2017年中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)年會(huì)能源互聯(lián)網(wǎng)專題研討會(huì)于11月23日在廣西南寧國際會(huì)展中心召開。

國電南京自動(dòng)化股份有限公司研發(fā)中心智慧能源所所長李鵬出席會(huì)議，并發(fā)表了題為《基于快速自適應(yīng)的競價(jià)預(yù)測學(xué)習(xí)模型研究》的主旨演講。

以下為發(fā)言內(nèi)容：

李鵬：各位領(lǐng)導(dǎo)大家下午好，我的題目是基于快速自適應(yīng)的競價(jià)預(yù)測學(xué)習(xí)模型研究，我是國電南京自動(dòng)化股份有限公司，隸屬于華電集團(tuán)，我們的主要產(chǎn)品范圍覆蓋了整個(gè)電力產(chǎn)品線，最近這幾年我們公司在智慧能源方面也進(jìn)行了一些有效的探索，我今天講的是一些工作，跟各位領(lǐng)導(dǎo)和專家匯報(bào)一下。

今天上午有一個(gè)同仁問了一個(gè)問題，是電力市場在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)期有什么作用。其實(shí)這個(gè)問題在這兒我想這樣回答，從2015年3月份電改之后，主體越來越獨(dú)立，誕生了一個(gè)新的事物，叫電力市場。在電力市場里釋放的是價(jià)格信號(hào)，這些價(jià)格信號(hào)對于互聯(lián)網(wǎng)以什么樣的形態(tài)進(jìn)入，我理解中有三方面，第一個(gè)方面是能源互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)劃，我們做規(guī)劃，除了技術(shù)指標(biāo)、技術(shù)方案之外，還有一點(diǎn)是你的經(jīng)濟(jì)性分析。

以工業(yè)園區(qū)為例，一個(gè)經(jīng)濟(jì)性分析，電力是你主要的能源消費(fèi)的形態(tài)，你從哪里拿到電，價(jià)格是多少，你從哪里拿到的天然氣，這些價(jià)格是多少，直接影響了你的經(jīng)濟(jì)性。在電改之后售電公司的形態(tài)，尤其是小售電公司，他們是拿不到電的，獲得電量的途徑是市場競價(jià)，跟你簽的是多少錢，如果我在市場拿不到這個(gè)電，或者我競不到電，我一度電給你多少錢，會(huì)造成售電公司的生存空間非常艱難。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，從電改到今年，最近的數(shù)據(jù)已經(jīng)注冊售電公司2300多家，公章注冊8千多家，這個(gè)數(shù)目很大。同樣的，開始出現(xiàn)了倒閉推出轉(zhuǎn)讓的業(yè)務(wù)，廣東第一批售電公司大概有六分之一或?qū)⑼顺?。更重要的是我們在能源互?lián)網(wǎng)建設(shè)之后，很重要的是運(yùn)維，2015年電改之后我們有各種各樣的試點(diǎn)，這些試點(diǎn)建設(shè)之后如何運(yùn)維，可能有多種形態(tài)，如果我的分布式有光伏、有儲(chǔ)能，我什么時(shí)候有光伏，我什么時(shí)候用儲(chǔ)能，同樣情況下，如果我們在這個(gè)月度在市場上拿到非常便宜的電，我們自用電多少，如果這個(gè)時(shí)候又沒有拿到便宜的電，這個(gè)時(shí)候又是怎樣。也就是說，這種價(jià)格信號(hào)會(huì)影響你在區(qū)域網(wǎng)絡(luò)或者區(qū)域企業(yè)的運(yùn)維工作。所以，電力市場這幾個(gè)部分影響到能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)和運(yùn)維。

其實(shí)電力市場還是一個(gè)新事物，存在著我們對于規(guī)則不明了，對于參與的人，規(guī)則本身有的時(shí)候有變化，參與的人也有變化，但是價(jià)格信號(hào)對參與者，不管是發(fā)電商或是售電公司還是用戶，都是非常重要的，價(jià)格直接決定了經(jīng)濟(jì)效益。

另外一個(gè)，市場競價(jià)越來越難了，我們可以從途中看出，廣東的月度競價(jià)從2010—2017年要求越來越高。對月度競價(jià)而言，對于所有的參與方是最關(guān)心的一個(gè)指標(biāo)，這個(gè)指標(biāo)想要預(yù)測它難不難?這是從新聞、網(wǎng)站中截下來了，深究現(xiàn)階段的電量預(yù)測為什么那么難，為什么說廣東電力集中競價(jià)交易價(jià)格難以預(yù)測?這類的問題有主要兩個(gè)可能，一是不可能，二是非常難。沒有人說可以預(yù)測，跟用戶交流的時(shí)候，他開玩笑說有一個(gè)廠商跟大家說，我們有售電管理，有輔助預(yù)價(jià)，如果準(zhǔn)的話可以花一千萬買下來，但是就沒有后文了。

預(yù)測為什么難?我們認(rèn)為有四點(diǎn)，第一是交易頻率低、要電少，以廣東為例，從今年改變了交易規(guī)則之后，最多十個(gè)樣本。第二用戶的行為差異比較大，本身是新生事物，大家的理解偏差很大，有的激進(jìn)，有的保守，各種參與非常大，對用戶的行為變化是一定要考慮的。第三，市場狀態(tài)一直在改變，結(jié)合第一點(diǎn)，這是一個(gè)小樣板多參數(shù)的數(shù)據(jù)集，這對于預(yù)測來說是非常大的挑戰(zhàn)。第四是外界影響因素復(fù)雜，對于你預(yù)測影響的因素，幾乎我們想象到很多東西都會(huì)影響到價(jià)格，能源的價(jià)格、煤炭的價(jià)格、天然氣的價(jià)格等等，很多因素可以影響這些價(jià)格，比如發(fā)電商，我看了今年的任務(wù)完成了七七八八，我要追求利潤率了，競價(jià)的話可以適度激進(jìn)，提高一下利用率，但是年底我有很多任務(wù)沒有完成，對我的考核比較厲害，這樣的話一定要上電，不計(jì)較成本，只要成交。這種情況下，采取的策略是完全不同的。

對于用戶而言，它需要分析工具幫助他解決問題。在這種場景里，當(dāng)你看到有這些交易的時(shí)候，你起碼告訴我市場是什么樣的，參與者該怎么調(diào)整自己，在我現(xiàn)在決定的基礎(chǔ)上你能夠給我輔助性的建議。未來開展的情況，和哈佛大學(xué)聯(lián)合開展了基于快速快適應(yīng)的競價(jià)預(yù)測學(xué)習(xí)模型研究，今天給各位專家匯報(bào)一下，希望給大家一些啟迪和參考。

前面講的是背景，現(xiàn)在看看我們的目標(biāo)，背景確定之后，我們對于建立模型的目標(biāo)是比較清楚的，我們的模型目標(biāo)，樣本數(shù)據(jù)量少的情況要適應(yīng)，市場變化自適應(yīng)，用戶特征學(xué)習(xí)，自我修正機(jī)制。針對這四點(diǎn)，我們要設(shè)置遺忘機(jī)制、慣性機(jī)制、自我驗(yàn)證機(jī)制和過擬合。首先是遺忘機(jī)制，在座的很多人應(yīng)該做過復(fù)合預(yù)測，這對于數(shù)據(jù)希望你的數(shù)據(jù)越來越多，基本上的復(fù)合預(yù)測需要半年的數(shù)據(jù)，最好是三四年前的數(shù)據(jù)。

為什么我們要遺忘你的歷史數(shù)據(jù)?這個(gè)時(shí)候我們希望和你的市場，交易時(shí)間越長對我的預(yù)測影響越小，為什么?這是人的記憶曲線，交易和預(yù)測有本質(zhì)差異，交易是人的行為決定的，不是單純的數(shù)據(jù)和機(jī)器決定的，在這里我們要考慮人的因素性。在這里，我們也可以想一下，如果大家沒有做交易可能理解不直觀，大家都玩過股票，如果你想做三五天的貨，你會(huì)不會(huì)關(guān)注它的月線、周線，不會(huì)，你最多關(guān)注日線、30分鐘線和60分鐘線。所以，在這里用的主要方式是監(jiān)督學(xué)習(xí)算法，我們根據(jù)這樣的思路，我們特定在算法中設(shè)計(jì)了FT，就是進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的遺忘，這種遺忘的模型有很多，像線性、指數(shù)的，現(xiàn)在只貼了最簡單的線性的遺忘機(jī)制。在監(jiān)督學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上增加遞進(jìn)的帶加權(quán)的歷史樣本考量，這是遺忘機(jī)制設(shè)置的初衷。

第二個(gè)是慣性機(jī)制，這是我們在觀察市場比較有趣的情況，已經(jīng)完全交易了，這時(shí)候還沒有碰到供需價(jià)格的底線，第一幅圖按照慣性，我可以試試你的底，實(shí)際的交易數(shù)據(jù)反映這樣更加保守，交易的所有方在供方稍微往上探的，下探的空間往后移了。同樣的道理出現(xiàn)在右側(cè)，已經(jīng)沒有雛形，已經(jīng)沒有交易，按道理來說下次應(yīng)該上移報(bào)價(jià)曲線促成成交。以交易數(shù)據(jù)來說解釋不了這些事情，更多的是人心理的決策作用，也就是說出現(xiàn)第一次保守的時(shí)候可能在想別人不保守，下一次激進(jìn)的時(shí)候不想冒險(xiǎn)，恰好這樣的自衛(wèi)方式，大家疊加之后就形成了慣性思維。所以，通過這種方式，我們設(shè)計(jì)了慣性機(jī)制，預(yù)測出了慣性機(jī)制的延遲。

這種延遲在3、4月份很保守，到了5月份發(fā)現(xiàn)你們?nèi)诒Ｊ?，我激進(jìn)一下，結(jié)果大家都激進(jìn)，這樣的慣性機(jī)制，在我們的設(shè)計(jì)中引入慣性機(jī)制，模擬市場的反應(yīng)。引進(jìn)改進(jìn)的正則化參數(shù)避免預(yù)測的過擬合，我們避免這種情況，這些參數(shù)有的是幾十有的幾百有的幾百萬，我們都放在一個(gè)曲線里，我們把明顯的特征值處理一下，減少線性變量。

第四個(gè)設(shè)計(jì)的是自我驗(yàn)證機(jī)制修正不合理的預(yù)測誤差，這是呈現(xiàn)流程圖，我們預(yù)測出一個(gè)價(jià)格之后，我們通過市場實(shí)際的價(jià)格反饋，看到預(yù)測值不合理的情況下，我們反饋我們的預(yù)測。有一個(gè)公式，X是我們的預(yù)測基本參數(shù)，監(jiān)督學(xué)習(xí)是把一個(gè)目標(biāo)值拆成了變量與參數(shù)的線性之和。在這里，預(yù)測外和疊加預(yù)測外，或者實(shí)際預(yù)測的價(jià)格偏差比較大的情況下，我們引入了反饋?zhàn)兞康母?，監(jiān)督你的預(yù)測模型，通過這樣一種迭代的話，這樣會(huì)有效減輕異常情況，對我們實(shí)際預(yù)測中的影響。

這是我們的目標(biāo)，當(dāng)我們的目標(biāo)確定之后，我們的思路和算法就水到渠成，第一步把實(shí)際的交易數(shù)據(jù)進(jìn)行了測量，變成了可觀數(shù)據(jù)集。在這里有合理性的假設(shè)，不管是供方還是需方起碼是有基本理性的交易方，在看到你的觀測的時(shí)候而改變競價(jià)行為，我們做了比較合理的假設(shè)。

通過不同時(shí)刻的不同觀測量的非線性作用，產(chǎn)生有重要意義的參數(shù)作為輸入值，除了本身的參數(shù)，我們設(shè)計(jì)的慣性指標(biāo)和延遲指標(biāo)都作為特征值納入到的序列參數(shù)里。當(dāng)我們已經(jīng)拿到了這個(gè)月數(shù)據(jù)集的時(shí)候，我們輸入得到輸出，會(huì)訓(xùn)練出我們的擬合參數(shù)，通過擬合參數(shù)，我們作為下個(gè)月的輸入，通過擬合參數(shù)拿到下個(gè)月的X，我們會(huì)來預(yù)測下個(gè)月的預(yù)測價(jià)格。特別強(qiáng)調(diào)的是預(yù)測價(jià)格不是直接預(yù)測你的價(jià)格，而是預(yù)測供需方的最低和最高報(bào)價(jià)，因?yàn)檫@跟交易規(guī)則有關(guān)，只有成交需方完全成交，不可能是供方完全成交，特指需方的報(bào)價(jià)。

我們預(yù)測價(jià)格之后，我們的實(shí)際輸出和預(yù)測輸出進(jìn)行比較，反饋得出一個(gè)修正量，我們把它加入到我們的術(shù)語當(dāng)中，作為新的變量，通過下一次的修正和疊加，得出我們新的預(yù)測輸出。這個(gè)預(yù)測輸出如果滿足條件的話，這個(gè)時(shí)候就可以得出我們的結(jié)論，我們認(rèn)為這期的結(jié)果是多少。

下面是一個(gè)仿真的結(jié)果，前面看得不明顯，但是7、8月份是非常結(jié)果，紫色的是實(shí)際數(shù)據(jù)，藍(lán)色的是算出的數(shù)據(jù)，綠色的是反饋數(shù)據(jù)，7月份的數(shù)據(jù)突然間下降，導(dǎo)致了在傳統(tǒng)算法中，8月份開得非常大，幾乎已經(jīng)失控了，但是加入反饋之后，數(shù)據(jù)有限收斂到星之間，使我們的競價(jià)空間更加的小。在這里，雖然一開始比較慢，但是后來區(qū)間逐漸縮小，這個(gè)時(shí)候7月份到8月份，這次沒有加反饋數(shù)字的時(shí)候，造成了很大的負(fù)面影響，導(dǎo)致8月份的預(yù)測，雖然比傳統(tǒng)學(xué)習(xí)算法預(yù)測好了很多，但還是偏差極核大。但是同樣的情況，當(dāng)出現(xiàn)在10月份的時(shí)候，10月份也產(chǎn)生了價(jià)格的偏差，但是對于11月份我們沒有直接下墜，而且保持了向上的結(jié)果，這充分反映出反饋的延遲機(jī)制對于預(yù)測結(jié)果產(chǎn)生了比較好的影響。

特別強(qiáng)調(diào)的是這是置信區(qū)間，當(dāng)你在置信區(qū)間再往下的時(shí)候，你無法成交的概率非常大，你在置信區(qū)間上的時(shí)候成交的概率非常大，但是這個(gè)價(jià)格會(huì)受到影響，在置信區(qū)間是你的成交概率和利潤相對比較好的組合。

下面做一個(gè)總結(jié)，現(xiàn)在的模型雖然完成了很多工作，但是自我評(píng)價(jià)還欠缺了很多東西，比如新加入用戶、份額影響、長期影響，后期我們想進(jìn)行用戶畫像的工作，要進(jìn)行集團(tuán)競價(jià)的工作。

我們做競價(jià)側(cè)的時(shí)候也做了其他工作，做了輔助決策、交易組合、大數(shù)據(jù)分析等等，進(jìn)行了系統(tǒng)對接，我們希望通過系統(tǒng)對接把我們的價(jià)格信號(hào)傳導(dǎo)到應(yīng)用系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，也想通過應(yīng)用系統(tǒng)把這些數(shù)據(jù)能夠反饋出來，也想研究一下運(yùn)行數(shù)據(jù)對于市場行為的影響。

我們在區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)里做的工作，時(shí)間關(guān)系，不詳說了，基本上我們的互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的組成有六個(gè)核心產(chǎn)品，配王自動(dòng)化、智慧能源數(shù)據(jù)中心、園區(qū)能源管理系統(tǒng)、需求側(cè)響應(yīng)、分布式能源結(jié)構(gòu)等。我們屬于管理集團(tuán)，圍繞著產(chǎn)品希望協(xié)助所有的發(fā)電商，從你的傳統(tǒng)火電、新能源，從能源供應(yīng)商轉(zhuǎn)化為能源服務(wù)商，從技術(shù)開始轉(zhuǎn)型，我今天的介紹就到這里，謝謝大家。