Dự báo phụ tải điện bằng mô hình chuỗi thời gian

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN TOÁN ỨNG DỤNG VÀ TIN HỌC

PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

DỰ BÁO PHỤ TẢI ĐIỆN
BẰNG MƠ HÌNH CHUỖI THỜI GIAN

HÀ NỘI – 2019

0


Mục lục
1. KHẢO SÁT HỆ THỐNG 2
1.1 Khảo sát hiện trạng 2
1.2 Dữ liệu khảo sát

3

2. PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 4
2.1 Biểu đồ phân cấp chức năng4
2.2 Biểu đồ luồng dữ liệu5
2.2.1 Biểu đồ mức ngữ cảnh 5
2.2.2 Biểu đồ mức đỉnh

6

2.2.3 Biểu đồ mức dưới đỉnh chức năng Xử lý dữ liệu 6
2.2.4 Biểu đồ mức đỉnh chức năng Dự báo phụ tải

7

2.2.5 Biểu đồ mức đỉnh chức năng Báo cáo thống kê

8

2.3 Biểu đồ thực thể liên kết

8

2.3.1 Sơ đồ thực thể liên kết 8
2.3.2 Mô tả chi tiết các thực thể liên kết
3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG

12

3.1 Ngơn ngữ viết chương trình 12
3.2 Giao diện chương trình

14
1

9


1. KHẢO SÁT HỆ THỐNG
1.1. Khảo sát hiện trạng
Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc Gia thuộc Tập đoàn Điện lực
Việt Nam được giao nhiệm vụ quản lý, điều hành hệ thống điện Việt Nam
đảm bảo đầy đủ điện phục vụ an ninh quốc gia, sinh hoạt, sản xuất cho nhân

dân và các doanh nghiệp trên toàn quốc. Với đặc thù nghành điện là sản
xuất phải tiêu dùng ngay, phạm vi lưới điện trải dài mọi vùng miền của Tổ
quốc và gần 120 nhà máy điện đủ loại hình (thủy điện, nhiệt điện than, nhiệt
điện khí, dầu). Trung tâm Điều độ hệ thống điện Quốc Gia có trách nhiệm
vận hành hệ thống điện an toàn, hiệu quả và hướng tới thị trường phát điện
canh tranh theo thông tư 18/2010/TT-BCT của Bộ Cơng thương ban hành.
Để hồn thành tốt nhiệm vụ được giao, Trung tâm Điều độ Hệ thống điện
Quốc Gia phải xây dựng kế hoạch vận hành hệ thống điện theo năm, tháng,
tuần, ngày, giờ. Muốn có được kế hoạch vận hành hệ thống điện tốt thì dự
báo nhu cầu dùng điện (phụ tải) của tất cả các vùng miền trên tồn quốc
đóng vai trị quan trọng để tối ưu hóa việc khai thác các nhà máy điện trên
tồn quốc, trong đó đặc biệt nhất là nhà máy thủy điện. Nhu cầu này đã
được đặc tả rõ qua bài toán dự báo phụ tải hệ thống điện phục vụ vận hành
hệ thống điện và thị trường điện. Với nhu cầu đặt ra đó, dựa trên những kiến
thức thu được trong quá trình học tập và nghiên cứu, em đã lựa chọn đề tài
2


xây dựng hệ hỗ trợ quyết định “Xây dựng công cụ hỗ trợ dự báo, đánh giá
nhu cầu phụ tải điện” để có thể vận dụng trực tiếp những kiến thức thu được
trong bài toán thực tiễn. Dự báo phụ tải là bài toán phổ biến nhưng lại rất
phức tạp, bởi tính diễn biến bất thường của nó theo vùng, theo thời gian.
Khi vận hành hệ thống điện, nếu dự đoán trước được phụ tải điện cho giờ
tới, ngày tới, tuần tới, tháng tới, thậm chí cho năm tới thì việc vận hành toàn
bộ hệ thống phát điện sẽ kinh tế hơn. Các phương pháp dự báo nói chung
đều được xây dựng dựa vào những dữ liệu quan sát, thu thập thực tế được
trong quá khứ và những hành vi, thói quen của người dùng. Tuỳ thuộc vào
nhu cầu dự báo điều độ, ngắn hạn, trung hạn hay dài hạn mà chúng ta có thể
xây dựng những phương pháp dự báo khác nhau.
Hiện nay, để đưa ra được dự báo phụ tải cần rất nhiều thời gian với

phương pháp làm thủ công thường dựa vào một số phương pháp như
phương pháp chuyên gia, phương pháp ngoại suy, … cùng với kinh nghiệm
của người quản lý, tuy nhiện độ chính xác của dự báo khơng cao. Do đó nhu
cầu cấp thiết cần đưa ra hệ thống dự báo phụ tải điện với độ chính xác tốt
hơn, tốc độ nhanh hơn, giúp người quản lý sử dụng ở bất cứ nơi đâu, vào
bất cứ thời gian nào.

1.2. Dữ liệu khảo sát
3


Dữ liệu được sử dụng là bộ dữ liệu phụ tải điện của Trung tâm Điều độ
Hệ thống điện Quốc Gia thuộc Tập đoàn Điện lực Việt Nam. Bộ dữ liệu này
bao gồm dữ liệu phụ tải điện của toán quốc từ năm 2013 đến T3/2019 theo
từng khung giờ (Từ 1h đến 24h).

4


Hình 1. Dữ liệu phụ tải điện 12h đầu từ 1/1/2013 đến 20/1/2013.

2. PHÂN TÍCH HỆ THỐNG
2.1.Biểu đồ phân cấp chức năng
Dự báo phụ tải

Xử lý dữ liệu

Dự báo phụ tải theo mơ
hình Chuỗi thời gian

Báo cáo thống kê

Tổng hợp dữ
liệu theo ngày

Lựa chọn mơ
hình

Báo cáo cả nước

Phân loại dữ liệu
theo khu vực

Tìm tham số tối
ưu cho mơ hình

Báo cáo Miền Bắc

Đưa ra dự báo

Báo cáo Miền
Trung

Báo cáo Miền
Nam

Sai số dự báo

Hình 2 : Biểu đồ phân cấp chức năng.
2.2.Biều đồ luồng dữ liệu

2.2.1. Biểu đồ mức ngữ cảnh
5


Hình 3 : Biểu đồ mức ngữ cảnh.
2.2.2. Biểu đồ mức đỉnh

Hình 4 : Biểu đồ mức đỉnh.

2.2.3. Biểu đồ mức dưới đỉnh chức năng Xử lý dữ liệu

6


Hình 5 : Biểu đồ mức dưới đỉnh chức năng Xử lý dữ liệu.
2.2.4. Biểu đồ mức dưới đỉnh chức năng Dự báo phụ tải bằng mơ hình
Chuỗi thời gian ARIMAX

Hình 6 : Biểu đồ mức dưới đỉnh chức năng Dự báo phụ tải .
2.2.5. Biểu đồ mức dưới đỉnh chức năng Báo cáo thống kê

7


Hình 7 : Biểu đồ mức dưới đỉnh chức năng Báo cáo thống kê.

2.3.Biểu đồ thực thể liên kết
2.3.1. Sơ đồ thực thể liên kết

8

Hình 8 : Sơ đồ thực thể liên kết .

2.3.2. Mô tả chi tiết các thực thể liên kết
2.3.2.1. LOAD_FULL
TT

Tên

Kiểu dữ liệu

Mơ tả

Ghi chú

1

date

Date Time

Ngày dữ liệu

Khóa chính

9


2

Load

3

Float

Phụ tải điện cả nước

Not null

LoadMB Float

Phụ tải điện Miền Bắc

Not null

4

LoadMT Float

Phụ tải điện Miền Trung Not null

5

LoadMN Float

Phụ tải điện Miền Nam Not null

Bảng 1. Bảng phụ tải điện đầy đủ theo ngày.

2.3.2.2. ERROR_PREDICT
Kiểu dữ
TT Tên
1

Area

liệu
Text(16)

2

Error

Float

Mô tả

Ghi chú

Khu vực

Khóa chính

Phần trăm sai số dự báo Not null
Bảng 2. Bảng sai số dự báo phụ tải điện.

2.3.2.3. LOAD_PREDICT

TT

Tên

Kiểu dữ liệu

Mơ tả

Ghi chú

1

date

Date Time

Ngày dữ liệu

Khóa chính

2

Load

Float

Phụ tải điện cả nước

Not null

3

LoadMB Float

Phụ tải điện Miền Bắc

Not null

4

LoadMT Float

Phụ tải điện Miền Trung Not null

5

LoadMN Float

Phụ tải điện Miền Nam Not null

Bảng 3. Bảng dự báo phụ tải điện đầy đủ theo ngày.
2.3.2.4. QuocGia, MienBac, MienTrung, MienNam
10


TT
1
2
3
4
5

6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25

Tên
Kiểu dữ liệu
Mơ tả
Ghi chú
date
Date Time
Ngày dữ liệu
Khóa chính
1h

Float
Phụ tải điện từ 0-1h Not null
2h
Float
Phụ tải điện từ 1-2h Not null
3h
Float
Phụ tải điện từ 2-3h Not null
4h
Float
Phụ tải điện từ 3-4h
Not null
5h
Float
Phụ tải điện từ 4-5h Not null
6h
Float
Phụ tải điện từ 5-6h Not null
7h
Float
Phụ tải điện từ 6-7h Not null
8h
Float
Phụ tải điện từ 7-8h Not null
9h
Float
Phụ tải điện từ 8-9h Not null
10h
Float
Phụ tải điện từ 9-10h Not null

11h
Float
Phụ tải điện từ 10-11h Not null
12h
Float
Phụ tải điện từ 11-12h Not null
13h
Float
Phụ tải điện từ 12-13h Not null
14h
Float
Phụ tải điện từ 13-14h Not null
15h
Float
Phụ tải điện từ 14-15h Not null
16h
Float
Phụ tải điện từ 15-16h Not null
17h
Float
Phụ tải điện từ 16-17h Not null
18h
Float
Phụ tải điện từ 17-18h Not null
19h
Float
Phụ tải điện từ 18-19h Not null
20h
Float
Phụ tải điện từ 19-20h Not null

21h
Float
Phụ tải điện từ 20-21h Not null
22h
Float
Phụ tải điện từ 21-22h Not null
23h
Float
Phụ tải điện từ 22-23h Not null
24h
Float
Phụ tải điện từ 23-24h Not null
Bảng 4. Bảng phụ tải điện theo khu vực mỗi giờ trong ngày.

3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG
3.1. Ngôn ngữ viết chương trình
3.1.1. HTML
HTML là từ viết tắt cảu HyperText Markup Language ( Ngôn ngữ đánh
dấu siêu văn bản) dung mô tả cấu trúc của các trang Web và tạo ra các loại
tài liệu có thể xem được trong trình duyệt.
11


HTML được tạo ra và phát triển bởi tổ chức W3C ( World Wide Web
Consortium). Hiện nay nhiều phiên bản mới nhất của HTML là HTML5 với
nhiều tính năng ưu việt so với các phiên bản cũ.
3.1.2. CSS

CSS (viết tắt của Cascading Style Sheets) là một ngôn ngữ định
dạng được sử dụng để mơ tả trình bày các trang Web, bao gồm màu

sắc, cách bố trí và phơng chữ. CSS cho phép chúng hiển thị nội dung
tương thích trên các loại thiết bị có kích thước màn hình khác nhau,
chẳng hạn như màn hình lớn, màn hình nhỏ như điện thoại hay máy
tính bản.
CSS là độc lập với HTML và có thể được sử dụng với bất kỳ ngơn
ngữ đánh dấu nào xây dựng dựa trên XML. CSS tuân theo chuẩn chung
do W3C quy định.
3.1.3. JavaScript

JavaScript là một ngôn ngữ lập trình của HTML và WEB. Nó là
nhẹ và được sử dụng phổ biến nhất như là một phần của các trang web,
mà sự thi hành của chúng cho phép Client-Side script tương tác với
người sử dụng và tạo các trang web động. Nó là một ngơn ngữ chương
trình thơng dịch với các khả năng hướng đối tượng.
12


JavaScript được biết đến đầu tiên với tên Mocha, và sau đó là
LiveScript, nhưng cơng ty Netscape đã đổi tên của nó thành JavaScript,
bởi vì sự phổ biến như là một hiện tượng của Java lúc bấy giờ.
JavaScript xuất hiện lần đầu trong Netscape 2.0 năm 1995 với tên
LiveScript. Core đa năng của ngôn ngữ này đã được nhúng vào
Netscape, IE, và các trình duyệt khác.
3.1.4. Python

Python là một ngơn ngữ lập trình bậc cao cho các mục đích lập
trình đa năng, do Guido van Rossum tạo ra và lần đầu ra mắt vào
năm 1991. Python được thiết kế với ưu điểm mạnh là dễ đọc, dễ học và
dễ nhớ. Python là ngơn ngữ có hình thức rất sáng sủa, cấu trúc rõ ràng.
Cấu trúc của Python còn cho phép người sử dụng viết mã lệnh với số

lần gõ phím tối thiểu. Hiện nay, Python được sử dụng như công cụ chủ
yếu cho phân tích xử lý dữ liệu trong lĩnh vực Trí tuệ nhân tạo đang
phát triển mạnh mẽ.
3.2. Giao diện chương trình

13


Hình 9. Giao diện website hệ thống dự báo phụ tải điện.

Hình 10. Dự báo phụ tải điện tháng tiếp theo.
14


Hình 11. Giao diện sai số dự báo theo khu vực dự báo.

Hình 12. Biểu đồ thị phần phụ tải điện theo khu vực tháng tiếp theo.
15


16