................................... 12 1.2.6.4. Mô hình theo Wavelet....................................................................... 13 CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT WAVELET...................................................................................... 14 2.1. TỔNG QUAN ................................................................................................................ 14 2.2. BIẾN ĐỔI WAVELET LIÊN TỤC ................................................................................ 15 2.3. BIẾN ĐỔI WAVELET RỜI RẠC .................................................................................. 17 2.4. GIỚI THIỆU MỘT SỐ HỌ WAVELET ......................................................................... 18 2.4.1. Biến đổi Wavelet Haar ...................................................................................... 18 2.4.2. Biến đổi Wavelet Meyer.................................................................................... 18 2.4.3. Biến đổi Wavelet Daubechies ............................................................................ 19 2.5. MỘT SỐ ỨNG DỤNG NỔI BẬC CỦA WAVELET ...................................................... 20 2.5.1. Nén tín hiệu ...................................................................................................... 20 2.5.2. Khử nhiễu ......................................................................................................... 20 2.5.3. Mã hóa nguồn và mã hóa kênh .......................................................................... 20 CHƯƠNG 3: KHÁI NIỆM TẬP MỜ - FUZZY ........................................................................... 21 3.1. TẬP HỢP KINH ĐIỂN .................................................................................................. 21 3.2. ĐỊNH NGHĨA TẬP MỜ ................................................................................................ 22 3.3. LUẬT HỢP THÀNH MỜ .............................................................................................. 24 3.3.1. TT thực hiện luật hợp thành đơn Max-Min, Max-Prod, có cấu trúc SISO........... 25 3.3.1.1. Luật hợp thành Max-Min .................................................................. 25 xi Mục lục Dự báo Phụ tải sử dụng Wavelet – Fuzzy logic 3.3.1.2. Luật hợp thành Max-Prod ............................................................... 27 3.3.2. Thuật toán xác định luật hợp thành đơn có cấu trúc MISO ................................. 29 3.3.3. Thuật toán xác định luật hợp thành kép Max – Min, Max - Prod ........................ 30 3.3.3.1. Luật hợp thành có hai mệnh đề hợp thành ......................................... 31 3.3.3.2. TT xây dựng luật hợp thành có nhiều mệnh đề hợp thành .................. 32 3.3.3.3. TT xây dựng luật hợp thành có nhiều mệnh đề cho cấu trúc MISO .... 33 3.3.4. Thuật toán xác định luật hợp thành Sum – Min, Sum – Prod .............................. 33 3.4. GIẢI MỜ ....................................................................................................................... 34 3.4.1. Phương pháp cực đại ......................................................................................... 34 3.4.1.1. Nguyên lý trung bình ........................................................................ 35 3.4.1.2. Nguyên lý cận trái ........................................................................... 35 3.4.1.3. Nguyên lý cận phải ........................................................................... 35 3.4.2. Phương pháp điểm trọng tâm............................................................................. 36 3.4.2.1. Phương pháp điểm trọng tâm cho luật hợp thành Sum - Min ............. 37 3.4.2.2. Phương pháp độ cao ......................................................................... 37 3.5. CÁC BƯỚC THIẾT KẾ BỘ MỜ.................................................................................... 38 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG WAVELET - FUZZY LOGIC DỰ BÁO PHỤ TẢI........................ 39 4.1. ỨNG DỤNG WAVELET VÀO DỰ BÁO CHUỖI THỜI GIAN .................................... 39 4.1.1. Wavelet cho tiền xử lý ...................................................................................... 40 4.1.1.1. Phép biến đổi Wavelet rời rạc ........................................................... 40 4.1.1.2. Phân tích Wavelet rời rạc phủ toàn diện (MODWT) .......................... 40 4.1.2. Hệ thống dự báo chuỗi thời gian kết hợp Wavelet – Fuzzy Logic....................... 42 4.2. XÂY DỰNG LUẬT MỜ CHO BÀI TOÁN DỰ BÁO ................................................... 44 CHƯƠNG 5: ÁP DỤNG DỰ BÁO PHỤ TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ........................... 52 A. DỰ BÁO TỔNG CÔNG SUẤT PHỤ TẢI TP.HCM ..................................................... 52 5.1. PHÂN TÍCH WAVELET ............................................................................................... 52 5.2. XÂY DỰNG LUẬT MỜ ................................................................................................ 53 5.3. TỔ HỢP DỰ BÁO ......................................................................................................... 57 B. DỰ BÁO ĐỒ THỊ PHỤ TẢI TP.HCM .......................................................................... 60 5.4. PHÂN TÍCH WAVELET ............................................................................................... 60 5.5. XÂY DỰNG LUẬT MỜ ................................................................................................ 61 5.6. TỔ HỢP DỰ BÁO ......................................................................................................... 66 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN & MỞ RỘNG..................................................................................... 69 PHỤ LỤC 1: CHƯƠNG TRÌNH MATLAB ................................................................................ 70 PHỤ LỤC 2: BẢNG KẾT QUẢ DỰ BÁO CÔNG SUẤT PHỤ TẢI ........................................... 77 PHỤ LỤC 3: BẢNG KẾT QUẢ DỰ BÁO ĐỒ THỊ PHỤ TẢI .................................................... 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................................... 210 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG .......................................................................................................... xii xii Chương 0: Đặt vấn đề Dự báo Phụ tải sử dụng Wavelet – Fuzzy Logic CHƯƠNG 0 ĐẶT VẤN ĐỀ Dự báo là một khoa học quan trọng, nhằm nghiên cứu những phương pháp luận khoa học làm cơ sở cho việc đề xuất dự báo cụ thể, cũng như việc đánh giá mức độ tin cậy, mức độ chính xác của các phương pháp dự báo. Tác dụng của dự báo đối với quản lý kinh tế nói chung rất lớn. Dự báo và lập kế hoạch là hai giai đoạn liên kết chặt chẽ với nhau của một quá trình quản lý. Trong mối quan hệ ấy phần dự báo sẽ góp phần giải quyết các vấn đề về cơ bản sau: - Xác định xu thế phát triển. - Đề xuất những yếu tố cụ thể quyết định các xu thế ấy. - Xác định quy luật và đặc điểm của sự phát triển. Nếu công tác dự báo mà dựa trên lập luận khoa học thì nó sẽ trở thành cơ sở để xây dựng các kế hoạch phát triển nền kinh tế quốc dân. Đặc biệt đối với ngành năng lượng thì tác dụng của dự báo càng có ý nghĩa quan trọng vì năng lượng có liên quan rất chặt chẽ với tất cả ngành kinh tế quốc dân, cũng như mọi sinh hoạt bình thường của nhân dân. Do đó nếu dự báo không chính xác hoặc sai lệch quá nhiều về khả năng cung cấp nhu cầu năng lượng thì sẽ dẫn đến những hạn chế không tốt cho nền kinh tế. Trong thời gian gần đây, có rất nhiều phương pháp được dùng để dự báo phụ tải tiên tiến như: wavelet, fuzzy logic, mạng neural. Tuy nhiên, việc ứng dụng một trong các phương pháp trên vào dự báo phụ tải vẫn chưa đạt được kết quả tối ưu thỏa mãn với mong muốn của chúng ta. Đơn cử, ví dụ chúng ta ứng dụng phương pháp Wavelet trong dự báo phụ tải chẳng hạn: Kết quả dự báo phụ tải điện bằng mạng Wavelet là một trong những phương pháp đạt kết quả khá tốt nhưng ta cần phải quan tâm sai số dự báo trung bình trên các mẫu thử còn cao. Điều này cũng dễ hiểu vì phương pháp dự báo 1 Chương 0: Đặt vấn đề Dự báo Phụ tải sử dụng Wavelet – Fuzzy Logic bằng mạng Wavelet gặp rất nhiều khó khăn khi dữ liệu đầu không đủ nhiều cho quá trình luyện mạng, và khó khăn thứ hai là các dữ liệu này không có nhiều điểm chung. Trên thế giới: - Trên thế giới, việc nghiên cứu dự báo phụ tải đã có từ rất lâu đời. Việc ứng dụng các phương pháp mạng neutron, wavelet, fuzzy logic vào dự báo rất phổ biến, không chỉ gói gọn trong dự báo phụ tải điện mà còn được áp dụng vào các phạm vi lĩnh vực khác như kinh tế. - Nhóm nghiên cứu gồm: Saif Ahmad, Ademola Popoola, and Khurshid Ahmad công tác tại Department of Computing, University of Surrey, Guildford GU2 7XH Surrey, UK đã ứng dụng Fuzzy logic – Wavelet vào việc dự báo giá của hãng máy tính khổng lồ Mỹ IBM. - Nghiên cứu sinh Ademola Olayemi Popoola tại Department of Computing School of Electronics and Physical Sciences University of Surrey Guildford, Surrey GU2 7XH, UK đã ứng dụng Fuzzy logic – Wavelet vào việc phân tích chuổi thời gian. Tại Việt Nam: - Nhóm nghiên cứu gồm các thầy Nguyễn Hoàng Việt, Trần Anh Dũng, Nguyễn Quang Thi công tác tại Khoa Điện – Điện tử trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh đã ứng dụng mạng wavelet cho bài toán dự báo phụ tải ngắn hạn trong các ngày đặc biệt. - Nhóm nghiên cứu của thầy Lê Minh Phương công tác tại Khoa Điện – Điện tử trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh đã ứng dụng công cụ Wavelet trong Matlab để dự báo phụ tải. - Nhóm nghiên cứu gồm các thầy Dương Ngọc Hiếu, Võ Hoàng Tam, Nguyễn Thành Thi công tác tại Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính, ĐH Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh và Bộ môn Thông tin Địa lý Ứng dụng, ĐH 2 Chương 0: Đặt vấn đề Dự báo Phụ tải sử dụng Wavelet – Fuzzy Logic Nông – Lâm Tp. Hồ Chí Minh đã ứng dụng wavelet và fuzzy trong bài toán dự báo phụ tải. Để khắc phục những khó khăn trên, khi sử dụng mạng Wavelet dự báo phụ tải điện ta cần phải có một bước tiền xử lý dữ liệu đầu vào trước khi luyện mạng Wavelet. Một phương pháp xử lý và phân loại dữ liệu hiệu quả nhất là phương pháp suy luận mờ. Khả năng của phương pháp này là vận dụng những kiến thức và kinh nghiệm của các chuyên gia dự báo để đưa ra những luật logic (luật mờ). Các luật logic này sẽ loại bỏ, phân loại các dữ liệu sao cho các dữ liệu này mang tính tổng quát hơn, có nhiều điểm chung hơn. Do đó, chúng ta cần kết hợp sử dụng 2 phương pháp Wavelet và Fuzzy logic trong việc dự báo phụ tải. Dữ liệu đầu vào chúng ta sẽ sử dụng công cụ Wavelet để phân tích, sau đó dữ liệu sẽ được tiếp tục được xử lý và đưa ra kết quả dự báo nhờ vào công cụ Fuzzy logic. Sự kết hợp giữa mạng Wavelet và Fuzzy logic là một phương pháp dự báo có nhiều ưu điểm. Một là khả năng tổng quát hoá của mạng Wavelet. Hai là khả năng suy luận logic trong việc vận dụng những kiến thức và kinh nghiệm dự báo. Đặc biệt là quá trình luyện mạng nhanh và kết quả sai số dự báo rất tốt. Hiện tại, việc ứng dụng phương pháp dự báo kết hợp giữa Wavelet – Fuzzy Logic đang được áp dụng mạnh vào dự báo trong lĩnh vực tài chính để làm sáng tỏ những mối quan hệ phức tạp trong chuỗi thời gian không dừng (đặc điểm lĩnh vực tài chính là chuỗi dữ liệu thời gian vốn không dừng và xếp chồng nhiều nguồn biểu hiện chức năng khác nhau). Trong luận văn này, chúng tôi sẽ chỉ thử nghiệm ứng dụng phương pháp Wavelet – Fuzzy Logic vào lĩnh vực dự báo phụ tải Điện để xem xét sai số so với định mức sai số dự báo cho phép như thế nào?. 3 Chương 1: Tổng quan về dự báo Dự báo Phụ tải sử dụng Wavelet – Fuzzy Logic CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ DỰ BÁO 1.1. TỔNG QUAN Dự báo là một môn khoa học quan trọng, nhằm nghiên cứu những phương pháp luận khoa học làm cơ sở cho việc đề xuất dự báo cụ thể, cũng như việc đánh giá mức độ tin cậy, mức độ chính xác của các phương pháp dự báo. Dự báo là đi tìm một mô hình toán thích hợp mô tả quan hệ, phụ thuộc của đại lượng cần dự báo vào các yếu tố khác, hay chính bản thân nó. Nhiệm vụ chính của dự báo là việc xác định các tham số mô hình. Về mặt lý luận các tính chất của mô hình dự đoán được nghiên cứu trên cơ sở giả định rằng nó được ứng dụng để dự đoán một quá trình nào đó sinh ra bằng một mô hình giải tích. Hiện nay có nhiều phương pháp luận cho hoạt động dự báo mà hầu hết các phương pháp đó đều mang tính chất kinh nghiệm thuần túy. Vận dụng cách giải quyết theo kinh nghiệm vào việc dự báo là không đầy đủ, vì cách làm đó chỉ hoàn toàn dựa trên kinh nghiệm của giai đoạn quá khứ mà các kinh nghiệm ấy không phải lúc nào cũng có thể vận dụng vào hoàn cảnh đã thay đổi so với trước. Do đó cần phải hoàn thiện về mặt lý thuyết các vấn đề dự báo. Sự hoàn thiện đó cho phép chúng ta có thêm cơ sở tiếp cận với việc lựa chọn các phương pháp dự báo, đánh giá mức độ chính xác của dự báo đồng thời xác định khoản thời gian lớn nhất có thể dùng cho dự báo. Tác dụng của dự báo đối với quản lý kinh tế nói chung rất lớn. Dự báo và lập kế hoạch là hai giai đoạn liên kết chặt chẽ với nhau của một quá trình quản lý. Trong mối quan hệ đó phần dự báo sẽ góp phần giải quyết các vấn đề về cơ bản sau: - Xác định xu thế phát triển. - Đề xuất những yếu tố cụ thể quyết định các xu thế đó. - Xác định quy luật và đặc điểm của sự phát triển. 4 Chương 1: Tổng quan về dự báo Dự báo Phụ tải sử dụng Wavelet – Fuzzy Logic Nếu công tác dự báo mà dựa trên lập luận khoa học thì nó sẽ trở thành cơ sở để xây dựng các kế hoạch phát triển nền kinh tế quốc dân. Đặc biệt đối với ngành năng lượng thì tác dụng của dự báo càng có ý nghĩa quan trọng vì năng lượng có liên quan rất chặt chẽ với tất cả ngành kinh tế quốc dân, cũng như mọi sinh hoạt bình thường của người dân. Do đó nếu dự báo không chính xác hoặc sai lệch quá nhiều về khả năng cung cấp nhu cầu năng lượng thì sẽ dẫn đến những hạn chế không tốt cho nền kinh tế. Từ những yêu cầu cụ thể mà ta lựa chọn tầm dự báo, ví dụ để xây dựng kế hoạch phát triển hay chiến lược ta phải dự báo dài hạn hay trung hạn. Nếu để phục vụ công việc vận hành ta tiến hành dự báo ngắn hạn. Các tầm dự báo: - Dự báo tức thời (current forecast): giờ; - Dự báo ngắn hạn (short term): ngày hoặc nhiều ngày; - Dự báo trung hạn (medium term): tuần hoặc nhiều tuần; - Dự báo dài hạn (long term): năm hoặc nhiều năm. Tính đúng đắn của dự báo phụ thuộc nhiều vào các phương pháp dự báo mà chúng ta áp dụng, mỗi phương pháp dự báo ứng với các sai số cho phép khác nhau. Đối với các dự báo ngắn hạn, sai số cho phép khoảng 3-5%. Còn đối với dự báo dài hạn sai số cho phép khoảng 5-20%. Có hai phương pháp dự báo chính: Theo chuỗi thời gian: Dự báo theo chuỗi thời gian là tìm một quy luật thay đổi của đại lượng cần dự báo phụ thuộc vào giá trị của đại lượng đó trong quá khứ. Mô hình toán học: Ŷ(t) = f(a0,a1,a2 ,…an ,Y(t-1), Y(t-2),…, Y(t-n)) 5 Chương 1: Tổng quan về dự báo Dự báo Phụ tải sử dụng Wavelet – Fuzzy Logic = a0 + a1Y(t-1)+a2Y(t-2)+a3Y(t-3)…anY(t-n) (1.1) Trong đó: Ŷ(t): giá trị đại lượng cần dự báo tại thời điểm t. F(t – 1), F(t – 2) …F(t – n): giá trị của đại lượng trong quá khứ. a0, a1, an: thông số mô hình dự báo cần tìm. Phương pháp tương quan. Dự báo theo phương pháp tương quan là tìm quy luật thay đổi của đại lượng cần dự báo phụ thuộc vào các đại lượng liên quan. Mô hình toán học: Ŷ(t) = f(a1, a2,..an, A0, A1, A2,.., An) = A0 + a1 A1+ a2 A2 + a3 A3 +…+ an An (1.2) Trong đó: Ŷ: giá trị cần dự báo. A1, A2, …, An: giá trị của các đại lượng liên quan. a0, a1, an: thông số mô hình dự báo cần tìm. Việc xác định giá trị của các thông số mô hình dự báo cho cả hai phương pháp phần lớn đều dựa trên nguyên tắc bình phương cực tiểu: ∑ ∑ [ − ( , ∑ , − (1.3) , ( − 1), ( − 2), … , ( − ))] ⟹ ,… [ − ( , ⟹ , ,… , , , ,… )] ⟹ Trong đó: Yi: giá trị thực của đại lượng cần dự báo. Tức là lấy đạo hàm của biểu thức trên theo thông số của mô hình dự báo. 6 (1.4) (1.5) Chương 1: Tổng quan về dự báo Dự báo Phụ tải sử dụng Wavelet – Fuzzy Logic ∑ − , , ,… , ( − 1), ( − 2), … , ( − ) =0 ∑ − , , ,… , ( − 1), ( − 2), … , ( − ) =0 ∑ − , , ,… , ( − 1), ( − 2), … , ( − ) =0 (1.6) …… ∑ − , , ,… , ( − 1), ( − 2), … , ( − ) =0 Giải hệ phương trình trên ta tìm được các giá trị của thông số mô hình. 1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO PHỤ TẢI ĐIỆN 1.2.1. Phương pháp tính hệ số vượt trước Phương pháp này dựa trên khuynh hướng phát triển của nhu cầu điện năng và sơ bộ cân đối nhu cầu này. Nó được đặc trưng bởi hệ số K - hệ số K phụ thuộc vào nhịp độ phát triển năng lượng điện và nhịp độ phát triển của toàn bộ nền kinh tế quốc dân. Ngoài ra phương pháp này còn chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau, chẳng hạn như: - Do tiến bộ về mặt khoa học kỹ thuật và quản lý nên suất tiêu hao điện năng đối với mỗi sản phẩm công nghiệp ngày càng giảm xuống. - Do điện năng ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân và các địa phương. - Do cơ cấu kinh tế không ngừng thay đổi. Việc xác định giá trị K khó có thể đảm bảo chính xác, vì thế hiện nay phương pháp này hầu như không được sử dụng. 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 của năm đó và suất tiêu hao điện năng 7