0
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
------------------------------------
ĐOÀN N BÌNH
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
------------------------------------
ĐOÀN N BÌNH
NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH DỰ BÁO NHU CẦU ĐIỆN NĂNG
I HN CỦA VIỆT NAM SỬ DỤNG MẠNG NEURON
NHÂN TO
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KINH TẾ
Hà Nội – 2011
1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
------------------------------------
ĐOÀN N BÌNH
NGHIÊN CỨU MÔ 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
số: 62.31.09.01
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KINH TẾ
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS.TS Bùi Huy Phùng
2. TS. Phạm Thu
Hà Nội – 2011
2
Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các sliệu đƣợc
trích dẫn có nguồn gốc. Các kết quả nghiên cứu của lun án là trung thực và chƣa từng
đƣợc aing b trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giluận án
Đoàn Văn nh
Lời cảm ơn
Nhân dịp hoàn thành luận án, nghiên cứu sinh xin đƣợc trân trọng bày tỏ lòng
biết ơn tới các Thy, Cô hƣớng dẫn: PGS.TS Bùi Huy Phùng, TS. Phạm Thu Hà.
Nghiên cứu sinh xin đƣợc trân trọng bày tlòng biết ơn tới các Thày, Cô trong
bộ môn Kinh tế năng lƣợng, Khoa Kinh tế và quản , Viện Đào tạo sau đại học,
trƣờng Đại hc Bách khoa Hà Nội Vin Khoa học năng lƣợng, nơi nghiên cứu sinh
thực hiện luận án.
Nghiên cứu sinh xin đƣợc y tlòng biết ơn tới B, Mẹ, Vợ c con, các
bạn , đồng nghiệp đã động viên, khuyến khích nghiên cứu sinh trong suốt thời gian
thực hiện lun án.
Mặc đã đƣợc c Thày, tận nh hƣớng dẫn và nghiên cứu sinh đã cố
gắng trong học tập nghiên cứu, song luận án vẫn không tránh khỏi những thiếu sót.
Nghiên cứu sinh mong nhận đƣợc sự góp ý của các Thầy, Cô ngƣời đọc qua địa chỉ
email: binhhtd@gmail.com; Mobil: 0913564741.
Trân trọng!
3
MC LC
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 17
CHƢƠNG 1 .................................................................................................................... 23
TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP DỰ O NHU CẦU ĐIN NĂNG........ 23
1.1. Phƣơng pháp dự báo nhu cầu điện năng sử dụng các mô hình kinh tế lƣợng (KTL)
......................................................................................................................................... 24
1.1.1. Phƣơng pháp luận ca c mô hình kinh tế lƣợng dự báo nhu cầu điện năng 24
1.1.2. Ứng dụng phƣơng pháp dự báo nhu cầu điện năng sử dụng mô hình KTL .... 26
1.2. Phƣơng pháp dự báo nhu cầu điện năng sử dụng mônh phân tích kinh tế - k
thuật (KT-KT) ................................................................................................................. 27
1.2.1. Phƣơng pháp luận ca mô hình phân tích KT-KT dự báo nhu cu điện ......... 27
1.2.2. Ứng dụng phƣơng pháp dự báo nhu cầu điện năng sử dụnghình phân tích
KT-KT ......................................................................................................................... 32
1.3. Phƣơng pháp dự báo nhu cầu điện năng sử dụng mạng neuron nhân tạo .............. 33
1.4. Một số phƣơng pháp khác dự báo nhu cầu điện năng ............................................ 39
1.4.1. Phƣơng pháp so sánh đi chiếu ....................................................................... 39
1.4.2. Phƣơng pháp chuyên gia .............................................................................. 40
1.4.3. Phƣơng pháp ngoại suy dự báo nhu cầu điện năng.......................................... 40
1.5. Nhận xét chung và định hƣớng nghiên cứu ........................................................... 42
1.5.1. Nhận t về các mô hình KTL dự báo nhu cầu điện năng .............................. 42
1.5.2. Nhận t về các mô nh phân tích KT-KT dự báo nhu cầu điện năng ......... 43
1.5.3. Nhận t về mô hình sử dng mạng neuron nhân tạo dự báo nhu cầu điện
năng và hƣớng nghiên cứu .......................................................................................... 44
1.6 Kết lun chƣơng 1..................................................................................................... 45
CHƢƠNG 2 .................................................................................................................... 48
CƠ SỞ LÝ THUYT CỦA MÔ HÌNH DỰ O NHU CU ĐIỆN NĂNG DÀI HN
SỬ DỤNG MẠNG NƠ RON NN TẠO................................................................... 48
4
2.1. Giới thiệu chung về mạng nơron nhân tạo .............................................................. 48
2.1.1. Não và nơron sinh hc ...................................................................................... 48
2.1.2. Vài nét v sự phát triển ca mạng -ron nhân tạo ........................................ 49
2.1.3. Nơ ron nhân tạo ................................................................................................ 51
2.1.4. Cấu trúc ca ANN và thuộc tính của nó .......................................................... 52
2.1.5. Những ƣu điểm ca ANN và phạm vi ứng dụng ............................................. 61
2.2. Cơ sở phƣơng pháp luận của mô hình dự báo nhu cầu điện năng sử dng ANN .. 63
2.2.1. Sự tƣơng đng gia mô hình hồi quy tuyến tính và ANN trong bài toán dự
o nhu cầu điện năng ................................................................................................ 63
2.2.2. Sự khác biệt giữa mô hình hồi quy tuyến tính và ANN trong bài toán dự báo
nhu cầu điện năng ....................................................................................................... 67
2.2.3. Mô tả bài toán dự báo nhu cầu điện năng sử dụng ANN................................. 71
2.3 Kết lun chƣơng 2..................................................................................................... 74
CHƢƠNG 3 .................................................................................................................... 76
Y DỰNGNH DỰ O NHU CU ĐIN NĂNG DÀI HẠN CỦA VIT
NAM SỬ DỤNG MẠNG NEURON NHÂN TẠO....................................................... 76
3.1. Chọn mô 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 mu thành các tập phát triển mô hình và kiểm tra mô 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 đa hay GDP .............................................................. 81
3.3.3. Biến dân strung bình (POP)........................................................................... 81
3.3.4. Biến tổng số hộ gia đình (HHs) ........................................................................ 81
5
3.3.5. Biến chỉ số điện khí hóa (IE) ............................................................................ 82
3.3.6. Biến giá trị sản xut công nghiệp (IPs) ............................................................ 82
3.3.7. Biến chỉ s giá tiêu dùng (CPI) ........................................................................ 83
3.3.8. Biến giá bán điệnnh quân Pe ........................................................................ 83
3.3.9. Biến ra dự báo là nhu cầu điện Q
e
. ................................................................... 84
3.4. Biểu diễn biến .......................................................................................................... 84
3.5. Xây dựng mônh ................................................................................................... 84
3.5.1. Xây dựng cấu trúc mạng ................................................................................... 84
3.5.2. Hàm kích hoạt ................................................................................................... 87
3.5.3. Lựa chọn giải thut học c tham số học .................................................... 88
3.5.4. Luyện mạng ...................................................................................................... 91
3.5.5. Chƣơng trình máy tính sử dng trong mô hình dự báo nhu cầu điện năng bằng
ANN .......................................................................................................................... 105
3.5.6. Kiểm địnhnh ......................................................................................... 107
3.5.7. Kiểm tra mô hình ............................................................................................ 107
3.6. Kết luận chƣơng 3 ................................................................................................. 108
CHƢƠNG 4 .................................................................................................................. 111
ÁP DỤNG MÔ HÌNH S DỤNG MẠNG NƠ RON ĐỂ DỰ BÁO NHU CẦU ĐIN
NG CỦA VIỆT NAM GIAI ĐON ĐẾN NĂM 2020 ......................................... 111
4.1. Gii thiệu chƣơng trìnhy tính .......................................................................... 111
4.1.1. Cấu trúc phn mềm (chƣơng trìnhy tính) ................................................. 111
4.1.2. Các giao diện của chƣơng trình ...................................................................... 111
4.2. Dữ liệu đu vào mạng dự báo nhu cầu điện năng giai đoạn 2011-2020 .............. 114
4.2.1. Các kịch bản phát triển kinh tế - xã hội Việt Nam giai đoạn 2011-2020 ...... 114
4.2.2. Xây dựng bộ dữ liệu dự báo theo ba kịch bản phát triển kinh tế hội ....... 119
4.3. Kết qu dự báo nhu cầu điện năng giai đoạn 2011-20152020. .......................... 125
6
4.3.1. Kết qu dự báo theo mô hình EDF-ANN ...................................................... 125
4.3.2. Kết qu dự báo nhu cầu điện năng Việt Nam giai đoạn 2011 – 2020 theo
nh Simple E ............................................................................................................ 129
4.3.3. So sánh, nhận xét kết quả dự báo của hai mô hình EDF-ANN và SimpleE . 132
4.4. Kết luận chƣơng 4 ................................................................................................. 138
KẾT LUN ................................................................................................................... 140
C CÔNG TRÌNH ĐÃNG BỐ CA LUN ÁN ............................................. 143
TÀI LIU THAM KHẢO ............................................................................................ 144
Tiếng Việt ..................................................................................................................... 144
Tiếng Anh ..................................................................................................................... 147
Tài liệu tải xuống từ mạng Internet .............................................................................. 152
PHỤ LC 1................................................................................................................... 155
NGUỒN THAM KHẢO CỦA NH EDF-ANN ....................................... 155
PHỤ LC 2................................................................................................................... 185
SỬ DỤNG CHƢƠNG TRÌNH EDF-ANN .................................................................. 185
PHỤ LC 3................................................................................................................... 190
MỘT S GIAO DIN KẾT QUẢ CỦA MÔ HÌNH EDF-ANN................................ 190
PHỤ LC 4................................................................................................................... 192
KẾT QU TÍNH TN LỰA .................................................................................... 192
CHỌN SỐ NÚT ẨN CỦA MÔ HÌNH EDF-ANN...................................................... 192
PHỤ LC 5................................................................................................................... 197
KẾT QU HỌC VÀ KIM ĐỊNH MÔ HÌNH EDF-ANN ........................................ 197
PHỤ LC 6................................................................................................................... 201
TẬP TRNG SỐ CỦANH EDF-ANN ........................................................... 201
7
Danh mc các ký hiệu và t viết tt
α:
β:
q
j
j
Qe%
GDP%
λ
ω
γ
γ
i
ω
η
μ
θ
k
Qe
GDP
W
q
ji
W
∆η
Err
8
A
1
A
2
a
ANN:
ARDL:
b
BP:
c
C
CIEM
Cosh(y)
CPI
e
EC:
EDF-ANN
Err
ESCAP:
ETB :
EVN
f1(x)
f2(x)
f3(x)
9
f4(x)
f5(x)
f(.)
F
f‟(.)
G
g(.)
GA:
GDP
GNP
H
i
HHs
I
i
i
IE
IPs
IC:
j
k
K
i
KT-KT:
KTL:
LMS:
LR:
10
m
MAED :
MEDEE:
M
i
n
NCS
NERC:
net
j
NI :
O
i
O
1
O
2
q
j
O
p
PAC
PACS
PAT
P
c
Pe
POP
P
S
Qe
Qe
o
s
11
S
i
Sinh(y)
t
t
0
Tanh(y)
TCTK:
TSĐV:
TSĐVI:
TSĐVII:
UNDP:
Vdf
x
i
y
Z
W
W
ji
)(tW
q
ji
12
Danh mục các bảng
Trang
Bng 1.1. So sánh sai số d báo giữa các mô hình do Hsiao-Tien Pao thc
hin
35
Bng 3.1. D liu mu của mô hình dự báo nhu cầu điện năng Vit Nam
s dng ANN
91
Bng 3.2. D o nhu cầu điện năm 2009-2010 theo mô hình ANN giá
tr thc
108
Bng 4.1. D o phát trin kinh tế Việt Nam đến năm 2020 – kch bn
cao
116
Bng 4.2. D báo phát triển kinh tế Việt Nam đến năm 2020 – kch bản cơ
s
117
Bng 4.3. D báo phát trin kinh tế Việt Nam đến năm 2020 – kch bn
thp
119
Bng 4.4. Kết qu d báo GTSX CN giai đoạn 2011 2020
122
Bng 4.5. D liệu đầu vào dự báo của mô hình EDF-ANN (Phƣơng án
cao)
124
Bng 4.6. D liệu đu vào dự báo ca mô hình EDF-ANN (Phƣơng án
thp)
124
Bng 4.7. D liệu đầu vào dự báo của mô hình EDF-ANN (Phƣơng án cơ
s)
125
Bng 4.8. Kết qu d báo nhu cầu điện năng của Vit Nam giai đoạn t
năm 2011 đến năm 2020 bằng mô hình EDF-ANN theo ba kch
bn phát triển kinh tế
128
Bng 4.9. Kết qu d báo nhu cầu điện năng của Vit Nam giai đoạn t
năm 2011 đến năm 2020 bằng mô hình SimpleE theo ba kch
bn phát triển kinh tế
132
Bảng 4.10. So sánh kết qu d o của hai mô hình EDF-ANN và
SimpleE
133
13
Danh mục các bảng
Trang
Bảng 4.11 Sonh sai s d báo giữa haihình EDF-ANN và SimpleE
theo ba trƣờng hp d tính đin tơng phẩm năm 2011
136
Bng P4.1 Kết qu nh sai số học sai số kiểm đnh vi mạng 8 t n
mạng 9 nút ẩn cahình EDF-ANN
193
Bng P4.2 Kết qu nh sai số học sai số kiểm định vi mạng 10 nút n
của mô hình EDF-ANN
194
Bng P5. Kết qu học kiểm đnh mô hình EDF-ANN
198
Bng P6. Tp trng s của mô hình EDF-ANN
202
14
Danh mục các hình v
Trang
nh 1.1. Sơ đ ph h c phƣơng pháp dự báo nhu cầu điện năng
23
nh 1.2 Cấu trúc mô hình MAED
30
nh 2.1. Hình ảnh ca tế bào nơ ron trong não ngƣời
48
nh 2.2. Nơron nhân tạo
51
nh 2.3. Mô hình ANN đa lp chuyn thng
53
nh 2.4 Sơ đ nơron đơn
56
nh 2.5. Sơ đ kết hợp GA và gii thut BP
61
nh 2.6. Mô hình ADALINE ti gin
65
nh 2.7 . Perceptron với hàm hoạt hóa Sigmoid
68
nh 2.8 . Sơ đ Perceptron đa mức
70
nh 2.9. Mô hình ANN giải bài toán dự báo nhu cầu điện năng
73
nh 3.1. Cấu trúc mng neuron nhân tạo d báo nhu cầu đin Vit Nam
87
nh 3.2 Lƣu đồ thuật tn sa trng s bng BP
94
nh 3.3 Lƣu đ tổng quát của chƣơng trình
95
nh 3.4 Lƣu đ hc bng GA
98
nh 3.5 Lƣu đ thuật toán tính đ thích nghi
101
nh 3.6 Lƣu đ thuật tn học bng BP
104
nh 3.7. Đồ th kết qu kiểm tra mô hình dự báo năm 2009 2010
108
nh 4.1. Giao din chính của chƣơng trình EDF-ANN
111
nh 4.2. Tùy chọn cấu trúc mạng
112
15
Danh mục các hình v
Trang
nh 4.3. Tùy chọn hàm hoạt hóa
113
nh 4.4. Tùy chọn gii thut hc
113
nh 4.5. Các tham số ca GA
114
nh 4.6. Các tham số ca BP
114
nh 4.7. Biểu đồ giá trị sn xuất công nghiệp giai đoạn 1995 - 2010
121
nh 4.8. Kết qu hun luyn mạng ban đu bng gii thut GA của mô
nh EDF-ANN
126
nh 4.9. Kết qu hun luyn mng bng gii thut GA kết hp BP ca
nh EDF-ANN
126
nh 4.10. Kết qu d o nhu cầu điện giai đoạn 2011 - 2020 theo
phƣơng án cơ sở của mô hình EDF-ANN
127
nh 4.11. Kết qu d o nhu cầu điện giai đoạn 2011 - 2020 theo
phƣơng án cao của mô nh EDF-ANN
127
nh 4.12. Kết qu d o nhu cầu điện giai đoạn 2011 - 2020 theo
phƣơng án thp của mô hình EDF-ANN
128
nh 4.13. Kết qu d o nhu cầu điện theohình EDF-ANN giai đoạn
2011 - 2020 theo ba phƣơng án
129
nh 4.14. Kết qu d o của hai mô hình EDF-ANN và SimpleE
theo ba phƣơng án
133
nh 4.15. Kết qu d o của hai mô hình EDF-ANN và SimpleE;
phƣơng án cao
134
nh 4.16. Kết qu d o của hai mô hình EDF-ANN và SimpleE;
phƣơng án cơ sở
134
nh 4.17. Kết qu d o của hai mô hình EDF-ANN và SimpleE;
phƣơng án thp
135
nh P2.1. Giao din khởi đng chƣơng trình EDF-ANN
186