دانلود فایل ورد Word تحلیل و پیش بینی رفتار مصرف برق مشترکین با استفاده از تکنیک های داده کاوی

تحلیل و پیش بینی رفتار مصرف برق مشترکین با استفاده از تکنیک های داده کاوی (مطالعه موردی: شرکت توزیع نیروی برق آذربایجان غربی)

در عصر حاضر به جرات می­توان گفت بشر برای انجام فعالیت­های روزمره و افزایش رفاه زندگی خود، بیش از هر انرژی دیگر از انرژی الکتریکی بهره می­برد. با توجه به مشکل ذخیره­سازی انرژی الکتریکی، پیش­بینی میزان بار مورد نیاز به منظور داشتن یک شبکه توزیع برق مطمئن و پایدار حیاتی است. مشترکین برق یکی از اصلی­ترین ارکان زنجیره عرضه برق می­باشند. هدف این تحقیق پیش­بینی برق مصرفی مشترکین و تحلیل رفتار مصرفی آن­ها تحت تاثیر عوامل آب­و­هوایی و متغیرهای زمانی می­باشد. در صورت داشتن یک پیش­بینی مناسب و دقیق می­توان از هدررفت منابع مالی ناشی از افزایش هزینه­های عملیاتی جلوگیری نمود. از سوی دیگر، با توجه به حجم انبوه داده­های مصرف مشترکین و عوامل موثر، تنها می­توان با استفاده از ابزارهای نوین فن­آوری اطلاعات همچون داده­کاوی به تجزیه­وتحلیل داده­ها پرداخت. ابزار داده­کاوی به استخراج الگوها و دانش پنهان از داده­ها جهت یک پیش­بینی درست می­پردازد.

در این تحقیق، به بررسی و پیش­بینی میزان مصرف برق مشترکین شرکت توزیع نیروی برق آذربایجان غربی می­پردازیم. برای این منظور و با در اختیار داشتن داده­های مصرفی 5595 مشترک طی 12 دوره دوماهه، الگوریتم­های پیش­بینی کننده همچون CHAID، C&R،Regression ،Neural Networks را بر روی داده­های موجود اجرا نموده و نتایج حاصل از اجرای هر الگوریتم بر اساس معیارهای ارزیابی خطای پیش­بینی مانند میانگین درصد قدرمطلق خطا مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت. نیز با خوشه­بندی مشترکین با استفاده از الگوریتم Kohonen به بررسی رفتار مصرفی آن­ها پرداخته شد. در نهایت، به نتیجه­گیری و ارائه ­پیشنهادات پرداختیم.

کلمات کلیدی: پیش­بینی، مصرف برق، مشترک، داده‌کاوی، دسته­ بندی، رگرسیون، خوشه ­بندی

 عنوان صفحه

فصل اول: مقدمه و طرح مسئله

1-1- مقدمه                                                         1

1-2- بیان مسئله تحقیق                                                2

1-3- ضرورت و اهداف تحقیق                                            3

1-4- جنبه جدید بودن و نوآوری تحقیق                                     6

1-5- ساختار پایان­نامه                                                  7

 فصل دوم: مبانی نظری تحقیق

2-1- مقدمه                                                         9

2-2- انرژی الکتریکی و اهمیت آن                                         9

2-3- ویژگی­های انرژی الکتریکی                                         11

2-4- تاریخچه صنعت برق در جهان و ایران                                 14

2-5- زنجیره­ی عرضه­ی برق                                             15

2-5-1 تولید                                                    16

عنوان صفحه

2-5-2- انتقال                                                    16

2-5-3- توزیع                                                    16

2-5-3-1- مصرف برق در ایران و جهان                            17

2-5-3-2- مشترک                                           18

2-5-3-2-1- مشترکین بخش خانگی                      18

2-5-3-2-2- مشترکین بخش تجاری                      19

2-5-3-2-3- مشترکین بخش صنعت                      19

2-5-3-2-4- مشترکین بخش عمومی                      19

2-5-3-2-5- مشترکین بخش حمل­و­نقل                    20

2-5-3-2-6- مشترکین بخش کشاورزی                    20

2-6 مطالعه و پیش­بینی بار                                               22

2-6-1- الگوی مصرف                                               23

2-6-2- پیش­بینی مصرف                                            23

2-6-3- عوامل موثر بر مصرف برق                                      24

2-6-3-1- شرایط آب­و­هوایی                                    25

2-6-3-2- متغیرهای زمانی                                     26

2-6-3-3- ویژگی­های محل اقامت مشترک                          27

2-7- داده­کاوی                                                        27

2-7-1- اهداف داده ­کاوی                                             29

2-7-2- روش­های داده ­کاوی                                          30

2-7-2-1- دسته­بندی                                         30

عنوان صفحه

2-7-2-2- خوشه­بندی                                        31

2-7-2-3- تحلیل وابستگی                                     31

2-7-3- فرآیند داده­کاوی ( مدل CRISP-DM )                          32

2-8- چکیده فصل                                                     34

فصل سوم: مروری بر ادبیات تحقیق

3-1- پیشینه تحقیق                                                    36

3-2- چکیده فصل                                                     41

فصل چهارم: روش تحقیق

4-1- مقدمه                                                          43

4-2- فرآیند داده­کاوی                                                  44

4-3- استاندارد CRISP-DM                                            44

4-3-1- مرحله درک تجاری                                           45

4-3-2- مرحله درک داده­ها                                           46

4-3-3- مرحله پیش­پردازش داده­ها                                     50

4-3-4- مرحله ساختن مدل                                          53

4-3-4-1- الگوریتم C&R                                    53

4-3-4-2- الگوریتم CHAID                                  55

4-3-4-3- الگوریتم رگرسیون خطی                               56

4-3-4-4- الگوریتم شبکه عصبی                                 57

4-3-4-5- الگوریتم کوهونن                                    58

عنوان صفحه

4-3-5- مرحله ارزیابی مدل                                           59

4-3-6- بکارگیری مدل                                              61

4-4- چکیده فصل                                                     62

فصل پنجم: نتایج و ارزیابی

5-1- مقدمه                                                          63

5-2- نتایج                                                           64

5-2-1- نتایج حاصل از پیش­بینی مصرف برق مشترکین با در نظر گرفتن "تعطیلات" به عنوان عامل موثر                                                       64

5-2-2- نتایج حاصل از پیش­بینی مصرف برق مشترکین با در نظر گرفتن "میانگین ارتفاع سقف ابر" به عنوان عامل موثر                                             66

5-2-3- نتایج حاصل از پیش­بینی مصرف برق مشترکین با در نظر گرفتن "کمینه دما و بیشینه دمای موثر" به عنوان عوامل موثر                                     67

5-2-4- نتایج حاصل از پیش­بینی مصرف برق مشترکین با در نظر گرفتن "تعطیلات، میانگین ارتفاع سقف ابر، کمینه دما و بیشینه دمای موثر" به عنوان عوامل موثر         68

5-2-5- مقایسه عملکرد حالت­های مختلف بر اساس معیار ارزیابی میانگین درصد قدرمطلق خطا                                                         71

5-2-6- خوشه­بندی رفتار مصرفی مشترکین برق با در نظر گرفتن عوامل موثر       72

5-3- چکیده فصل                                                     76

فصل ششم: نتیجه­گیری و پیشنهادات

6-1- مقدمه                                                          77

6-2- یافته­های تحقیق                                                  78

6-3- پیشنهاد برای تحقیقات آتی                                          81

منابع                                                               82

 فهرست جدول­ها

  عنوان و شماره صفحه

جدول 4-1- اطلاعات کارکرد مشترکین                                      46

جدول 4-2- اطلاعات هواشناسی                                           48

جدول 5-1- پیش­بینی مصرف برق مشترکین با عامل "تعطیلات"                   65

جدول 5-2- پیش­بینی مصرف برق مشترکین با عامل "میانگین ارتفاع سقف ابر"        66

جدول 5-3- پیش­بینی مصرف برق مشترکین با عوامل "کمینه دما و بیشینه دمای موثر"  67

جدول 5-4- پیش­بینی مصرف برق مشترکین با عوامل "تعطیلات، میانگین ارتفاع سقف ابر، کمینه دما و بیشینه دمای موثر "                                           69

جدول 5-5- خوشه­های رفتاری مشترکین برق                                 73

 فهرست شکل­ها

 عنوان صفحه

شکل 2-1- نمودار مصرف برق در جهان در طی سال­های 2000-20009             17

شکل 2-2- نمودار مصرف برق در ایران در طی سال­های 1383-1389               18

شکل 2-3- درصد انرژی برق مصرفی کشور به تفکیک بخش­های مختلف در سال 1389  21

شکل 2-4- درصد مشترکین بخش­های مختلف در سال 1389                     21

شکل 2-5- درصد انرژی مصرفی استان آذربایجان غربی به تفکیک بخش­های مختلف در سال 1389                                                              21

شکل 2-6- درصد مشترکین بخش­های مختلف استان آذربایجان غربی در سال 1389    21

شکل 2-7- داده­کاوی به عنوان یک مرحله از فرآیند کشف دانش                   29

شکل 2-8- مراحل مدل مرجع فرآیند داده­کاوی                               33

شکل 4-1- ساختار شبکه کوهونن                                         58

شکل 5-1- مقایسه الگوریتم­ها در پیش­بینی مصرف برق مشترکین با عامل "تعطیلات"   65

شکل 5-2- مقایسه الگوریتم­ها در پیش­بینی مصرف برق مشترکین با عامل "میانگین ارتفاع سقف ابر"                                                            67

شکل 5-3- مقایسه الگوریتم­ها در پیش­بینی مصرف برق مشترکین با عوامل "کمینه دما و بیشینه دمای موثر"                                                    68

شکل 5-4- مقایسه الگوریتم­ها در پیش­بینی مصرف برق مشترکین با عوامل "تعطیلات، میانگین ارتفاع سقف ابر، کمینه دما و بیشینه دمای موثر "                       69

شکل 5-5- قسمتی از درخت تصمیم ایجاد شده توسط مدل Kohonen-CHAID     70

شکل 5-6- مقادیر میانگین مصرف واقعی و پیش­بینی شده توسط مدل Kohonen-CHAID                                                                   71

شکل 5-7- عملکرد حالت­های مختلف بر اساس معیار ارزیابی میانگین درصد قدرمطلق خطا                                                                     72

 کلمات اختصاری

Co2 Carbon dioxide

GDP Gross Domestic Product

NI National Income

IEA International Energy Agency

LTF Long-Term Load Forecasting

MTLF Medium-Term Load Forecasting

STLF Short-Term Load Forecasting

CRISP-DM Cross Industry Standard Process for Data Mining

CI Computational Intelligence

C&R Classification & Regression

CHAID Chi-squared Automatic Interaction Detection

SOM Self-Organizing Map

MSE Mean-Square Error

RMSE Root-Mean-Square Error

MAE Mean Absolute Error

MAPE Mean Absolute Percentage Error