基于函数性数据分析的各地电力消费量的研究

2018-09-21宋君黛西安交通大学陕西西安710000

丝路艺术 2018年9期

宋君黛（西安交通大学，陕西西安 710000）

1.绪论

1.1 研究背景

电力消费量是指各行业电力消费总量的总和，以及有哪些行业有电量消费的一个统计。反映出国家电气化发展水平和趋势，以及经济增长与电力消费量增长的关系。电力消费跟经济发展有着密切关系，说得学术点，电力消费随着GDP而变化，经济发展越快，GDP增加得越高，则电力消费就随之增高。

改革开放40年来，我国经济社会发展取得了举世瞩目的成就，经济总量跃居世界第二位；电力消费快速增长，电力消费总量跃升世界首位，有力地支撑了经济社会的快速发展。回顾改革开放40年来电力消费增长轨迹，对于把握我国电力消费增长特点，科学研判未来电力需求增长趋势具有重要意义。

从2010年起，尽管全球发电量增加，但增幅走低。2015年中国发电量占全球总量的24.1%，美国占17.9%，两国占全球总量的41%，但中美两国各有特点：美国发电量贸易增加，几乎没有增幅，而中国快速增加。探其原因，美国GDP增幅小，而中国GDP增幅大。

我国经济发展步入新常态以来，电力消费也随之进入新常态。2015年，用电增速逐渐回落，我国经济增速换挡、结构优化、动力转换特征更加明显。当前，我国正处于经济增速换挡期、结构调整阵痛期和前期政策消化期，传统动力逐渐减弱，新生动力不断形成，但新的动力难以弥补传统动力减弱带来的影响，经济下行压力仍然较大。

1.2 研究意义

“十三五”是我国经济增长新旧动力转换的关键阶段，也是全面建成小康社会的决胜阶段。我国将坚持“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念，以创新驱动为核心，加快产业结构转型升级和新型城镇化建设，注重经济增长的质量和效益。2016年，站在“十三五”的起点上，我国将加快推进供给侧结构性改革和用电结构调整优化，尽快释放改革红利和创新活力，促进新生动力发展，提升用电效率。

电力工业是国民经济的重要基础工业,是国家经济发展战略中的重点和先行产业。我国早在建国初期就确立了电力工业先行的地位。从各时期电力生产与经济增长的比较来看,大部分时期电力生产的增长超过了GDP的增长,并且往往在经济持续增长的年份,电力生产弹性系统要接近或大于1，电力工业作为国民经济的重要先行产业的作用,十分明显。在＂九五＂前期,随着国民经济结构的调整,电力生产的增长速度开始下滑,并且低于GDP的增长,但在国家积极的财政政策的作用下,自1999年开始,电力生产的增长速度又开始大幅回升,并且超过了GDP的增长,有力地支持了国民经济的增长。

本文基于函数性数据分析的方法，对各省电力消费量进行了分析，为深入了解我国电力结构和经济发展程度提供了新的思路。

2.研究问题

本文旨在探究各省电力消费量变化的差异、与各自经济发展的关系，以及全国总体电力消费的特征和影响因素，探究经济发展与电力消费量之间的变动关系。

本文选取了东部、中部和西部的六个省份1999-2016共18年的电力消费量数据，利用matlab进行了函数性数据分析，使用了函数性数据修匀、函数性数据描述统计和函数性主成分分析等方法对样本数据进行挖掘和分析。最终得到了北京、河北、上海、福建、陕西、新疆六省电力消费量变化的差异，以及总体电力消费的特征和影响因素，探究经济发展与电力消费量之间的变动关系。

3.变量选取与方法选择

3.1 变量选取

本文选择东部、中部和西部地区的部分省份，包括北京、河北、上海、福建、陕西、新疆六个省份的1999-2016年每年的电力消费量（亿千瓦小时），数据来自《国家统计年鉴》。以年份作为横坐标的变量。

3.2 方法选择

本文选取了东部、中部和西部的六个省份1999-2016共18年的电力消费量数据，利用matlab进行了函数性数据分析，使用了函数性数据修匀、函数性数据描述统计和函数性主成分分析等方法对样本数据进行挖掘和分析。目的是得到北京、河北、上海、福建、陕西、新疆六省电力消费量变化的差异，以及总体电力消费的特征和影响因素，探究经济发展与电力消费量之间的变动关系。

4.数据收集与处理

4.1 数据收集

本文选择东部、中部和西部地区的部分省份，包括北京、河北、上海、福建、陕西、新疆六个省份的1999-2016年每年的电力消费量（亿千瓦小时），数据来自《国家统计年鉴》。

六个省份的部分原始数据如下：

表1 1999-2016年各地区电力消费量（亿千瓦小时）

4.2 数据处理

将原始数据用matlab进行函数性数据修匀，本文选择的基函数为2阶傅里叶函数，结果如下：

北京、河北、上海、福建、陕西趋势基本相似，北京电力消费量增长较快，经济发展速度也处于领先位置。新疆在2008年之前的电力消费量一直处于低迷状态，说明2008年之前经济比较落后，2008年政府实行西部大开发政策后，电力消费量有了显著增速，说明政策起到了效果。

5.分析过程

5.1 函数性数据的描述统计

利用matlab可以求得拟合函数后六个省份电力消费量的总体均值函数m，总体方差函数y，总体标准差函数r，总体协方差函数z和总体相关系数函数l。

总体均值随时间递增，说明电力消费逐年增长，总体经济水平逐年发展。，2004年之后，各省电力消费量开始出现较大差异，且差异逐年拉高，体现出各地发展的不平均随年份增长，各地发展的差异逐渐增大的现象。

5.2 函数性主成分分析

用matlab对样本数据进行函数性主成分分析，最终得到两个主成分，累计方差贡献率超过99%，分别为PC1和PC2，得到对应的系数矩阵和拟合函数；令总体均值曲线分别加上和减去主成分的一个适当倍数，得到曲线图；第一主成分主要反映2008年后电力消费量变动引起的总体电力消费量的变动，在这一年发生了世界性的金融危机，影响波及到了中国，对中国各地区的经济造成了影响，也反映在了电力消费量的变化上。第二主成分在2012年以前是负值，反映抑制电力消费和经济发展的因素，在2012年之后，第二主成分转为正值，成为促进经济发展的因素。

经分析得出，电力消费量影响因素有很多，主要由四种因素影响，包括全国人口总量，居民生活用电，作为总体电力消费量的一个重要组成部分，与全国人口数量有着密切的联系；全国工业总产值，工业部门多数属于高密度用电部门；电力出厂价格指数；以及GDP，随着经济的发展和国内生产总值的提高，用电需求也会随之增加。

6.结论与展望

6.1 结论

北京、河北、上海、福建、陕西经济发展趋势基本相似，其中北京的函数曲线较陡峭，反映出北京电力消费量增长较快，经济发展速度也处于领先位置。新疆在2008年之前的电力消费量一直处于低迷状态，经济比较落后，2008年政府实行西部大开发政策后，电力消费量有了显著增速，政策起到了效果。

总体电力消费量均值随时间递增，总体电力消费逐年增长，总体经济水平逐年发展。2004年之后，各省电力消费量开始出现较大差异，且差异逐年拉高，体现出各地发展的不平均。随年份增长，各地发展的差异逐渐增大。

电力消费量主要由两个主成分作用，第一主成分主要反映2008年后电力消费量变动引起的总体电力消费量的变动，在这一年发生了世界性的金融危机，影响波及到了中国，对中国各地区的经济造成了影响，也反映在了电力消费量的变化上。

第二主成分在2012年以前是负值，反映抑制电力消费和经济发展的因素，在2012年之后，第二主成分转为正值，成为促进经济发展的因素。2012年之前新疆经济发展远落后于其他地区，成为总体经济发展的阻力因素，2012年之后，西部大开发战略效果开始明显，新疆逐渐追上平均水平，因而在2012年之后，成为了总体经济发展的促进因素。