- 1 -
B GIÁO DC VÀ ĐÀO TO
TRƯỜNG ĐẠI HC BÁCH KHOA HÀ NI
-------------------------------------
ĐINH PHƯỚC HUY
NG DNG PHƯƠNG PHÁP QUY HOCH
THC NGHIM TRONG D BÁO NHU CU
ĐIN NĂNG
Chuyên ngành: H THNG ĐIN
LUN VĂN THC SĨ K THUT ĐIN
Người hướng dn khoa hc: PGS.TS. NGUYN LÂN TRÁNG
Hà Ni - Năm 2010
- 2 -
LI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cu khoa hc ca riêng tôi.
Các s liu, kết qu tính toán trong đề tài là trung thc và chưa tng
được ai công b trong các công trình khác.
Đinh Phước Huy
- 3 -
LI CM ƠN
Trong quá trình thc hin lun văn này, hc viên xin trân trng
cm ơn Thy giáo hướng dn: PGS.TS. NGUYN LÂN TRÁNG đã tn
tình giúp đỡ để hc viên hoàn thành các ni dung được trình bày trong
lun văn.
Hc viên xin bày t lòng biết ơn đến các thy cô giáo Trường Đại
hc Bách khoa Hà Ni; s h tr, giúp đỡ ca
bn bè, đồng nghip và gia
đình đã to điu kin cho hc viên hc tp và thc hin đề tài này.
Mc dù được các thy cô tn tình hướng dn và bn thân hc viên
đã c gng trong hc tp và nghiên cu, song lun văn không tránh khi
nhng thiếu sót. Rt mong nhn được nhng ý kiến đóng góp ca thy
cô và người đọc.
- 4 -
Môc lôc
Trang
Trang ph bìa …………………………………………………………….. 1
Li cam đoan …………………………………………………………….. 2
Li cm ơn ……………………………………………………………….. 3
Mc lc ....................................................................................................... 4
Li m đầu .................................................................................................. 7
Chương 1 - Tng quan các phương pháp d báo nhu cu đin năng .........
9
1.1. Khái nim chung …………………………………………………….. 9
1.2. Mt s phương pháp d báo nhu cu đin năng .................................. 10
1.2.1. D báo nhu cu đin năng theo các ngành ca nn kinh tế
quc dân .............................................................................................
10
1.2.2. Phương pháp ngoi suy ……………………………………… 13
1.2.3. Phương pháp tương quan ……………………………………. 18
1.2.4. Phương pháp tính h s vượt trước .......................................... 23
1.2.5. Phương pháp chuyên gia …………………………………….. 24
1.2.6. Phương pháp d báo bng phân tích quá trình ......................... 26
1.2.7. D báo nhu cu đin năng trên cơ s phân tích s thay đổi
công ngh …………………………………………………………...
30
- 5 -
1.2.8. Phương pháp san bng hàm mũ ……………………………... 33
1.2.9. Phương pháp đàn hi ………………………………………… 39
1.2.10. Phương pháp cường độ đin năng ………………………….. 40
Chương 2 - Phương pháp quy hoch thc nghim .....................................
42
2.1. M đầu ………………………………………………………………. 42
2.2. Định nghĩa quy hoch thc nghim …………………………………. 42
2.2.1. Các nguyên tc cơ bn ……………………………………….. 43
2.2.2. Các tiêu chun ti ưu ………………………………………… 45
2.3. Phương pháp binh phương cc tiu …………………………………. 49
2.3.1. Đặt bài toán ………………………………………………….. 49
2.3.2. Trường hp hàm tuyến tính ………………………………….. 51
2.3.3. Tuyến tính hóa mt s hàm phi tuyến ……………………….. 59
Chương 3 - ng dng Matlab mô phng d báo nhu cu đin năng bng
phương pháp quy hoch thc nghim …………………………………….
62
3.1. Nghiên cu phn mm MATLAB để thc hin chương trình tính
toán ………………………………………………………………………..
62
3.1.1. Sơ lược v MATLAB ………………………………………... 62
3.1.2. Mt s ng dng ca MATLAB …………………………….. 65
- 6 -
3.2. Lp trình mô phng mt s thut toán trong MATLAB và đánh giá
cht lượng thut toán trên cơ s s liu quá kh …………………………
79
Chương 4 - D báo nhu cu đin năng cho Thành ph Đà Nng đến năm
2016 ………………………………………………………………………
91
4.1. Đánh giá s phát trin kinh tế ca Thành ph Đà Nng và gii thiu
v Đin lc Đà Nng ……………………………………………………..
91
4.1.1. S phát trin kinh tế …………………………………………. 91
4.1.2. Đánh giá v s gia tăng dân s ……………………………… 93
4.1.3. Gii thiu v Đin lc Đà Nng ……………………………... 94
4.2. D báo nhu cu đin năng cho Thành ph Đà Nng đến năm 2016 ... 97
4.2.1. D báo các s liu đầu vào ca Thành ph Đà Nng t năm
2009 đến 2016 …………………………………………………………...
97
4.2.2. Kết qu d báo nhu cu đin năng cho Thành ph Đà Nng
đến năm 2016 ............................................................................................
98
Kết lun và kiến ngh …………………………………………………….. 99
Tài liu tham kho ……………………………………………………….. 101
Ph lc …………………………………………………………………… 102
- 7 -
LI M ĐẦU
Ngày nay trên thế gii, hoà bình, hp tác và phát trin vn là xu thế
chung. Kinh tế thế gii và khu vc tiếp tc phc hi và phát trin nhưng vn
tim n nhng yếu t bt định khó lường. Toàn cu hoá kinh tế to ra cơ hi
phát trin nhưng cũng cha đựng nhiu yếu t bt bình đẳng, gây khó khăn,
thách thc ln cho các quc gia, nht là các nước đang phát tri
n. Cnh tranh
kinh tế - thương mi, giành git các ngun tài nguyên, năng lượng, th trường,
ngun vn, công ngh… gia các nước ngày càng gay gt. Khoa hc và công
ngh s bước tiến nhy vt và nhng đột phá ln, nht là công ngh thông
tin và công ngh sinh hc.
Đối vi Vit Nam, thi k này là giai đon đẩy nhanh tc độ tăng
trưởng kinh tế, đạt được bước chuyn biế
n quan trng v nâng cao hiu qu
và tính bn vng ca s phát trin, sm đưa nước ta ra khi tình trng kém
phát trin. Ci thin rõ rt đời sng vt cht, văn hoá và tinh thn ca nhân
dân. Đẩy mnh công nghip hoá, hin đại hoá và phát trin kinh tế tri thc,
to nn tng để đưa nước ta cơ bn tr thành mt nước công nghip theo
hướng hin đạ
i vào năm 2020. Trong s phát trin kinh tế-xã hi ca đất
nước, ngành Đin lc gi vai trò quan trng.
Vi tc độ tăng trưởng như trên, trong thi k đẩy mnh công nghip
hoá-hin đại hoá đất nước, vic nghiên cu d báo nhu cu đin năng trong
tương lai là vn đề cn thiết, làm cơ s cho vic lp kế hoch đầu tư xây d
ng
ngun và lưới đin đạt hiu qu cao, nht là trước đòi hi rt ln v ngun
vn đầu tư xây dng ca ngành Đin hin nay (mi năm riêng phn ngun là
trên 2,5 t USD và toàn ngành là trên 4 t USD). Nếu d báo ph ti quá tha
so vi nhu cu s dng thì dn đến hu qu làm tăng vn đầu tư để xây d
ng
các nhà máy đin. Ngược li, nếu d báo ph ti quá thp so vi nhu cu thì
s không đủ đin năng cung cp, gây thit hi cho nn kinh tế quc dân.
- 8 -
Xut phát t vn đề trên, được s chp thun ca B môn H thng
đin và Vin đào to sau đại hc Trường Đại hc Bách khoa Hà Ni, tôi đã
thc hin đề tài “ng dng phương pháp quy hoch thc nghim trong
d báo nhu cu đin năng
Lun văn được trình bày trong 4 chương, bao gm:
- Chương 1: Tng quan các phương pháp d báo nhu c
u đin năng.
- Chương 2: Phương pháp quy hoch thc nghim.
- Chương 3: ng dng Matlab mô phng d báo nhu cu đin năng bng
phương pháp quy hoch thc nghim.
- Chương 4: ng dng phương pháp quy hoch thc nghim để d báo nhu
cu đin năng cho Thành ph Đà Nng đến 2016.
Do thi gian nghiên cu và kh năng bn thân có hn, vì vy không th
tránh khi nhng thiếu sót, rt mong nhn được nhng ý kiến đóng góp ca
thy cô giáo và người đọc.
- 9 -
CHƯƠNG 1
TNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP D BÁO NHU CU ĐIN NĂNG
1.1. Khái nim chung
Nhu cu đin năng là s liu đầu vào rt quan trng, quyết định rt ln
cht lượng ca vic qui hoch h thng đin.
Trên cơ s định hướng phát trin ngành đin người ta xây dng quy
hoch phát trin h thng đin cho tng giai
đon 5 năm cót đến trin vng
10-15 năm sau. Các quy hoch phát trin này đôi khi còn có tên gi là “tng
sơ đồ phát trin đin lc” cho các giai đon ni tiếp nhau, trong đó phn trin
vng cho tương lai s được cp nht và hiu chnh cho phù hp vi tình hình
thc tế.
D liu đầu vào quan trng để lp qui hoch h thng đin là d
báo
nhu cu đin năng cho tng mc thi gian trong tương lai. Thông thường khi
d báo người ta xem xét ba kch bn khác nhau: kch bn cơ s vi mc tăng
trưởng trung bình đã thng kê có xét đến xu thế phát trin trong tương lai;
kch bn cao (lc quan) vi gi định là tương lai s có tình hung tt đẹp hơn
d kiến và kch bn thp (bi quan) đề phòng có nhng kh n
ăng xu hơn d
kiến.
Vai trò ca d báo nhu cu đin năng có tác dng rt to ln, nó liên
quan đến qun lý kinh tế nói chung và qui hoch h thng đin nói riêng. D
báo và qui hoch là hai giai đon liên kết cht ch vi nhau ca mt quá trình
qun lý. Trong mi quan h y, phn d báo s góp phn gii quyết các vn
đề cơ bn sau:
Xác đị
nh xu thế phát trin ca nhu cu đin năng
Đề xut nhng yếu t c th quyết định nhng xu thế y
Xác định quy lut và đặc đim ca s phát trin ca nhu cu đin
năng và ph ti đin
- 10 -
Nếu công tác d báo nói chung mà da trên lp lun khoa hc thì s tr
thành cơ s để xây dng các kế hoch phát trin nn kinh tế quc dân. Đặc
bit đối vi ngành năng lượng, tác dng ca d báo càng có ý nghĩa quan
trng, vì đin năng liên quan cht ch vi tt c các ngành kinh tế quc dân,
cũng như đến mi sinh hot bình thường ca người dân. Do đó, n
ếu d báo
không chính xác sai lch quá nhiu v kh năng cung cp, v nhu cu đin
năng thì s dn đến hu qu không tt cho nn kinh tế. Chng hn, nếu chúng
ta d báo ph ti quá tha so vi nhu cu s dng dn đến hu qu là huy
động ngun quá ln, làm tăng vn đầu tư, có th gây tn tht năng lượng lên.
Ngượ
c li, nếu chúng ta d báo ph ti qua thp so vi nhu cu thì s không
đủ đin năng cung cp cho các h tiêu th và tt nhiên s dn đến vic ct b
mt s ph ti mt cách không có kế hoch gây thit hi cho nn kinh tế quc
dân.
Có ba loi d báo theo thi gian: d báo ngn hn (1-2 năm), d báo
trung hn (3-10 năm) và d báo dài hn (15-20 năm). Riêng
đối vi d báo
dài hn (còn gi là d báo trin vng) thì mc đích ch là nêu ra các phương
hướng phát trin có tính cht chiến lược v mt kinh tế, v mt khoa hc k
thut nói chung không yêu cu xác định ch tiêu c th.
Để thc hin được vic quy hoch h thng đin cho tương lai 15-20
năm cn phi có s liu d báo ca các ngành kinh t
ế quc dân khác. Nhưng
vic qui hoch ca các ngành kinh tế quc dân khác li thường làm sau nên
xác định mt cách chính xác độ tăng ca ph ti đin là rt khó khăn.
1.2. Mt s phương pháp d báo nhu cu đin năng
1.2.1. D báo nhu cu đin năng theo các ngành ca nn kinh tế
quc dân
Phương pháp này còn được gi là phương pháp tính trc tiếp. Ni dung
ca nó gm các b
ước như sau:
- 11 -
Bước 1: Chia các ph ti đin thành các nhóm ph ti có tính cht hot
động và nhu cu tiêu th đin năng được xem là gn ging nhau (còn gi là
các môđun) như: công nghip, nông nghip, giao thông vn ti, sinh
hot,.v.v… Các nhóm ph ti này li có th chia thành các nhóm nh hơn mà
đó các h tiêu thđặc đim tiêu th đin năng ging nhau hơn. Ví d
trong nông nghip có th chia thành các nhóm ph
ti trng trt, chăn nuôi,
tưới tiêu, sinh hot.
Bước 2: Xác định nhu cu đin năng cn thiết cho năm th t được tính
theo công thc:
A
t
= A
CNt
+ A
NNt
+ A
GTt
+ A
SHt
+ A
TD
+ A
t
(1.1)
trong đó:
A
CNt
đin năng cho công nghip
A
NNt
đin năng cho nông nghip
A
GTt
đin năng cho giao thông
A
SHt
đin năng cho sinh hot
A
TD
đin năng cho t dùng
A
t
đin năng tn tht
Đin năng cho công nghip được tính như sau:
=
=
n
i
itCNt
BA
1
it
γ
(1.2)
trong đó:
γ
it
là sut tiêu hao đin năng cho mt đơn v sn phm loi i năm
t
B
it
là khi lượng sn phm loi i năm t
- 12 -
Sut tiêu hao đin năng xác định da vào s liu thng kê và quá trình
công ngh sn xut ra loi sn phm đó. Sut tiêu hao thay đổi theo thi gian
và ph thuc vào s thay đổi công ngh sn xut và trình độ qun lý. Khi
lượng sn phm công nghip được xác định trong kế hoch phát trin kinh tế
quc dân.
Đin năng cho nông nghip bao gm đin năng ph
c v cho trng trt,
chăn nuôi, tưới tiêu và sinh hot. Đin năng cho trng trt và chăn nuôi có th
xác định theo sut tiêu hao đin năng, đin năng cho tưới tiêu có th tính theo
kế hoch xây dng các trm bơm, đin năng cho sinh hot nông thôn tính
theo mc s dng bình quân ca các h nông dân.
Đin năng cho giao thông bao gm đin năng cho đường b, đườ
ng st,
đường thu và hàng không. Trong mi loi hình vn ti li có th chia nh
na. Đin năng cho giao thông ch yếu ph thuc vào mc độ đin khí hoá
đường st, chiếu sáng đưng b và các cng (hàng không, bin).
Đin năng cho sinh hot tính theo kế hoch phân phi đin cho sinh
hot, có th tính theo mc s dng bình quân cho đầu người hoc cho h gia
đình.
Ngoài các ph
ti trên còn mt s ph ti khác như trường hc, bnh
vin, thương mi… thường được ghép vào đin năng sinh hot.
Đin năng t dùng và tn tht tính gn đúng theo tiêu chun.
Trong các nhóm ph ti trên thì ph ti công nghip là ch yếu, nó
chiếm khong <50% tng nhu cu đin năng.
Bước 3: Sau khi đánh giá nhu cu đin năng t
ng ca toàn b h thng,
vic nghiên cu biến động ca nhu cu đin năng được thc hin theo phương
pháp kch bn. Quá trình xây dng kch bn được chia làm 4 bước như sau:
- 13 -
Phân tích nhu cu đin năng, xác định tp các biến ca kch bn tc
là các thông s tham gia trc tiếp vào mô hình d báo. Giá tr ca các
biến đó được xác định trên cơ s mt s gi thiết v:
- nh hưởng ca môi trường quc tế: giá c năng lượng, khng hong
kinh tế, tc độ phát trin kinh tế thế gii và khu v
c…
- Kh năng phát trin kinh tế - xã hi ca đất nước, tc độ tăng trưởng
kinh tế, chính sách ca nhà nước v năng lượng và môi trường, kh
năng điu khin nhu cu năng lượng v.v…
Sp xếp các kch bn, xác định mi liên h gia các kch bn.
Đối vi mi kch bn cn xác định di bi
ến thiên ca các thông s
trong khong thi gian d báo. Người ta thường chia các di biến
thiên này thành ba mc: thp (bi quan), trung bình (cơ s) và cao (lc
quan).
Xây dng cơ s đầu vào cho mô hình d báo căn c trên các gi thiết
v s biến thiên có th ca các biến kch bn.
Ưu nhược đim ca phương pháp
Ưu đim: Thut toán đơn gin, gii đơn gi
n, chc chn có nghim.
Nhược đim: Không dùng cho qui hoch dài hn vì s liu đầu vào khi
đó s không chính xác.
1.2.2. Phương pháp ngoi suy
Phương pháp ngoi suy được xây dng da trên mi quan h gia đin
năng và thi gian trong quá kh. Ni dung ca phương pháp này là tìm ra lut
tăng trưởng ca nhu cu đin năng trong quá kh dưới dng hàm s A = f(t).
Sau đó trên cơ s gi
thiết rng qui lut đó cũng đúng trong tương lai s tính
được nhu cu đin năng ti bt c thi đim nào trong tương lai. Như vy ta
cn phi tiến hành theo hai bước như sau:
- 14 -
- Tìm dng hàm mô t đúng qui lut phát trin ca ph ti trong quá
kh
- Xác định các h s ca hàm d báo đó
Sau đây ta s ln lượt nghiên cu hai bước đó:
1.2.2.1. Xác định dng hàm d báo
Thường s liu thng kê cho
ta mi quan h gia đin năng và
thi gian là các đim như hình 1.1
Cn áp đặt vào đó mt hàm
s sao cho nó phn ánh đúng nht
qui lut phát trin ca ph ti.
Trước tiên ta gi thiết hàm d
báo A = f(t) hàm tuyến tính
(đường nét đứt trên hình 1.1) và
dùng phương pháp xác sut thng
để kim định gi thiết thng kê
này như sau:
Trước hết ta tính h s tương quan r gia At theo biu thc:
[]
=
==
=
n
i
i
n
i
i
n
i
ii
ttAA
ttAA
r
1
2
1
2
1
)()(
))((
(1.3)
trong đó: A
i
đin năng đã cho năm t
i
A
là giá tr trung bình ca đin năng
t là thi gian
t là giá tr trung bình ca thi gian
n là s thông s đo được
Hình 1.1
- 15 -
=
=
n
i
i
A
n
A
1
1
;
=
=
n
i
i
t
n
t
1
1
Sau khi tính được h s tương quan r ta tính h s τ như sau:
Nếu n < 25:
2
1
2
r
nr
=
τ
(1.4)
Nếu n 25:
2
1
1
r
nr
+
=
τ
(1.5)
Sau đó tra bng Student ng vi mc ý nghĩa α và s bc t do f ta tìm
được h s Student τ
α,f
.
trong đó:
- Mc ý nghĩa α ly t 0,001 đến 0,1. H s α nói lên mc độ phm sai
lm ca gi thiết thng kê. H s α càng nh thì càng chính xác
nhưng li càng khó đạt. Thường α được chn bng mc trung bình là
0,05.
- S bc t do f ph thuc vào s thông s đo được n đượ
c tính như
sau:
Khi n < 25 thì f = n - 2
Khi n 25 thì f = n - 1
Đem so τ tính được vi τ
α,f
va tra ra nếu τ τ
α,f
thì quan h tuyến tính
có th được chp nhn.
Nếu ngược li thì không th s dng được quan h tuyến tính và phi
s dng quan h phi tuyến nào đó. Ta tuyến tính hoá quan h phi tuyến đó
bng phương pháp ly logarit ri áp dng các th tc trên để tính toán.
1.2.2.2. Xác định các h s ca hàm d báo
Các h s ca hàm d báo được xác định bng phương pháp bình
phươ
ng cc tiu.
- 16 -
Thc cht ca phương pháp bình phương cc tiu là tìm các h s sao
cho tng bình phương các độ lch gia các giá tr tính được theo phương pháp
hi qui vi giá tr thc tế ca chúng là nh nht. Phương pháp bình phương
cc tiu được ng dng rng rãi vì tính cht đơn gin, tính toán ít phc tp, có
cơ s toán hc vng chc v xác sut và có chương trình mu trên máy tính
r
t tin li.
Trước hết hãy xét hàm d báo tuyến tính:
A = a + bt (1.6)
Thường thì giá tr A
i
tính theo (1.6) s lch khi giá tr thc A
th i
mt
lượng là:
A
i
- A
th i
Cn xác định các giá tr a, b sao cho:
()
min
1
2
=
=
n
i
thii
AAL (1.7)
Thay A
i
theo (1.6) vào A
i
trong (1.7):
()
min
1
2
+=
=
n
i
thii
AbtaL
(1.8)
()
=
=+=
n
i
thii
Abta
a
L
1
02
(1.9)
()
=
=+=
n
i
ithii
tAbta
b
L
1
02 (1.10)
Hay suy ra:
()
=
=+
n
i
thii
Abta
1
0 (1.11)
()
=
=+
n
i
ithii
tAbta
1
0
(1.12)
Nếu phá du ngoc ta có:
===
=+
n
i
thi
n
i
i
n
i
Abta
111
0