全社會用電量預警指標研究

張 維，范玉宏，周小兵

（華中電力科學研究院，武漢 430077）

全社會用電量預警指標研究

張 維，范玉宏，周小兵

（華中電力科學研究院，武漢 430077）

近幾年，我國用電市場受到宏觀經濟形勢的影響很大，表現出大起大落的特點。以國家電網公司經營區域為例，2009年、2010年全社會用電量增速分別為6.7%和14.9%，兩者相差8.2%。月度增速變化幅度更大，2009年初全社會用電量當月增速出現負增長，而2010年初當月增速超過40%。全社會用電量的變化趨勢是影響電力供需平衡的主要因素，也是影響電力企業經營業績的決定性因素。如果能夠及時、準確地把握全社會用電及其重要影響因素的變化，就可以提前對全社會用電的異常變化進行預警，從而為有關部門和電力企業正確決策贏得寶貴的時間，有利于及時制定對策、采取措施，促進用電市場平衡增長，保證電力可靠供應。

預警是對系統未來的演化作預期性評價，以發現特定系統未來運行可能出現的問題及其成因。預警理論與方法首先是在經濟預警中得到應用并逐步發展起來的。經濟預警與一般經濟預測的差別在于：前者不是一般情況的預測，而是特殊情況的預測。預測追求的是準確性，預警強調的是提前性。預測一般要給出未來的預測值，預警不一定要給出預測值，但要給出未來的變化趨勢，特別是異常變化的可能性。預測一般從正面分析，而預警往往從反面分析。也可以說，經濟預警屬于經濟突變論的范圍。國內關于宏觀經濟預警指標和模型的研究多采用實證研究方法[1—5]，而且將預警理論應用于電力行業的研究成果較少[6]。

用電量預警實際上也是一種經濟預警，其關鍵在于：一是尋找用電量變化的先行指標；二是利用先行指標來構建用電量預警指標；三是建立預警模型。

高耗能行業用電量（包括鋼鐵、有色金屬、化工、建材四大行業用電）具有占全社會用電量的比重大、波動幅度大、受宏觀經濟影響大等特點，高耗能行業用電量的增長是全社會用電量增長的主要貢獻力量。當外部經濟環境發生異常變化時，高耗能行業用電量的變化更為敏感，往往領先于全社會用電量發生變化。因此，可以在高耗能行業用電量的影響因素中尋找用電量變化的先行指標，并在先行指標的基礎上來構建用電量預警模型。本文針對國家電網公司經營區域全社會用電量，分析其先行指標和預警指標。

1 先行指標分析

1.1 選取先行指標的原則

分析確定用電量先行指標是建立用電量預警模型的基礎，也是一個關鍵環節。選取先行指標的原則是：

（1）重要性。先行指標應該是影響用電量的重要因素，或是與用電量高度相關的指標。

（2）有效性。先行指標要能夠對用電量變化提供預警信息，應該與用電量的變化趨勢保持一致，并且先于用電量發生變化。

（3）敏感性。先行指標要能及時、顯著地反映用電量變化，應該具有較高的敏感性，比較平穩、波動較小的指標不宜作為先行指標。

（4）簡約性。國家宏觀經濟預警往往需要設置十幾個甚至幾十個先行指標，預警工作量非常大。用電量預警屬于對國民經濟一個行業發展狀況的預警，選取先行指標時要考慮可操作性，可以通過歷史數據分析選出最重要、最有效的幾個先行指標，提高預警工作的效率。

1.2 篩選范圍

根據以上選取先行指標的原則，結合高耗能行業用電的影響因素分析，確定用電量先行指標的篩選范圍：

（1）宏觀經濟指標：城鎮固定資產投資。

（2）產量類指標：粗鋼產量、鋼材產量、10種有色金屬產量、電解鋁產量、化肥產量、水泥產量、汽車產量。

粗鋼、鋼材產量是影響鋼鐵行業用電量的主要因素；10種有色金屬產量、電解鋁產量是影響有色金屬行業用電量的主要因素；化肥產量是影響化工行業用電量的主要因素；水泥產量是影響建材行業用電量的主要因素；因為汽車行業是鋼鐵、有色金屬行業重要的下游行業，汽車產量對這2個行業用電量有顯著影響。

（3）價格類指標：電解鋁價格、鋼材價格指數。

電解鋁價格、鋼材價格指標是影響電解鋁產量和鋼材產量的重要指標，也是影響鋼鐵、有色金屬行業用電量的主要指標。

（4）房地產類指標：房地產開發投資、商品房銷售面積、商品房新開工面積。

房地產行業是重要的支柱產業，是鋼鐵、有色金屬和建材主要的下游行業，因此房地產主要指標對這3個行業的用電量有重要影響。

分別采用時差分析法、轉折點判別法、異常點判別法對以上指標進行分析、篩選。算例樣本數據時間范圍為2005年1月至2009年12月，用電數據口徑為國家電網公司經營區域，經濟數據和行業數據來源為中國經濟信息網。

1.3 時差相關分析法

1.3.1 基本原理

時差相關分析法是利用相關系數驗證經濟時間序列先行、一致和滯后關系的一種常用的方法，是以一個重要的、能夠敏感地反映當前經濟活動的時間序列作為基準指標，規定基準指標不動，而另一些被分析指標在時間上相對于基準指標前后移動若干個月(季)，計算基準指標與這些移動后的序列的相關系數，進而根據時差相關系數的大小，選出先于基準指標變動的先行指標、一致指標和滯后指標，同時可以確定先行、滯后的期數。

時差相關分析法的數學原理可以用公式表示為：設Y={Y1，...,Yn}為基準指標，X={X1，...,Xn}為可選擇的指標，r為時差相關系數，r的計算公式

式中：X、Y分別為X、Y的平均值；l=0，±1，±2，...，±L，表示超前、滯后期；L是最大延遲數；n為樣本點個數。

1.3.2 分析過程

將國家電網公司經營區域全社會用電量作為基準指標，屬于篩選范圍的影響因素作為分析指標進行時差相關性分析。

每個指標都有當月值、累計值、當月增速、累計增速4個值，為了充分反映先行指標的敏感性和有效性，將針對全社會用電量與其他指標的當月增速進行相關性分析。最大延遲數取L=5。時差相關性分析結果如表1所示。表中各列為不同時差對應的相關系數，例如：T-3列為第T月用電量與第T-3月指標的相關系數。

考慮到當月增速存在著一些季節性波動現象，例如：一、二月份當月增速波動較大，為了消除這種異常波動，可以將用電量和其他指標的原始數據先進行移動平滑（滾動計算前2個月和當月平均值），再計算時差相關系數，計算結果如表2所示。

將原始數據平滑處理后，相關系數有顯著提高。可以認為相關系數大于0.7的指標與用電量有較強的相關性，將這些指標按最大相關系數從大到小的排列順序是：鋼材產量、電解鋁產量、10種有色金屬產量、商品房新開工面積、粗鋼產量、電解鋁價格、房地產開發投資、汽車產量、化肥產量。

1.4 轉折點判別法

對經濟指標轉折點（波峰或波谷）的預測，對把握經濟指標的未來走勢具有特別重要的意義。先行指標應該與基準指標具有相似的波形，并且具有比基準指標提前達到波峰或波谷的特點，這樣才能利用先行指標的走勢對基準指標的轉折點進行預警。

用轉折點判別法來尋找先行指標的基本原理是：分析比較基準指標和分析指標的轉折點和出現轉折點的時間，優先選擇轉折點重合率高和時差大的指標作為先行指標。

用轉折點判別法確定用電量先行指標的步驟如下：

（1）對基礎數據進行平滑處理。首先將用電量當月增速和進入篩選范圍的指標當月增速進行移動平滑，消除季節性異常波動的影響。

表1 用電量（當月增速）與其他指標的時差相關系數

表2 用電量（當月增速）與其他指標的時差相關系數（平滑后）

（2）確定轉折點判別準則。設定轉折點判別準則如下：增速在7個月內（含當月及前后3個月）為局部最大，且當月增速比7個月內平均增速高2%以上；或增速在7個月內（含當月及前后3個月）為局部最小，且當月增速比7個月內平均增速低2%以上。

（3）分析確定用電量和其他指標的轉折點。按照以上轉折點判別準則進行分析，2005年1月—2009年12月，全社會用電量有6個轉折點，3個波峰，3個波谷。

采用相同的判別準則，分析高耗能行業用電量和其他指標的轉折點，并與全社會用電量的轉折點進行對比，得到表3。

（4）比較轉折點有效率和時差，確定先行指標排序。每個指標的轉折點個數不同，其中值得關注的是與全社會轉折點一致的轉折點（稱為一致轉折點）個數。例如：在考察的時間周期內，鋼材產量共有7個轉折點，其中6個與全社會用電量趨勢一致。由于全社會用電量有6個轉折點，如果其他指標一致轉折點個數少于5個，不能接受其為判斷用電量轉折點的先行指標。

表3 全社會用電量與其他指標轉折點對比分析表

計算其他指標與全社會用電量達到轉折點的時差，與全社會用電同步或滯后于全社會用電量的指標不接受為先行指標。

大部分影響因素要比全社會用電量波動劇烈，造成影響因素的轉折點個數一般多于全社會用電量的轉折點個數，如果選擇過于敏感的指標作為先行指標，可能造成誤判。通過計算轉折點判斷的有效率來評價該指標是否過于敏感。

有效率越高，表明用該指標來判斷的準確率越高。如果有效率在50%以上，表明當影響因素出現波峰或波谷時，全社會用電量也出現波峰或波谷的概率在50%以上。

采用轉折點判別法選擇先行指標，優先考慮有效轉折點個數大于等于5、時差大于0、有效率在50%以上的指標，這些指標包括：粗鋼產量、鋼材產量、汽車產量、化肥產量、電解鋁價格、房地產開發投資、商品房銷售面積、商品房新開工面積。

值得注意的是，按照轉折點判別法，高耗能行業用電量本身就是全社會用電量的先行指標。

1.5 異常點判別法

對用電量進行預警，很重要的一個目的是要對用電量的異常增長或異常下滑提前預報。用電量增長的異常點并不一定是用電量增長的轉折點，這就要求用電量先行指標不僅要反映用電量的轉折變化，還要能夠對用電量的異常變化做出提前反映。圖1說明了轉折點與異常點的區別。

圖1 轉折點與異常點的區別

用異常點判別法來尋找先行指標的基本原理是：分析比較基準指標和分析指標的異常點和出現異常點的時間，優先選擇變化早的指標作為先行指標。

用異常點判別法確定用電量先行指標的步驟如下：

（1）對基礎數據進行平滑處理。首先將用電量當月增速和進入篩選范圍的指標當月增速進行移動平滑，消除季節性異常波動的影響。

（2）確定異常點判別準則。設定異常點判別準則如下：以指標增速連續3月增長或下降，累計變化幅度超過5%為閥值，超過閥值為異常變化。

（3）分析確定用電量和其他指標的異常點和出現時間。按照以上異常點判別準則進行分析，從2005年1月至2009年12月，全社會用電量只有2個異常變化點，一個是2008年4月以后，受金融危機影響，全社會用電量異常下降；另一個是2009年1月，全社會用電量觸底以后又出現了異常增長。分析其他指標在這2個異常點的變化情況，可以得到表4。

從表4中可以看出，在金融危機發生時，大部分指標都發生了異常變化，且變化早于全社會用電量。但是當全社會用電觸底反彈時，只有4個指標出現了提前反映。

在2個異常點均領先于用電量變化的指標有：粗鋼產量、鋼材產量、商品房銷售面積、商品房新開工面積。在一個異常點領先、另一個異常點同步的指標有：固定資產投資、汽車產量、化肥產量、水泥產量。

表4 指標異常點分析表

1.6 綜合分析

在前面3種方法的基礎上，采用綜合評分法對先行指標進行綜合比選。假設：

（1）在時差分析法中，指標與用電量相關系數在0.7以上，且指標變化領先于用電量的得2分；相關系數在0.7以上，且指標變化同步于用電量的得1分。

（2）在轉折點判別法中，判斷用電量轉折點有效率在50%以上，且領先于用電量的指標得2分。

（3）在異常點判別法中，在2個異常點均領先于用電量變化的指標得2分；在一個異常點領先、另一個異常點同步的指標得1分。

計算每個指標的綜合得分，得到表5。

選取綜合得分在3分以上的指標作為用電量的先行指標，這些指標按得分排序如下：鋼材產量、商品房新開工面積、粗鋼產量、汽車產量、化肥產量、商品房銷售面積、電解鋁價格、房地產開發投資。

2 預警指標的選取

在完成先行指標的分析篩選之后，要確定預警指標。可以從先行指標中選擇單一指標作為預警指標，也可以選取多個指標形成一組預警指標，還可以在多個先行指標的基礎上定義一個預警綜合指數，用綜合指數來進行預警。

表5 先行指標綜合評分表

2.1 單一先行指標

確定預警指標最簡單的方法就是從先行指標中選擇單一指標，該指標應該是提前反映用電量走勢的“最佳”指標。根據前面對先行指標的分析，綜合來看，如果要選擇單一指標作為預警指標，最合適的應該是鋼材產量。

首先，鋼鐵行業是國民經濟重要的基礎行業，具有關聯行業多、對經濟影響大的特點，鋼材產量是反映鋼鐵行業發展狀況的綜合性指標，也是與用電量相關度最高的指標；其次，根據時差分析法分析結果，鋼材產量變化領先于用電量2個月，與用電量的相關系數超過0.9，用鋼材產量反映用電量的轉折變化有效率超過80%，并且在用電量2次出現異常變化時，鋼材產量均有提前反映。因此，從實證分析的角度看，選擇鋼材產量作為用電量的預警指標是合理的。

2005—2009年，鋼材產量當月增速與用電量當月增速的走勢對比見圖2。從圖2中可以看出，鋼材產量變化趨勢與用電量變化趨勢基本相同，而且鋼材產量變化略為領先于用電量變化。

2.2 多個先行指標

采用單一先行指標對用電量進行預警，具有簡單、實用的特點，但是容易受到預警指標異常波動的影響，預警的有效性和可靠性需要改進。改進方法是采用多個先行指標構成預警指標體系，通過多個指標的互相補充、互相印證，達到提高用電量預警準確性和可靠性的目的。

圖2 鋼材產量與全社會用電量增速對比圖

根據前面對先行指標的綜合分析，綜合得分較高的指標有：鋼材產量、商品房新開工面積、粗鋼產量、汽車產量、化肥產量、商品房銷售面積、電解鋁價格、房地產開發投資。其中，鋼材產量和粗鋼產量、商品房新開工面積和銷售面積屬于同類指標，且變化趨勢高度一致。為了避免重復，應該剔除粗鋼產量和商品房銷售面積，這樣可得到由6個先行指標構成的預警指標體系，如表6所示。

表6 預警指標體系

2.3 綜合指數

為了提高預警的可靠性，除了采用多個指標構成預警指標體系，還可以構造包含多個先行指標的綜合指數作為預警指標，這樣既可以保留多個指標的信息，又具有簡單、明確的優點，避免了多個指標可能發出矛盾信息的問題。

綜合指數可以取多個先行指標當月同比增速的加權平均值，權重根據先行指標的綜合評分來確定。

（鋼材產量當月增速×6+汽車產量當月增速×5+化肥產量當月增速×5+電解鋁價格當月增速×3+房地產投資當月增速×3+商品房新開工面積×6）/28

表7是一個計算綜合指數的例子。

采用上述方法計算綜合指數，繪出2005—2009年綜合指數與用電量當月增速的走勢對比圖，見圖3。從圖3中可以看出，鋼材產量變化趨勢與用電量變化趨勢基本吻合，而且綜合指數變化略為領先于用電量變化。

表7 綜合指標計算實例

圖3 綜合指數與全社會用電量增速對比圖

3 結束語

本文采用時差相關分析法、轉折點判別法和異常點判別法，對用電量的重要影響因素進行了分析比選，得到用電量的先行指標包括：鋼材產量、商品房新開工面積、粗鋼產量、汽車產量、化肥產量、商品房銷售面積、電解鋁價格和房地產開發投資額。提出了用電量預警指標的三種構造方法，初步實證分析表明，預警指標領先于用電量發生變化，這為進一步構建用電量預警模型奠定了基礎。

：

［1］李本建.監測預警指標體系和指標預測模型研究[J].航空系統工程,1995(2)：29-33.

［2］黃繼鴻,雷戰波,凌超.經濟預警方法研究綜述[J].系統工程,2003(2)：65-70.

［3］何問陶,劉朝陽.我國宏觀經濟先行指標體系及對經濟預測實證研究[J].南方金融,2007(4)：14-17.

［4］劉朝陽.經濟運行先行指標選擇的實證研究[J].南方金融,2006(7)：14-15.

［5］陳磊,孔憲麗.轉折點判別與經濟周期波動態勢分析——2007年經濟景氣形勢分析和預測[J].數量經濟技術經濟研究,2007(6)：3-13.

［6］康重慶,夏清,張伯明.電力系統負荷預測研究綜述與發展方向的探討[J].電力系統自動化,2004(17)：1-11.

Research on early warring index system of social electricity consumption

ZHANG Wei,FAN Yu?hong,ZHOU Xiao?bing
（Central China Electric Power Research Institute,Wuhan 430077,China）

First,the meaning of consumption early warring of social electricity is analyzed in this paper.And then the choosing principle and range of leading index is proposed.By method of time difference correlative analysis,turning point analysis and ex?ceptional point analysis,the leading index of social electricity con?sumption is selected.Finally,this paper gives the way to construct the early warring index,which builds the foundation of modeling early warring of social electricity consumption.

social electricity consumption；early warring；index system；leading index

分析了開展全社會用電預警的意義，提出了選取先行指標的原則和篩選范圍，針對國家電網公司經營區域全社會用電量，采用時差相關分析、轉折點分析、異常點分析3種方法進行了實證分析，得到了全社會用電量的先行指標，并且提出了預警指標的構造方法，為建立用電量預警模型奠定了基礎。

全社會用電；預警；指標體系；先行指標

1009-1831（2012）02-0007-06

2011-10-25；修回日期：2011-12-09

張維（1966），男，河北保定人，碩士，高級經濟師，主要從事能源經濟、電力規劃、電力市場方面的研究工作；范玉宏（1978），男，湖北鐘祥人，博士，高級工程師，主要從事電力市場、能源經濟方面的研究工作；周小兵（1974），女，湖北武漢人，碩士，高級工程師，主要從事能源經濟、電力規劃、電力市場方面的研究工作。

F407.61

A