基于電力大數(shù)據(jù)的經(jīng)濟(jì)景氣指數(shù)解析

國網(wǎng)新疆電力有限公司信息通信公司 王天軍 王巧莉 胡新苗 劉 昆 茍 亮

在我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的背景下，為電力行業(yè)提供了新的發(fā)展機(jī)遇。但電力行業(yè)景氣處于不斷波動(dòng)的狀態(tài)，如波動(dòng)范圍過大會(huì)使電力供需和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的矛盾更加突出，進(jìn)而影響國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和居民生產(chǎn)生產(chǎn)水平?；陔娏Υ髷?shù)據(jù)能更加全面地把控電力行業(yè)景氣波動(dòng)和宏觀經(jīng)濟(jì)波動(dòng)間的聯(lián)系，更好地把控行業(yè)態(tài)勢(shì)，為電力行業(yè)的發(fā)展和規(guī)劃設(shè)計(jì)提供更加科學(xué)合理的依據(jù)。

1 電力企業(yè)大數(shù)據(jù)概述電力行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

電力企業(yè)大數(shù)據(jù)指的是將大數(shù)據(jù)技術(shù)和理論知識(shí)應(yīng)用到智能電網(wǎng)中來，把用戶用電習(xí)慣、電力經(jīng)營、電力系統(tǒng)維護(hù)檢修、電力工程規(guī)劃設(shè)計(jì)等各方面的信息和數(shù)據(jù)，通過互聯(lián)網(wǎng)傳遞到電力企業(yè)的信息中心進(jìn)行集中分析和處理，從而為電力事業(yè)的發(fā)展提供更加真實(shí)的依據(jù)。電力企業(yè)大數(shù)據(jù)是電力行業(yè)技術(shù)改革的主要產(chǎn)物，并不僅體現(xiàn)在技術(shù)進(jìn)步上，更多涉及到電力系統(tǒng)的發(fā)展理念、規(guī)劃設(shè)計(jì)模式、技術(shù)路徑等方面的革新。這是因?yàn)榇髷?shù)據(jù)是以個(gè)性化商業(yè)未來作為核心價(jià)值，可促進(jìn)電力企業(yè)能夠重新審視自身價(jià)值。且電力大數(shù)據(jù)還能借助優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)行的方法提升節(jié)能降耗水平，逐步向綠色產(chǎn)業(yè)的方向發(fā)展。

其所具有的特點(diǎn)主有：數(shù)量體量非常大，不僅包括設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，也包括資源使用、用戶信息等各個(gè)方面的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)類型較多，包括流程記錄數(shù)據(jù)、測電量數(shù)據(jù)等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，以及視頻、圖表、音頻等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)；處理速度非?？欤瑪?shù)據(jù)的采集、匯總、分析、處理、存儲(chǔ)及使用效率更加快、更準(zhǔn)；價(jià)值密度較低，有數(shù)據(jù)量非常龐大，因此就無法保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，在特定時(shí)間內(nèi)有價(jià)值的數(shù)據(jù)密度相對(duì)較低。

電力行業(yè)是維系其他行業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵，我國電力行業(yè)始終保持良好的發(fā)展速度，從2015年到2020年全國發(fā)電量都在持續(xù)增加。據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)統(tǒng)計(jì)，2020年全國全口徑發(fā)電量為7.62萬億千瓦時(shí)，同比增長4.05%。2020年全國第一產(chǎn)業(yè)用電量859億千瓦時(shí)，占比1.14%；第二產(chǎn)業(yè)用電量5.12萬億千瓦時(shí)，占比68.19%；第三產(chǎn)業(yè)用電量1.21萬億千瓦時(shí)，占比16.09%；城鄉(xiāng)居民生活用電量1.09萬億千瓦時(shí)，占比14.58%。2016～2020年全國第一產(chǎn)業(yè)和第二產(chǎn)業(yè)用電占比呈下降趨勢(shì)，第三產(chǎn)業(yè)和城鄉(xiāng)居民生活用電占比不斷提高，近年來信息傳輸、軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)用電量持續(xù)高速增長。

此外，近年來我國電力行業(yè)穩(wěn)健發(fā)展，但受到環(huán)境保護(hù)的影響，清潔能源將成為未來我國電力行業(yè)發(fā)展的主要方向，煤電靈活性改造和清潔能源將會(huì)成為未來我國電力行業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)。

電力大數(shù)據(jù)對(duì)經(jīng)濟(jì)景氣指數(shù)模型的改進(jìn)：雖然目前我國電力行業(yè)的發(fā)展勢(shì)頭比較強(qiáng)勁，但日常經(jīng)濟(jì)指數(shù)模型構(gòu)建和分析中，判斷經(jīng)濟(jì)周期和經(jīng)濟(jì)走勢(shì)依然存在很多短板，其中最顯著的短板是判斷規(guī)則的把控和積極指標(biāo)的滯后性。而電力大數(shù)據(jù)和經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)相比具有更高的先行性，可利用電力大數(shù)據(jù)來構(gòu)建經(jīng)濟(jì)景氣指數(shù)模型，以便更加科學(xué)的支撐電力行業(yè)發(fā)展經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的把控，保證發(fā)展決策和戰(zhàn)略方針的制定具有一定的前瞻性[1]。為最大限度上發(fā)揮出電力大數(shù)據(jù)先行性的優(yōu)勢(shì)，可采用等權(quán)重加權(quán)的方法來改進(jìn)電力經(jīng)濟(jì)景氣指數(shù)模型，選擇那些周期性較強(qiáng)的行業(yè)來構(gòu)建基于電力大數(shù)據(jù)的經(jīng)濟(jì)景氣指數(shù)。具體而言，可引入經(jīng)濟(jì)學(xué)中關(guān)于經(jīng)濟(jì)周期理論的繁榮、衰退、蕭條、復(fù)蘇四個(gè)階段構(gòu)建起周期性的變換模型。

2 基于X13-ARIMA 的經(jīng)濟(jì)景氣指數(shù)模型構(gòu)建

2.1 模型構(gòu)建

為更加深入地分析和研究電力經(jīng)濟(jì)景氣指數(shù)，需結(jié)合電力行業(yè)相關(guān)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、利用X13-ARIMA算法來構(gòu)建經(jīng)濟(jì)景氣指數(shù)模型。對(duì)采集到的電力大數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，計(jì)算機(jī)算出行業(yè)的月度電量、業(yè)擴(kuò)月度報(bào)裝容量同比增長率等，并對(duì)預(yù)處理后數(shù)據(jù)的完整性進(jìn)行全面檢查，如存在缺失情況要及時(shí)填補(bǔ)。如：在2019年電力景氣指數(shù)模型構(gòu)建中，需對(duì)2019年前后細(xì)分行業(yè)分類不一致的數(shù)據(jù)再按照新舊行業(yè)對(duì)應(yīng)關(guān)系表進(jìn)行全方位整理，然后再采取時(shí)差交叉相關(guān)系數(shù)法來詳驗(yàn)證行業(yè)月度電量、業(yè)擴(kuò)月度報(bào)裝容量同比增長率等電量行業(yè)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先行、一致以及滯后的關(guān)系。如將基準(zhǔn)指標(biāo)設(shè)定為y={y1,y2,y3……}，而被選中的指標(biāo)則設(shè)定為x={x1,x2,x3……xn}，設(shè)定r 為時(shí)差相關(guān)系統(tǒng)，則有：

式中l(wèi)=1，±1，±2…±L。l 表示的是電力行業(yè)超前或者滯后的期數(shù)，如為負(fù)值表示滯后、正值則表示超前，L 表示最大的延遲數(shù)，而nl表示數(shù)據(jù)對(duì)齊后的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)[2]。

最大時(shí)差相關(guān)系數(shù)反映了被選指標(biāo)和基準(zhǔn)指標(biāo)的時(shí)差相關(guān)關(guān)系，而延遲系數(shù)則可反映出超前或是滯后的期數(shù)。在進(jìn)行電力行業(yè)電量、業(yè)擴(kuò)報(bào)裝容量增長率序列調(diào)整中，可采用X13-ARIMA 算法進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)整，可準(zhǔn)確獲得周期循環(huán)趨勢(shì)項(xiàng)。但為保證調(diào)整的準(zhǔn)確性，需假定時(shí)間序列，包括趨勢(shì)周期、季節(jié)、日期效應(yīng)、不規(guī)則序列等，這些內(nèi)容普遍具有很強(qiáng)的隨機(jī)性和不可測性，需使用信號(hào)提取技術(shù)從觀測的時(shí)間序列中進(jìn)行準(zhǔn)確的識(shí)別和估計(jì)。

2.2 調(diào)整程序

電力在不同季節(jié)存在較大的變化幅度，通常夏季用電量最大，為用戶用電的需求，在利用X13-ARIMA 算法構(gòu)建電力行業(yè)經(jīng)濟(jì)景氣指數(shù)模型時(shí)，需對(duì)相關(guān)程序進(jìn)行季節(jié)性調(diào)整、先進(jìn)行預(yù)調(diào)整，選擇出ARIMA 誤差最能描述原始序列特征的回歸模型，用于調(diào)整序列的確定性影響，同時(shí)擴(kuò)展時(shí)間序列分解中使用的具有回溯性和預(yù)測性的序列[3]。然后將預(yù)先調(diào)整的序列分解成未觀察的組件，主要包括趨勢(shì)周期、季節(jié)性、不規(guī)則性。將預(yù)調(diào)整確定的因數(shù)逐步分配到各自的成分，最后將原始序列完全分解成最終的周期、季節(jié)、日歷、不規(guī)則成分等。其中季節(jié)性調(diào)整序列通?？赏ㄟ^沒有季節(jié)和日歷效應(yīng)的序列來獲得。

在絕大數(shù)情況下，調(diào)整程序需經(jīng)過至少兩個(gè)步驟，即預(yù)先調(diào)整和序列分解，在具體調(diào)整中兩個(gè)步驟是分開處理的，但為保證調(diào)整程序的科學(xué)性和有效性，需全部納入任何季節(jié)性調(diào)整程序中來。如：在預(yù)先調(diào)整時(shí)，選擇的條件不同則最后的分解結(jié)果也不相同，且實(shí)際序列分解結(jié)構(gòu)可能會(huì)指向預(yù)調(diào)整階段的變化。兩個(gè)階段最終的結(jié)果都需詳細(xì)分析，以保證季節(jié)性調(diào)整結(jié)果的質(zhì)量。

2.3 應(yīng)用驗(yàn)證

為驗(yàn)證基于X13-ARIMA 算法構(gòu)建經(jīng)濟(jì)景氣指數(shù)模型的應(yīng)用效果，需結(jié)合實(shí)際情況對(duì)電力經(jīng)濟(jì)景氣指數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證分析，選擇的用電量指標(biāo)選取情況如下：公共管理和社會(huì)組織領(lǐng)先周期為6個(gè)月、相關(guān)系數(shù)為0.74；金屬冶煉和加工業(yè)不存在領(lǐng)先周期，但存在相關(guān)系數(shù)為0.73；工藝品和其他制造業(yè)的領(lǐng)先周期為3個(gè)月，相關(guān)系數(shù)為0.70；房地產(chǎn)行業(yè)領(lǐng)先周期達(dá)到7個(gè)月，相關(guān)系數(shù)為0.76；燃?xì)馍a(chǎn)和供應(yīng)行業(yè)的領(lǐng)先周期為6個(gè)月，相關(guān)系數(shù)為0.59；住宿和餐飲業(yè)的領(lǐng)先周期為9個(gè)月，相關(guān)系數(shù)為0.51[4]。先行指標(biāo)相關(guān)系數(shù)在0.65以上的行業(yè)領(lǐng)先周期在5～6個(gè)月之間。

經(jīng)季節(jié)性調(diào)整后，基于X13-ARIMA 算法構(gòu)建的經(jīng)濟(jì)景氣指數(shù)模型經(jīng)濟(jì)景氣指標(biāo)時(shí)間序列被拆分為趨勢(shì)周期部分、季節(jié)部分、日期歷程部分、不規(guī)則部分。通過進(jìn)一步分析計(jì)算可知，先行指數(shù)和一致性指數(shù)的計(jì)算結(jié)果及合成指數(shù)趨勢(shì)良好，電力經(jīng)濟(jì)景氣指數(shù)表現(xiàn)出良好的趨勢(shì)一致性[5]。此外，為更好地反映電力經(jīng)濟(jì)指數(shù)和實(shí)際經(jīng)濟(jì)指數(shù)的一致性，對(duì)比分析了電力經(jīng)濟(jì)景氣指數(shù)和工業(yè)增加值，發(fā)現(xiàn)二者的趨勢(shì)保持一致，表明基于X13-ARIMA 算法構(gòu)建的電力經(jīng)濟(jì)景氣指數(shù)模型具有很好的應(yīng)用和推廣價(jià)值。

綜上，采用理論結(jié)合實(shí)踐的方法分析了基于電力大數(shù)據(jù)的經(jīng)濟(jì)景氣指數(shù)的解析，分析結(jié)果表明，將經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域中經(jīng)常用到的景氣指數(shù)模型應(yīng)用到電力經(jīng)濟(jì)景氣指數(shù)中，具有良好的一致性和先進(jìn)性。在電力大數(shù)據(jù)的背景下，采用X13-ARIMA 算法構(gòu)建的電力經(jīng)濟(jì)景氣指數(shù)模型能真實(shí)反映出電力經(jīng)濟(jì)景氣指標(biāo)。而通過實(shí)例驗(yàn)證表明此種方法能夠真實(shí)、有效、科學(xué)合理的反映出電力大數(shù)據(jù)背景下電力行業(yè)經(jīng)濟(jì)景氣指標(biāo)的發(fā)展趨勢(shì)，契合目前我國電力行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，值得大范圍推廣應(yīng)用。