基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)字的省級能源預(yù)測：河南的視角

燕 景

（國網(wǎng)河南省電力公司三門峽供電公司，三門峽 472000）

2018年河南省傳統(tǒng)電煤調(diào)入?yún)^(qū)資源更為緊張，河南省作為煤炭基地，對周邊省份的調(diào)劑作用將大幅減弱。河南需要重點統(tǒng)籌好去產(chǎn)能、違法違規(guī)和安全隱患治理與保供應(yīng)關(guān)系，統(tǒng)籌好去產(chǎn)能與建立長效機制、發(fā)展優(yōu)質(zhì)產(chǎn)能、企業(yè)兼并重組關(guān)系，保持煤炭市場平穩(wěn)供應(yīng)和行業(yè)健康發(fā)展，以實現(xiàn)2018年河南全省能源供需平穩(wěn)。

1 模型構(gòu)建

本文采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對河南省2018年能源供需進(jìn)行預(yù)測，該方法通過大量神經(jīng)元的建立網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)元模型處理的結(jié)構(gòu)圖如下：

圖1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)單個神經(jīng)元模型

神經(jīng)元數(shù)學(xué)公式如下：

式中，xi是原始數(shù)據(jù)組中的第i個數(shù)據(jù)；wi是第i個數(shù)據(jù)所對應(yīng)權(quán)重；μ為偏置值；m為輸入數(shù)據(jù)的加權(quán)數(shù)列和在加上偏置值所形式的純函數(shù)輸入值。m在轉(zhuǎn)移函數(shù)f（x），和閥值b的作用下計算出y，作為神經(jīng)元模型的輸出數(shù)據(jù)。

2 構(gòu)建轉(zhuǎn)移函數(shù)

轉(zhuǎn)移函數(shù)作為神經(jīng)元數(shù)學(xué)模型的重要組成部分，在會對最終結(jié)果起到?jīng)Q定性的影響。根據(jù)河南省能源數(shù)據(jù)情況，本文采用了S型函數(shù)作為模型的轉(zhuǎn)移函數(shù)。

如對數(shù)S型函數(shù)公式如下：

雙曲正切S型函數(shù)公式如下：

3 模型設(shè)定

誤差計算是BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的重要環(huán)節(jié)，需要根據(jù)誤差結(jié)果來調(diào)整不同層神經(jīng)元的輸入輸出權(quán)重，優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差計算公式為：

Er=（R-Y）2

式中Er神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的誤差指數(shù)，R，Y分別代表神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練值與輸出層輸出值。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的誤差可以視為，輸出層輸入數(shù)據(jù)的權(quán)重wij與隱含層輸入數(shù)據(jù)的權(quán)重vjk的函數(shù)。當(dāng)輸出層輸入數(shù)據(jù)的權(quán)重與隱含層輸入數(shù)據(jù)的權(quán)重發(fā)生變化時，相應(yīng)的誤差值Er也會跟著調(diào)整。為了簡便起見則輸出層輸入數(shù)據(jù)的權(quán)重變動量可以表示為：

其中φ是代替復(fù)雜的調(diào)整系數(shù)，公式所加的負(fù)數(shù)是表示權(quán)重的變動會減少誤差，因此與誤差的梯度成負(fù)相關(guān)。

4 預(yù)測結(jié)果

模型預(yù)測結(jié)果顯示：2018年能源生產(chǎn)總量1.0億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，與2017年預(yù)計完成量基本持平。其中，原煤產(chǎn)量1.07億噸，基本保持穩(wěn)定；原油產(chǎn)量190萬噸，同比降低7.3%；天然氣產(chǎn)量1.5億方，同比降低21%；全省發(fā)電量完成2870億千瓦時，同比增長5.3%。全省能源消費總量2.39億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，同比增長1.7%，其中，煤炭消費2.32億噸，基本持平；成品油1850萬噸，同比增長1.6%；天然氣供應(yīng)1020億方，同比增長20%；可再生能源利用量1711萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，同比增長8.3%，在河南全省能源消費中比重提高到7.2%。

5 主要建議

（1）突出適應(yīng)新一輪能源技術(shù)變革、市場化改革和綠色發(fā)展新要求、新形勢，推進(jìn)能源業(yè)態(tài)創(chuàng)新發(fā)展，推進(jìn)現(xiàn)代煤炭物流產(chǎn)業(yè)發(fā)展，主動適應(yīng)全國煤炭供需格局變化形勢，編制全省現(xiàn)代煤炭物流發(fā)展規(guī)劃，妥善應(yīng)對省內(nèi)煤炭產(chǎn)量大幅下降局面，重點保障全省電煤供應(yīng)，兼顧化工用煤和煤種調(diào)劑需要，確保煤炭供應(yīng)安全。

（2）是突出強化約束性指標(biāo)管理，加快產(chǎn)業(yè)升級，提高重點行業(yè)和領(lǐng)域能源效率，構(gòu)建節(jié)約低碳的能源消費體系。深入推進(jìn)可再生能源消納，重點解決三門峽等地區(qū)可再生能源發(fā)電消納問題，繼續(xù)保持全省零棄風(fēng)棄光的良好局面，為風(fēng)光電持續(xù)健康發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。