BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------------------------------
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON NHÂN TẠO DỰ BÁO PHỤ TẢI
NGẮN HẠN HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN BẮC
NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
MÃ SỐ:
CHU NGHĨA
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. NGUYỄN ĐỨC NGHĨA
HÀ NỘI 2007
1
Môc lôc
Danh môc c¸c tõ viÕt t¾t............................................................................. 3
Më ®Çu..................................................................................................................... 4
CH¦¥NG I.................................................................................................................. 7
PHô T¶I HÖ THèNG §IÖN MIÒN B¾C vµ bµi to¸n dù b¸o...................... 7
1.1. Phô t¶i HÖ thèng ®iÖn miÒn B¾c .......................................................................7
1.1.1. Giíi thiÖu chung vÒ HT§ miÒn B¾c...........................................................7
1.1.2 TÇm quan träng cña dù b¸o phô t¶i...........................................................10
1.1.3. Nh÷ng yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn phô t¶i ng¾n h¹n .......................................11
1.1.4. Môc tiªu vµ ph¹m vi nghiªn cøu dù b¸o phô t¶i ......................................15
1.2. Bµi to¸n dù b¸o phô t¶i ...................................................................................16
1.2.1. §Æc ®iÓm ®å thÞ phô t¶i HT§ miÒn B¾c...................................................16
1.2.2. Dù b¸o phô t¶i ng¾n h¹n cho 24h tiÕp theo..............................................19
CH¦¥NG II .............................................................................................................. 23
Tæng quan VÒ M¹NG N¥RON NH¢N T¹O .................................................. 23
2.1. LÞch sö ph¸t triÓn cña m¹ng n¬ron nh©n t¹o...................................................23
2.2. C¬ së lý thuyÕt m¹ng n¬ron............................................................................26
2.3. Bé n·o vµ n¬ron sinh häc ...............................................................................27
2.4 M« h×nh m¹ng n¬ron nh©n t¹o.........................................................................30
2.4.1 M« h×nh mét n¬ron nh©n t¹o ....................................................................30
3.4.2. M« h×nh m¹ng n¬ron nh©n t¹o.................................................................33
Ch−¬ng III............................................................................................................. 40
øng dông m¹ng n¬ron ¸nh x¹ ®Æc tr−ng tù tæ chøc Kohonen
trong bµi to¸n ph©n lo¹i ngµy.............................................................. 40
3.1. Sù cÇn thiÕt ph©n lo¹i ®å thÞ phô t¶i................................................................40
3.1.1. TËp hîp c¸c kiÓu ®å thÞ phô t¶i ®Æc tr−ng................................................40
3.1.2. Sù cÇn thiÕt ph©n lo¹i ngµy b»ng ph−¬ng ph¸p m¹ng n¬ron....................42
3.2. M¹ng n¬ron ¸nh x¹ ®Æc tr−ng tù tæ chøc Kohonen ........................................43
3.2.1. CÊu tróc m¹ng..........................................................................................44
3.2.2. HuÊn luyÖn m¹ng.....................................................................................45
3.2.3. Sö dông m¹ng...........................................................................................47
3.3. X©y dùng m¹ng Kohonen ®Ó ph©n lo¹i ngµy..................................................48
3.3.1. ThiÕt kÕ cÊu tróc m¹ng.............................................................................48
3.3.2. HuÊn luyÖn m¹ng.....................................................................................49
3.3.3. X©y dùng cÊu tróc phÇn mÒm m« pháng m¹ng Kohonen ph©n lo¹i ngµy.
...........................................................................................................................52
3.3.4. KÕt qu¶ sö dông m¹ng Kohonen ph©n lo¹i ngµy .....................................52
3.3.5. Ph©n tÝch kÕt qu¶ ph©n lo¹i ngµy trong th¸ng 2/2006, th¸ng 5/2006.......54
CH¦¥NG iV............................................................................................................. 58
2
øNG DôNG M¹NG N¥RON NHIÒU LíP LAN TRUYÒN NG¦îC SAI Sè Dù
B¸O PHô T¶I Ng¾n h¹n THEO NHIÖT §é M¤I TR¦êNG.......................... 58
4.1 C¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ m¹ng n¬ron nhiÒu líp lan truyÒn ng−îc sai sè (Back
propagation neural network)..................................................................................58
4.1.1 KiÕn tróc m¹ng truyÒn th¼ng. ...................................................................59
4.1.2. HuÊn luyÖn m¹ng.....................................................................................60
4.1.3. Sö dông m¹ng...........................................................................................64
4.1.4. Nghiªn cøu sù héi tô vµ ®é phøc t¹p cña qu¸ tr×nh huÊn luyÖn m¹ng. ....64
4.1.5. Mét sè vÊn ®Ò vÒ m¹ng n¬ron nhiÒu líp..................................................67
4.2. øng dông m¹ng n¬ron nhiÒu líp lan truyÒn ng−îc sai sè x©y dùng bµi to¸n dù
b¸o phô t¶i hÖ thèng ®iÖn.......................................................................................68
4.2.1. C¸c b−íc x©y dùng bµi to¸n dù b¸o phô t¶i.............................................68
4.2.2. X©y dùng cÊu tróc phÇn mÒm m« pháng m¹ng n¬ron lan truyÒn ng−îc sai
sè øng dông trong bµi to¸n dù b¸o ®Ønh vµ ®¸y ®å thÞ phô t¶i...........................72
4.2.3 Dù b¸o phô t¶i cho 24 giê trong ngµy.......................................................85
CH¦¥NG V .............................................................................................................. 99
HÖ thèng phÇn mÒm dù b¸o phô t¶i ng¾n h¹n cho hÖ thèng
®iÖn miÒn b¾c..................................................................................................... 99
5.1. Giíi thiÖu vÒ c¬ së d÷ liÖu..............................................................................99
5.2. §Æc t¶ c¸c chøc n¨ng....................................................................................100
5.2.1. Truy vÊn d÷ liÖu.....................................................................................100
5.2.2. Ph©n lo¹i d÷ liÖu ....................................................................................101
5.2.3 ChuÈn ho¸ d÷ liÖu...................................................................................101
5.2.4 HuÊn luyÖn m¹ng....................................................................................101
5.2.5 Dù b¸o phô t¶i.........................................................................................101
5.3 H−íng dÉn sö dông........................................................................................102
5.3.1 Truy vÊn d÷ liÖu......................................................................................102
5.3.2 Ph©n lo¹i d÷ liÖu .....................................................................................103
5.3.3 ChuÈn ho¸ d÷ liÖu...................................................................................103
5.3.4 HuÊn luyÖn m¹ng....................................................................................104
5.3.5 Dù b¸o ....................................................................................................104
CH¦¥NG vI........................................................................................................... 106
so s¸nh víi mét sè kÕt qu¶ ®∙ cã vµ §¸nh gi¸ kÕt qu¶.......... 106
6.1. So s¸nh víi mét sè ph−¬ng ph¸p ®· cã.........................................................106
6.2. §¸nh gi¸ kÕt qu¶..........................................................................................111
KÕT LUËN ............................................................................................................. 114
Tµi liÖu tham kh¶o....................................................................................... 116
Phô lôc i ............................................................................................................. 118
Phô lôc II ............................................................................................................ 120
Tãm t¾t luËn v¨n.......................................................................................... 123
Summary ............................................................................................................ 124
3
Danh môc c¸c tõ viÕt t¾t
ANN M¹ng n¬ron nh©n t¹o
DBPT Dù b¸o phô t¶i
HT§ HÖ thèng ®iÖn
HT§1 Trung t©m §iÒu ®é HÖ thèng ®iÖn miÒn B¾c
MSE Trung b×nh tæng b×nh ph−¬ng sai sè
SSE Tæng b×nh ph−¬ng sai sè
CNTT C«ng nghÖ th«ng tin
§TPT §å thÞ phô t¶i
4
Më ®Çu
Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, do nhu cÇu n¨ng l−îng kh«ng ngõng biÕn
®æi vµ t¨ng lªn râ rÖt theo thêi gian nªn ngµnh §iÖn lùc ®· vµ ®ang x©y dùng
rÊt nhiÒu c¸c nhµ m¸y ®iÖn ®Ó ®¸p øng nhu cÇu tiªu thô ®iÖn n¨ng trong c¶
n−íc. V× vËy, mét trong nh÷ng vÊn ®Ò quan träng mµ ngµnh §iÖn lùc cÇn ph¶i
gi¶i quyÕt tèt lµ bµi to¸n dù b¸o phô t¶i ng¾n h¹n vµ dµi h¹n.
Cho ®Õn nay tuy ®· cã nhiÒu ph−¬ng ph¸p luËn trong viÖc gi¶i quyÕt bµi
to¸n dù b¸o, song bµi to¸n nµy lu«n lµ mét bµi to¸n khã. HiÖn nay, trong
ngµnh §iÖn lùc ViÖt Nam bµi to¸n dù b¸o phô t¶i ®−îc gi¶i quyÕt chñ yÕu nhê
sö dông c¸c ph−¬ng ph¸p dù b¸o truyÒn thèng mang tÝnh kinh nghiÖm thuÇn
tuý. Trong sè c¸c h−íng nghiªn cøu nh»m triÓn khai c¸c hÖ thèng th«ng minh
ë giai ®o¹n tíi, m¹ng n¬ron gi÷ mét vai trß quan träng trong viÖc ph¸t triÓn
c¸c gi¶i ph¸p nhËn d¹ng, dù b¸o…M¹ng n¬ron nh©n t¹o lµ kü thuËt xö lý
th«ng tin cã triÓn väng øng dông trong viÖc gi¶i quyÕt bµi to¸n dù b¸o. KÕt
hîp chÆt chÏ víi logic mê, m¹ng n¬ron nh©n t¹o cã thÓ gióp gi¶i quyÕt hiÖu
qu¶ h¬n c¸c bµi to¸n phøc t¹p.
Nhê c¸c −u ®iÓm nh− cã cÊu tróc xö lý song song, kh¶ n¨ng häc vµ ghi
nhí, kh¶ n¨ng tù tæ chøc vµ tæng qu¸t ho¸, m¹ng n¬ron nh©n t¹o ANN
(Artificial Newal Networks) ®· ®−îc nghiªn cøu vµ øng dông thµnh c«ng
trong rÊt nhiÒu lÜnh vùc nh− xÊp xØ hµm nhËn d¹ng mÉu, dù b¸o… LuËn v¨n
nµy chñ yÕu tËp trung t×m hiÓu vÒ m¹ng n¬ron nh©n t¹o vµ nghiªn cøu øng
dông gi¶i quyÕt bµi to¸n dù b¸o phô t¶i ng¾n h¹n cho hÖ thèng ®iÖn miÒn B¾c.
Môc ®Ých cña luËn v¨n lµ ph¸t triÓn c¸c ph−¬ng ph¸p ®Ó gi¶i bµi to¸n dù
b¸o phô t¶i ng¾n h¹n. §èi t−îng cô thÓ cña nghiªn cøu lµ dù b¸o phô t¶i cho
24 giê sau nh»m ®−a ra c¸c th«ng sè cÇn thiÕt cho c«ng t¸c vËn hµnh vµ lËp
ph−¬ng thøc ®iÒu hµnh hÖ thèng ®iÖn.
LuËn v¨n bao gåm s¸u ch−¬ng vµ hai phô lôc.