全社会用电量预警指标研究

张 维，范玉宏，周小兵

（华中电力科学研究院，武汉 430077）

全社会用电量预警指标研究

张 维，范玉宏，周小兵

（华中电力科学研究院，武汉 430077）

近几年，我国用电市场受到宏观经济形势的影响很大，表现出大起大落的特点。以国家电网公司经营区域为例，2009年、2010年全社会用电量增速分别为6.7%和14.9%，两者相差8.2%。月度增速变化幅度更大，2009年初全社会用电量当月增速出现负增长，而2010年初当月增速超过40%。全社会用电量的变化趋势是影响电力供需平衡的主要因素，也是影响电力企业经营业绩的决定性因素。如果能够及时、准确地把握全社会用电及其重要影响因素的变化，就可以提前对全社会用电的异常变化进行预警，从而为有关部门和电力企业正确决策赢得宝贵的时间，有利于及时制定对策、采取措施，促进用电市场平衡增长，保证电力可靠供应。

预警是对系统未来的演化作预期性评价，以发现特定系统未来运行可能出现的问题及其成因。预警理论与方法首先是在经济预警中得到应用并逐步发展起来的。经济预警与一般经济预测的差别在于：前者不是一般情况的预测，而是特殊情况的预测。预测追求的是准确性，预警强调的是提前性。预测一般要给出未来的预测值，预警不一定要给出预测值，但要给出未来的变化趋势，特别是异常变化的可能性。预测一般从正面分析，而预警往往从反面分析。也可以说，经济预警属于经济突变论的范围。国内关于宏观经济预警指标和模型的研究多采用实证研究方法[1—5]，而且将预警理论应用于电力行业的研究成果较少[6]。

用电量预警实际上也是一种经济预警，其关键在于：一是寻找用电量变化的先行指标；二是利用先行指标来构建用电量预警指标；三是建立预警模型。

高耗能行业用电量（包括钢铁、有色金属、化工、建材四大行业用电）具有占全社会用电量的比重大、波动幅度大、受宏观经济影响大等特点，高耗能行业用电量的增长是全社会用电量增长的主要贡献力量。当外部经济环境发生异常变化时，高耗能行业用电量的变化更为敏感，往往领先于全社会用电量发生变化。因此，可以在高耗能行业用电量的影响因素中寻找用电量变化的先行指标，并在先行指标的基础上来构建用电量预警模型。本文针对国家电网公司经营区域全社会用电量，分析其先行指标和预警指标。

1 先行指标分析

1.1 选取先行指标的原则

分析确定用电量先行指标是建立用电量预警模型的基础，也是一个关键环节。选取先行指标的原则是：

（1）重要性。先行指标应该是影响用电量的重要因素，或是与用电量高度相关的指标。

（2）有效性。先行指标要能够对用电量变化提供预警信息，应该与用电量的变化趋势保持一致，并且先于用电量发生变化。

（3）敏感性。先行指标要能及时、显著地反映用电量变化，应该具有较高的敏感性，比较平稳、波动较小的指标不宜作为先行指标。

（4）简约性。国家宏观经济预警往往需要设置十几个甚至几十个先行指标，预警工作量非常大。用电量预警属于对国民经济一个行业发展状况的预警，选取先行指标时要考虑可操作性，可以通过历史数据分析选出最重要、最有效的几个先行指标，提高预警工作的效率。

1.2 筛选范围

根据以上选取先行指标的原则，结合高耗能行业用电的影响因素分析，确定用电量先行指标的筛选范围：

（1）宏观经济指标：城镇固定资产投资。

（2）产量类指标：粗钢产量、钢材产量、10种有色金属产量、电解铝产量、化肥产量、水泥产量、汽车产量。

粗钢、钢材产量是影响钢铁行业用电量的主要因素；10种有色金属产量、电解铝产量是影响有色金属行业用电量的主要因素；化肥产量是影响化工行业用电量的主要因素；水泥产量是影响建材行业用电量的主要因素；因为汽车行业是钢铁、有色金属行业重要的下游行业，汽车产量对这2个行业用电量有显著影响。

（3）价格类指标：电解铝价格、钢材价格指数。

电解铝价格、钢材价格指标是影响电解铝产量和钢材产量的重要指标，也是影响钢铁、有色金属行业用电量的主要指标。

（4）房地产类指标：房地产开发投资、商品房销售面积、商品房新开工面积。

房地产行业是重要的支柱产业，是钢铁、有色金属和建材主要的下游行业，因此房地产主要指标对这3个行业的用电量有重要影响。

分别采用时差分析法、转折点判别法、异常点判别法对以上指标进行分析、筛选。算例样本数据时间范围为2005年1月至2009年12月，用电数据口径为国家电网公司经营区域，经济数据和行业数据来源为中国经济信息网。

1.3 时差相关分析法

1.3.1 基本原理

时差相关分析法是利用相关系数验证经济时间序列先行、一致和滞后关系的一种常用的方法，是以一个重要的、能够敏感地反映当前经济活动的时间序列作为基准指标，规定基准指标不动，而另一些被分析指标在时间上相对于基准指标前后移动若干个月(季)，计算基准指标与这些移动后的序列的相关系数，进而根据时差相关系数的大小，选出先于基准指标变动的先行指标、一致指标和滞后指标，同时可以确定先行、滞后的期数。

时差相关分析法的数学原理可以用公式表示为：设Y={Y1，...,Yn}为基准指标，X={X1，...,Xn}为可选择的指标，r为时差相关系数，r的计算公式

式中：X、Y分别为X、Y的平均值；l=0，±1，±2，...，±L，表示超前、滞后期；L是最大延迟数；n为样本点个数。

1.3.2 分析过程

将国家电网公司经营区域全社会用电量作为基准指标，属于筛选范围的影响因素作为分析指标进行时差相关性分析。

每个指标都有当月值、累计值、当月增速、累计增速4个值，为了充分反映先行指标的敏感性和有效性，将针对全社会用电量与其他指标的当月增速进行相关性分析。最大延迟数取L=5。时差相关性分析结果如表1所示。表中各列为不同时差对应的相关系数，例如：T-3列为第T月用电量与第T-3月指标的相关系数。

考虑到当月增速存在着一些季节性波动现象，例如：一、二月份当月增速波动较大，为了消除这种异常波动，可以将用电量和其他指标的原始数据先进行移动平滑（滚动计算前2个月和当月平均值），再计算时差相关系数，计算结果如表2所示。

将原始数据平滑处理后，相关系数有显著提高。可以认为相关系数大于0.7的指标与用电量有较强的相关性，将这些指标按最大相关系数从大到小的排列顺序是：钢材产量、电解铝产量、10种有色金属产量、商品房新开工面积、粗钢产量、电解铝价格、房地产开发投资、汽车产量、化肥产量。

1.4 转折点判别法

对经济指标转折点（波峰或波谷）的预测，对把握经济指标的未来走势具有特别重要的意义。先行指标应该与基准指标具有相似的波形，并且具有比基准指标提前达到波峰或波谷的特点，这样才能利用先行指标的走势对基准指标的转折点进行预警。

用转折点判别法来寻找先行指标的基本原理是：分析比较基准指标和分析指标的转折点和出现转折点的时间，优先选择转折点重合率高和时差大的指标作为先行指标。

用转折点判别法确定用电量先行指标的步骤如下：

（1）对基础数据进行平滑处理。首先将用电量当月增速和进入筛选范围的指标当月增速进行移动平滑，消除季节性异常波动的影响。

表1 用电量（当月增速）与其他指标的时差相关系数

表2 用电量（当月增速）与其他指标的时差相关系数（平滑后）

（2）确定转折点判别准则。设定转折点判别准则如下：增速在7个月内（含当月及前后3个月）为局部最大，且当月增速比7个月内平均增速高2%以上；或增速在7个月内（含当月及前后3个月）为局部最小，且当月增速比7个月内平均增速低2%以上。

（3）分析确定用电量和其他指标的转折点。按照以上转折点判别准则进行分析，2005年1月—2009年12月，全社会用电量有6个转折点，3个波峰，3个波谷。

采用相同的判别准则，分析高耗能行业用电量和其他指标的转折点，并与全社会用电量的转折点进行对比，得到表3。

（4）比较转折点有效率和时差，确定先行指标排序。每个指标的转折点个数不同，其中值得关注的是与全社会转折点一致的转折点（称为一致转折点）个数。例如：在考察的时间周期内，钢材产量共有7个转折点，其中6个与全社会用电量趋势一致。由于全社会用电量有6个转折点，如果其他指标一致转折点个数少于5个，不能接受其为判断用电量转折点的先行指标。

表3 全社会用电量与其他指标转折点对比分析表

计算其他指标与全社会用电量达到转折点的时差，与全社会用电同步或滞后于全社会用电量的指标不接受为先行指标。

大部分影响因素要比全社会用电量波动剧烈，造成影响因素的转折点个数一般多于全社会用电量的转折点个数，如果选择过于敏感的指标作为先行指标，可能造成误判。通过计算转折点判断的有效率来评价该指标是否过于敏感。

有效率越高，表明用该指标来判断的准确率越高。如果有效率在50%以上，表明当影响因素出现波峰或波谷时，全社会用电量也出现波峰或波谷的概率在50%以上。

采用转折点判别法选择先行指标，优先考虑有效转折点个数大于等于5、时差大于0、有效率在50%以上的指标，这些指标包括：粗钢产量、钢材产量、汽车产量、化肥产量、电解铝价格、房地产开发投资、商品房销售面积、商品房新开工面积。

值得注意的是，按照转折点判别法，高耗能行业用电量本身就是全社会用电量的先行指标。

1.5 异常点判别法

对用电量进行预警，很重要的一个目的是要对用电量的异常增长或异常下滑提前预报。用电量增长的异常点并不一定是用电量增长的转折点，这就要求用电量先行指标不仅要反映用电量的转折变化，还要能够对用电量的异常变化做出提前反映。图1说明了转折点与异常点的区别。

图1 转折点与异常点的区别

用异常点判别法来寻找先行指标的基本原理是：分析比较基准指标和分析指标的异常点和出现异常点的时间，优先选择变化早的指标作为先行指标。

用异常点判别法确定用电量先行指标的步骤如下：

（1）对基础数据进行平滑处理。首先将用电量当月增速和进入筛选范围的指标当月增速进行移动平滑，消除季节性异常波动的影响。

（2）确定异常点判别准则。设定异常点判别准则如下：以指标增速连续3月增长或下降，累计变化幅度超过5%为阀值，超过阀值为异常变化。

（3）分析确定用电量和其他指标的异常点和出现时间。按照以上异常点判别准则进行分析，从2005年1月至2009年12月，全社会用电量只有2个异常变化点，一个是2008年4月以后，受金融危机影响，全社会用电量异常下降；另一个是2009年1月，全社会用电量触底以后又出现了异常增长。分析其他指标在这2个异常点的变化情况，可以得到表4。

从表4中可以看出，在金融危机发生时，大部分指标都发生了异常变化，且变化早于全社会用电量。但是当全社会用电触底反弹时，只有4个指标出现了提前反映。

在2个异常点均领先于用电量变化的指标有：粗钢产量、钢材产量、商品房销售面积、商品房新开工面积。在一个异常点领先、另一个异常点同步的指标有：固定资产投资、汽车产量、化肥产量、水泥产量。

表4 指标异常点分析表

1.6 综合分析

在前面3种方法的基础上，采用综合评分法对先行指标进行综合比选。假设：

（1）在时差分析法中，指标与用电量相关系数在0.7以上，且指标变化领先于用电量的得2分；相关系数在0.7以上，且指标变化同步于用电量的得1分。

（2）在转折点判别法中，判断用电量转折点有效率在50%以上，且领先于用电量的指标得2分。

（3）在异常点判别法中，在2个异常点均领先于用电量变化的指标得2分；在一个异常点领先、另一个异常点同步的指标得1分。

计算每个指标的综合得分，得到表5。

选取综合得分在3分以上的指标作为用电量的先行指标，这些指标按得分排序如下：钢材产量、商品房新开工面积、粗钢产量、汽车产量、化肥产量、商品房销售面积、电解铝价格、房地产开发投资。

2 预警指标的选取

在完成先行指标的分析筛选之后，要确定预警指标。可以从先行指标中选择单一指标作为预警指标，也可以选取多个指标形成一组预警指标，还可以在多个先行指标的基础上定义一个预警综合指数，用综合指数来进行预警。

表5 先行指标综合评分表

2.1 单一先行指标

确定预警指标最简单的方法就是从先行指标中选择单一指标，该指标应该是提前反映用电量走势的“最佳”指标。根据前面对先行指标的分析，综合来看，如果要选择单一指标作为预警指标，最合适的应该是钢材产量。

首先，钢铁行业是国民经济重要的基础行业，具有关联行业多、对经济影响大的特点，钢材产量是反映钢铁行业发展状况的综合性指标，也是与用电量相关度最高的指标；其次，根据时差分析法分析结果，钢材产量变化领先于用电量2个月，与用电量的相关系数超过0.9，用钢材产量反映用电量的转折变化有效率超过80%，并且在用电量2次出现异常变化时，钢材产量均有提前反映。因此，从实证分析的角度看，选择钢材产量作为用电量的预警指标是合理的。

2005—2009年，钢材产量当月增速与用电量当月增速的走势对比见图2。从图2中可以看出，钢材产量变化趋势与用电量变化趋势基本相同，而且钢材产量变化略为领先于用电量变化。

2.2 多个先行指标

采用单一先行指标对用电量进行预警，具有简单、实用的特点，但是容易受到预警指标异常波动的影响，预警的有效性和可靠性需要改进。改进方法是采用多个先行指标构成预警指标体系，通过多个指标的互相补充、互相印证，达到提高用电量预警准确性和可靠性的目的。

图2 钢材产量与全社会用电量增速对比图

根据前面对先行指标的综合分析，综合得分较高的指标有：钢材产量、商品房新开工面积、粗钢产量、汽车产量、化肥产量、商品房销售面积、电解铝价格、房地产开发投资。其中，钢材产量和粗钢产量、商品房新开工面积和销售面积属于同类指标，且变化趋势高度一致。为了避免重复，应该剔除粗钢产量和商品房销售面积，这样可得到由6个先行指标构成的预警指标体系，如表6所示。

表6 预警指标体系

2.3 综合指数

为了提高预警的可靠性，除了采用多个指标构成预警指标体系，还可以构造包含多个先行指标的综合指数作为预警指标，这样既可以保留多个指标的信息，又具有简单、明确的优点，避免了多个指标可能发出矛盾信息的问题。

综合指数可以取多个先行指标当月同比增速的加权平均值，权重根据先行指标的综合评分来确定。

（钢材产量当月增速×6+汽车产量当月增速×5+化肥产量当月增速×5+电解铝价格当月增速×3+房地产投资当月增速×3+商品房新开工面积×6）/28

表7是一个计算综合指数的例子。

采用上述方法计算综合指数，绘出2005—2009年综合指数与用电量当月增速的走势对比图，见图3。从图3中可以看出，钢材产量变化趋势与用电量变化趋势基本吻合，而且综合指数变化略为领先于用电量变化。

表7 综合指标计算实例

图3 综合指数与全社会用电量增速对比图

3 结束语

本文采用时差相关分析法、转折点判别法和异常点判别法，对用电量的重要影响因素进行了分析比选，得到用电量的先行指标包括：钢材产量、商品房新开工面积、粗钢产量、汽车产量、化肥产量、商品房销售面积、电解铝价格和房地产开发投资额。提出了用电量预警指标的三种构造方法，初步实证分析表明，预警指标领先于用电量发生变化，这为进一步构建用电量预警模型奠定了基础。

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［1］李本建.监测预警指标体系和指标预测模型研究[J].航空系统工程,1995(2)：29-33.

［2］黄继鸿,雷战波,凌超.经济预警方法研究综述[J].系统工程,2003(2)：65-70.

［3］何问陶,刘朝阳.我国宏观经济先行指标体系及对经济预测实证研究[J].南方金融,2007(4)：14-17.

［4］刘朝阳.经济运行先行指标选择的实证研究[J].南方金融,2006(7)：14-15.

［5］陈磊,孔宪丽.转折点判别与经济周期波动态势分析——2007年经济景气形势分析和预测[J].数量经济技术经济研究,2007(6)：3-13.

［6］康重庆,夏清,张伯明.电力系统负荷预测研究综述与发展方向的探讨[J].电力系统自动化,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

分析了开展全社会用电预警的意义，提出了选取先行指标的原则和筛选范围，针对国家电网公司经营区域全社会用电量，采用时差相关分析、转折点分析、异常点分析3种方法进行了实证分析，得到了全社会用电量的先行指标，并且提出了预警指标的构造方法，为建立用电量预警模型奠定了基础。

全社会用电；预警；指标体系；先行指标

1009-1831（2012）02-0007-06

2011-10-25；修回日期：2011-12-09

张维（1966），男，河北保定人，硕士，高级经济师，主要从事能源经济、电力规划、电力市场方面的研究工作；范玉宏（1978），男，湖北钟祥人，博士，高级工程师，主要从事电力市场、能源经济方面的研究工作；周小兵（1974），女，湖北武汉人，硕士，高级工程师，主要从事能源经济、电力规划、电力市场方面的研究工作。

F407.61

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