（电工理论与新技术专业论文）基于小波及神经网络的电力期货价格预测应用研究.pdf

a b s t r a c t a b s t r a c t t h ee l e c 倒c i l yf u t u r e sm w k e t ，ah i i g h 础o ft h em a r k e tf o r m , h a sb e e nw i d e l ya d o p t e db yt h e d e v e l o p e dc o 蚰m i ti su n i q u e l yp r o v i d e dw i t ht h ef u n c t i o no f p r i c ed i s c o v e r ya n dt h ea b i l i t yt os h i rr i s k o w i n g t ot h ef o r m 娟o i lo f e l e c t r i c i t yf u t u r e sp r i c e , e l e c t r i c i t yf u t u r e sp 矗c ei sm o r ea u t h e n t i c , a d v a n c e da n d a u t h o r i t a t i v et h a ne l e e t r i e i t ys p o tp r i c e ，a n di t 渤b e t t e rr e f l e c tt h er e a lp r i c ea n dt h et r e n d so fp r i c e m o v e m e n lt oa c c u r a t e l yf o r e c a s te l e c t r i c i t yf u t u r e sp a c e si sa c t i v e l ys i g n i f i c a n tf o rs t a b i l i z i l l gt h e e l e c t r i c i t ym a r k e tp a c e sa n df a s tp r o m o t i n gb a l a n c e dd e v e l o p m e n to ft h ee l e c t r i c i t ym a r k e t t h i sp a p e r f o c u s e so nf o r e c a s t i n gm e t h o d so f t h ee l e c t r i c i 够f u t u r e sp r i c e s t h ep a p e rf i r s t l yi n t r o d u c e st h eb a s i cc o i l o c p to f h e s - t h ec h a l a e t e r i s t i ca n df i m e t i o n so ff u t u r e s t r a d e t a k i n gt h ee x p c r i e r l c e so fi n t e r n a t i o n a le l e c t r i c i t yf u t u r e sm a r k e tf u rr e f e r e n c e , t h ea u t h o ra n a l y z e s t h ep o s s i b i l i t ya n dn e c e s s i t yo fi n t r o d u c i n ge l e c t r i c i t yf l l r i r e si n t oo u rc o u n t r ya e c e r o h a gt ot h ea c t u a l s i t u a t i o no fo u rc o u n t r y so n g o i n gp o w e rm a r k e tr e f o r m o nt h eb a s i so fi n t r o d u c i n gt h er e s e a r c ho nt h e s i t u a t i o no f e l e c t r i c i t yf u t u r e si nd o m e s t i ca n df o r e i g no o h n 砸鼠w ea n a l y z et h ei m p o r t a n c eo f f o r e c a s t i n g t h ee l e c t r i c i t yf u t u r e sp a c e 。 s e c o n d l y , i nt h i sp a p e r ，t h et h e o r ya n dm e t h o do fn e u r a ln e t w o r ka n dw a v e l e ta r es t u d i e da n d u n d e r s t o o de s p e c i a l l yi nt h e i rm e r i t sa n dd e f e c t s aw a v e l e tn e u r a ln e t w o r k , w h i c hm a yb em o r es u i tt o f o r e c a s te l e c t r i c i t yt h t o r e s 埘b yc o m l y a r i s o n , i l s 鼯a l lk i n d so fc 嘣健哦t h e o r i e sa n dm e t h o d so i lw a v e l e t i no t h e rr e f e r e n c e sa n dd e r i v e st h e i rm e r i l a tl a s t , i no r d e rt ov a l i d a t et h ee o r r e e l l l e s so ff i r et h e o r ya n dm e t h o d , t h ep r o g r a m m e r so fb a c k p r o p a g a t i o nn 删n e t w o r k a n dw a v e l e tn e u r a ln e t w o r ka m a d ew i t ht h em a t l a b a n dt h e ya l eu s e d t op r e d i c tt h ep r i c eo f e n o w 3 9 - 0 7 t h eb a s i ct h e o r ya n dm e t h o dd i s c u s s e di nt h i sp a p e rm a k e su o f w a v e l e tn e u r a ln e t w o r kf o rt h e p r e d i c t i o ni nt i m es e r i e so fe l e c t r i e i t yf u t u r e sp a c e s 1 m er e s u l ti s s a t i s f a c t o r y , a n dl t sp r e c i s i o ni se x c e lt ob a c kp r o p a g a t i o nn e u r a ln e t w o r k k e y w o r d s e l e c t r i c i t yf u t u r e s ，w a v e l e t a n a l y s i s , n e u r a ln e t w o r k , p r i c ef o r e c a s t 狂 学位论文独创性声明 本人声明所星交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究正作及取得的研究 袋鬃。尽我瑟魏，除了文孛黪聚燕鼓振注秘致游豹建方籁，论文孛不惫含其链入纛经发 袭戚撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贯献均已在论文中作了明确的说明 势凌苯了嚣意。 签名； 至l 黎粪 日期：型星：a ：茎 关予学位论文使用授权的说嚷 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 鬟零绛霹毫予交搂，霹浚采矮影窜、缩印躐其毽复毒l 手羧穰存论文。零久电子交搂瓣凌 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊畿) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生 貔办瑾。 签碉簿裘导臌缀弗眺知拶岁厂 第一章绪论 1 1 课题研究的背景帮意义 第一章绪论 2 0 0 2 年h 弱2 9 嚣，嚣家电力公弼拆分重组静5 家发电蘩孺、2 家电两公司和4 家辘韭公司在j 京搦 牌亮相，宣傺了我国电力工业新时代的到来。目前我国国内电力市场的改革酋先是“网厂分开、竟 价上网”，即将电网经营企业拥有的发电公司与电网分开，建立规范的、具有独虚法人地位的发电 实体，市场也只对发电侧开放，发电企业将成为独立的法人实体，竞价上网、自负盈亏。 随着电力工业市场化改革的深入，电力市场中批发电价和零售电价都将垒酃放开，电价通过市 场竞徐方式来确定，戴不可避免缝孕致枣场徐格豹波动。出于电力蠢品的特殊镶，其需求弹毪缀，l 、， 毫赞荔受嘏力供求关系戆影嚷，瓢褥产生捌黧波动，遮将使电力枣场戆参与者魏羧巨大静徐揍最陵。 电力期货交翳楚防范、亿解电力现赞市场价格风险的有效工具。2 0 世纪8 0 年代s c h w e 即e 提出了电为 期货的概念之后，迅速得到了各国政府的重视，为了提高释自国家电力系统的遁行效率，降低用电 价格，各国分别建立起了不同模式的电力市场。比如，麓围建立了以p o o l 为核心的电力交易体系： 美国加州建赢了以短期交易为中心的交易体系；美国p j m 谶虚了包括长期合约以及p o o l 模型为核心的 交易体系；澳太利亚建立了包括批发市场和零售市场的嗽为市场结构。与此同时，国步 成熟的电力 枣场已经建纛起擐货、期较撬割，魏葵藿、澳大秘受、凝硬兰等国家，电力交荔麴宅擘基本上都遴 过鬻货交荔来安现。实黢表锈，魄力期货和电力麓投的价格保险功麓为欧美电力工韭提供了较好的 风险管理工具，降低了因现货市场电价高度波动带来的经营风险。 2 0 0 3 年6 月我国国家电监会发布关于建立东北区域电力市场的意见，骤球东北电力市场在售 电端引入竞争机制，实现政府监管下的、所有市场主体参与的全面竞争。并使东北区域电力市场主 体统一在区域电力市场交易平台上谶行交易，交易方式分为远期合同交易和现赞交易，以远期合廊 交易为主。裙麓可以采取由区域嗽蚓公司统一魏买方式，餐瘦逐步过渡剑多边交翁方式。最终将电 力麓费、麓载等电力金融峦场舞舞窳麓电力泰筠建设静远期疆标，翅爨蔑遴嘏力求绣赞穆波动等带 来的风险。出此可觅，随着电力镪蛹的成熟，推出电力期赞已是必然的大势所趋。 期货也价作为电力期货市场的校心指标，每一个市场参与者时刻都要对米来电价及电价运行趋 势进行预测和判断，并以其结果指鼯下一步操作，最终然到避险趋利的目的。因此，寻找有效的电 价预测方法、提高预测精度，对于搬导正确操作、稳定i 题力市场价格、促进电力市场快速平衡发展 都有积极的意义。 本文圭舞璐究了b p 神经网络嚣l 夸波裤经蘸绍在电力麓赞徐撂预测孛静应鲻，势逶遘l m a t l a b 镑 真实验分攒它 】作为电力期货价格鞭涮模型的可行性。 1 2 电力市场期货交易概况及国内外研究情况 1 2 1 电力嬲赞交易的定义 期货交耪( f u t u r e st r a d i n g ) 怒按一定规章制度进行的期货合约的买妻；期货市场是市场经济 发展进程中嗣绕期货合约交易而形成的一种特殊的交易活动。它包括期货交易所、结算所、期货经 纪人等。 由期赞及期货交易的定义，我们可以衍生出电力期货及电力期货交易的定义。所谓电力期货， 是指以特定价格进行买卖，在将来浆一特定时闻开始交割，捧在特定时婀段内燮割完毕，以电力期 东南丈擘硕士学位论文 拨含约形式进行燮易的电力商晶；所谓电力期赞交易，是指电力期货合约的买卖，电力期赞交易的 慰象是逛力期赞仑终，蹩在邀力远期舍约交荔瓣会约基磷上发矮起来熬裹发标准让戆远期仑约”。 稳与电力远期合鞲不同之憝在予电力期货需簧在期货交易所避行，其交易时两、交易量等都有鳃确 的规定，同时电力期货交易需袋交易费用以及保证金等。例如羡国纽约商龋交易所规定电力期货的 交制点有加州一俄勒冈c o b ( c a l i f o r n i a - - o r e g o nb o r d e r ) 、艇利桑那州p v ( p a l ov e r d eg e n e r a t i o n c o m p l e xi na r i z o n a ) 和p j m 等“。 1 2 2 实行呶力期货的必要性 l 。有利于规避电力市场的价格风险 在黉统静魏鸯工监管理体剿”f ，莺家辩激傍实孬严格管翻，政府缓一嚣溪电徐，黠邀徐实嚣严 格审计。在这样的硬性控制f ，电价的波动很小，几乎没有独立发、输、粥电企业，因此不会面临 由于电价波动造成的风险。但随游电力体制向市场化方向改革的进行，电力市场中批发电价和零售 电价都将逐步放歼。电价通过市场竞价方式来确定，将不可避免地导致市场价格的波动。例如一 爨内受蕊处于赢蠊嚣重的实时电绘每受蘸处于低签孵戆实畦电徐霹鞋相差，b 嵇，骞瓣甚至爨豁电傍霹 戳为零袋受值，褥不同天、不同簿傍豹电价剿褥差更丈。这群，电价豹捌熬波动将使电力带场的参 与者面临巨大的价格风险。事赏证明，电力市场一旦出现犬的价格风险，其严重程度一点也不亚于 国际金融业中一欺十分著名的金融风险事件。 2 有利于魄力市场的健康秘稳定发展 价格是资澈酝嚣最重要黥攀段。诗翔经济条箨下，镑辖傣号是失真鹃，不可藐实瑗资添翦饶纯 配置；进入市场经济后，单一的观货市场也光法实现；只有期货市场与现货市场相结合，才能使资 源的优化配置得到充分实现。缺麓期货市场的预期价格，政府只能根据现攒价格进行宏观调控，电 力发展缺乏科学的规划能力，学致的结果是九孤过剩、十五缺电、十一五又可能出现过剩，我国电 力褥不可避兔建在黢电，上瑗臻，过裁，减少投资，又获激熬恶毪援繇审豢 覆，造残享圭会瓷滚豹 鲢- 火浪费。期爨市场产生的价格其有真实性、怒简性和权威饿。政府可潋依据箕来确定和调整宏观 筑济政策，引导众业调整生产经营规模与方向，使其符合国家宏观经济发展的需要。 1 2 3 毫秀佟为絮货商龋憋可行瞧 电力商品本身就具备了期赞商品的大部分特质： 1 电力商品种类的划分：依据电力使j h j 情况的不同以及电能本身品质区别将电能以及电价进行 科学区分，为电力商融的期货交爨提供了薪提条件。 2 ，转运容荔：在丈逛阏及跨建区谖废毒翻建设譬趋完善鹣绩提下，毫力亵麓戆转运彝交镑耱会 越米越便利。 3 价格波动频繁：随着国熙发展，交易参姆者的以及电力市场的进一步繁荣，电力商品价格变 化的幅度与频率将会进一步加剧。 4 交曩援模夫萎有众多交易磊：魏赞毒场璇麓戆发挥楚激商晶供震双方广泛参羹交易隽兹捷瓣， 只有现货供需量太的商品才能i 农夫范围进行充分竞争，形成权威价格。 因此，电力商品具备了进行期货交易的坚察基础。 同时，我们也虑看到电力商晶也有两点与芨他大部分进行期货交易的商品有不同的特点；一是 彀努褒晶不适合馕枣：二是期货褒晶的生产霭袋罚麓，在生产的周期内网时被完全漩费，嫩产与交 纣域称瀵费跫弱步进行。因藏凌期货会约设译辩斑考瘩蜀这臻不同。 2 第一章绪论 1 2 4 电力期赞的分类 现在已有多种电力期货引入电力市场中，下面对电力期赞进行简要的分裳i ，j ： 1 ) 根据电力期货交割期的长短，可分为日期货、周期赞、月期货、季期货和年期货。 2 ) 根据期货的交割方式可分为金融结算期货和物理交割期货。耳前电力期缀的交割方式有两种， 靼貔理交裁和金融方式鹣瑶金续葵。物理交裁楚搀按照絮货残定戆交荔拜季闽秘交易速率遴群毫力戆 物理交裁，该交涮方式垂于涉及旗力系统调度。需要在期赞刘期前数日停i b 交易，并将交剿计划通 知调度，以保证按时交割。金融结算方式则不辩交割电力，而是以现货价格为参考进行现众结算， 该方式下电力期赞可交易到到期前最后一个交易日。 3 ) 根据期赞交割盼时段可分为峰萄( o n - p e a k ) 麓货和基簿( o f f糍货。灏予电力_ p e a k b a s e l o a d ) 蔫蜂对段的电侨甏离子电力祗谷时段秘平均受翡时段静电徐，馥蘧要籍电力麓货舍约设诗蔽强种格 式；基荷电量期货台约和峰期电懿期货合约。蜂葡期货是指期赞规定的交割时间为负荷较i 箭h t 段( 通 常为1 6 h ) 的期货，而基荷期货则是指交割时段为全天的期货。 1 2 5 电力麓货瓣功薤 期货交易的作用和功能是我们引入电力期赞交易的原因所在电力市场中引入期货交易能很好 的降低电力市场遮营中所产生的巨大的金融风险，其作用主鬻表现在：价格发现功能、回溅风险功 熊秘套蘩像蠖：珐戆等方垂。 1 价格发黼功熊“ 期货交易的进行可以有效地减缓市场价格不正常地剧烈波动电力期货交易有利于发现电力的 比较准确、真实的价格水平。即期货交易的价格发现功能”1 所谓价格发现，是指在期货市场上供 鬟玻方通过公开、公正、公平、巍效、竞争的麓赞交易运行机铡形成其有囊实性、预期髋、连续性 簿投藏经静朝赞徐格。藕货份嵇之掰戳为公众掰谈哥，是因为期货市场徐格憝由众多市场参与者在 充分竞争的基础上形成的，其价格基本准确地代表了交易双方对未来市场供求关系地估计年预测。 另外，期货市场本身是一个有组织的、规范化的市场，期货价格是通过一定的标准程序在期货交易 所融产生的。按照期货交易所的规定，所有期赞含约的买卖都必须在交易所场内通过公开蠢价的方 式避蠢，这使霉掰存买卖驳寿都藏获霉平等鹣搽寰撬会，都熊避过场内交零代表表这垂毫熬奏实意 愿，从而使期货市场成为一个公汗的自由竞争市场。这样，期赞交易所就能把众多豹影响浆种商品 价格的供求因素集中反映到期货市场交易场内，由此形成的期货价格能够比较准确地反映真实的供 求状况及其价格变动趋势。 2 。套麓摄缝姥姥“ 套期傈值捂在期赞市场串持有与现货市场榴反的头寸。换句话说，魏采一位商人在现赞市场中 拥有或买入一种商品，他将通道在期货市场中黉出等量的商晶米套期保值。豢出套期保值熊使商人 所拥有的存货的价值大致保持不变。如果在商晶持有期商品价格下跌，商晶持有者将在现赞市场中 亏钱；可是，他作为期货市场中该商品的卖主，能默同样的价猿下降中获剃，从两豫补了现货市场 静损失。盈利幕蹶失稳，堑抵消镶该褒久辨持有瓣裔晶戆净徐旅与裔赫蒙有徐穰 # 常接近。 进行期货交翁，是为了将生产者和用户某项商品的风险转移给投机商( 期货交易商) 以实现规 避价格风险的目的。当商人利用期货市场来抵制现货市场中价格的反向运动时，这个过程就叫做套 期保值。 邀力颓货套甥傈蓬蘸是电力裳产垒韭帮电力臻户在电力麓赞毒场孛持窖与邀力瑗货零场捆反戆 头寸。电力期货市场的套期保值功能，可以有效她抑制现货市场中部分投机者操纵市场的行为，避 免对价格波动进行过多的投机，减少和消除价格风险，从而枉某种意义上保障了交易者在现货市场 3 东南大掌鞭士学位论文 上取得应得的合理利润，防止了在价格剧烈波渤中遭到巨大的损失和电力市场危机。 3 。回避最黢功蔻“1 辗据经典朝缀理论：菜特定商最的期赞价格巍现货徐格，应该是共耐受籀弼的经漭掰素的影 响和制约，即两者价格的走势具有趋同性。乎髓，市场成员可通过对比期赞价格与现货价格之间的 熬别，对各自期赞合约与现货合约进行调孳 ，预先进行套期保值，以规避现货价格风险。 电力市场的参与者在电力生产与消费过程巾，不可避免地遇到各种各样的风险，如信用风险、 缀鬻嚣陵、致繁蘩 徐格风险等。在竞争缝豹电力露场孛，奄力价接静波动横废释波葫频事远远超过 一般商品，因此电力市场的参与糟通过在电力期货市场上进符套期保值交易，有效规避、转移和分 散电力现货市场上价格波动的风险。电力市场的诸多风险因索最终体现在电力价格的波动中。发电 缁甄临电力价格下跌的风险，电力的终端用户硼临电力价格上涨的风险，蔼电力销售商则面临电力 俊掇上涨窝f 黢懿双重菇验。徐接波露会绘逮艘枣场参与者稻带来损失，等黢羲蘩蘸经营嚣蠡无法 完成。因此他们需要采取各种措施来转移、回溅和分散风硷，以减少经营中的不确定因素，稳定预 期收益。而电力期货市场正好为电力市场的参姆者们提供了转移电力价格波动风险的场所。 1 2 6 电力麓货交易在隧痰井的研究傍况 目前国外有关电力期货合约的研究主要集中在电力套期保值的方法、特点以及电力期赞的价格 方丽文献”1 紧紧抓住电力不可储存的特性，研究了电力期货冀期保值的基麓问题，分析了利埘期货 对鼓力交易进符风险管理的特辣圈难。文献程燕国四个电力现货市场历史统计数据基础上，分辑 魄较了塞接套麓繇蕊冬交叉套怒缣馕秀释策略在簿抵操蓬头寸徐篷最蹬( i 1 1 减夺标准差) 瓣效聚。文 献”研究了一个为其用户提供斛窀的远期合约的电力商面对蜜时电能市场的易变性和不可预见性， 如何利用交叉套期保值来规避风险减小合约的利箍差值，并将远期合约的价格看作基价和风险补偿 金之和，即所谓的风险调节价格( r i s ka d j u s t e dp r i c e ) 。同时说明了该电力褥在进行交叉套期保值 霹，絮键售诗蘧令瞧力枣场实辩奄傍戆关系，鲡舞售诗远鬻食约戆基謦 窝斑黢垒。 目前国内对电力期货的研究，主要集中在电力期货的交翁方式上。但其研究的方向， 熟是针对 电力商品不可储存因而基著风险较大这一特点，研究加强电力商品期货价格和现货价格相必性，从 而降低电力期货麟篾风险的方法，以增加电力期货套期保值的稳妥性。文献“中，清华大学课题组 撼搬7 “阻期货必童，现货为辘”的叛型电力交易模式，对嬲摄电力期货岛凝货价揍斡连续牲存一 定瓣作耀。文簸“”中提出了关予电力赣赞含约定价方瑟的一璧思路，提出了通过建立电力蘩 耜荚能 源( 如煤、燃油等) 的价格关系，利用相关能源的持有成本模型进行定价的方法。文献”针对目前电 力期货交易中电力商品期货价格和现货价格相关性较差的问题提出了解决该问题的一些思路，探讨 了电力期货与现鼹耀结合的电力交易模式，分析在我国发展电力期货交易的慧义，并对其砸行性进 行了磅究，绘出了应对电力虢缮交易菇险戆方法。文靛”重煮毒尊论了邀力期赞静套絮保馕 譬弼，劳 通过某发电厂和浆电力埘户豹实际数据进行了计算和对比分析。文献“”应糟经济学中的期缀理论及 其宙相关的理论方法，结合我国殷山东省电力_ 艘革的实际( 过渡阶段的实际殿熊发展趋势) ，建立了 发蛾市场中眭期仓约、期货合同优化决策的数学模璀；应用运筹学理论和相威的方法确定了中长期 会终模型熬有效冀法；掇据犬系绫佐铯理论及冀粳瘫鹣方法，建立了捧浚与瑗赞戆藜会( 协调与l 惹托) 横壁：研究了箕纽会投标摸攀豹有效算法。文献”提出了“电力远翅期粳合约模型”，并缭出了算 倒分析。文献”将改进的灰参数v e r h u l s t 模型运川于电力期货价格的预测，并取得了较好的结果。但 在电力期货价格预测方面，国内外研究的还比较少。 1 3 电力期赞价格预蔫 4 第章绪论 电力期货价格预测即在充分考虑市场参与糟实旌市场力大小、现货电价的变化规律以及电力市 场俸翻结构、挺会经济形势等影嚷因素豹转凝下，遥蓬攀l 秘数攀工其对相关历史数据进移分辑番l 疆 究，探索电力期赞价格与其影蛹因素之间的内在联系及电力期货价格本身的发展变化擒律，在满足 一定精度和速璇的情况下，对电力期货交易所中电力期货含约的未来价格谶行预测。预测的对象可 以是电力期货价格在预测目的煅高价、最低价及该天的收盘价，其中收盘价能反映电力期赞在该交 荔最的总的份缀水平，因此，本文将交易目的收盘赞作为颥测的对象。 1 3 i 预测电力期货价格的意义 电力期货交易是电力市场发展的必然产物，而且期货价格是在对电力运一商品的未来供求状况 鞭测瓣基磴上，蠹众多熬参与纛竟徐形藏，其寄预麓毪、，逡续毪、竞争瞧、公秀挂敕褥杰。藕赞蛰 格比现货价格熙县真实性、超前性和权威性，趸能反映商晶的实际价值和价格变动趋势。在发达的 市场经济国家中，期货价格一般被视为商品的权威价格，魁现货交易的重袋参考依据。冈此，较为 猴确的预测电力期货价格对于稳定电力市场价格、促进电力市场快速平衡发展有着积极的意义。期 爨瞧徐终为电力凝货枣场豹拨，撵蠡，是每个露坛参与者筵阏关注的焦点，每个市场参与蠹时蘩邦 甏对期货的来辩价格及赞格的运行趋势进行预溅和判断，势以其结果指导下一步撵俸，最终达掰避 除趋利的目的。因此，寻找有效的电价预测方法、提高预测精度，对于指导市场参与者进行正确地 操作有着重要的作用。 1 3 2 电力飙货价格簇溯露方法 电力期货价格预测的难点_ 谯于预测输入墩的选取，这是因为期货价格的变化与负荷的变化不同， 期货价格更多地涉及到了经济学的范畴，存在赣许多主观的因素，除此之孙，还受实时电份、利率、 受楚霪求等多耱闲素静影睫，嶷纯趋势复杂，缀难建立一令潦确戆数学模鬃避孬垒瑟籀述。 所以，用于负荷预测的方法并不完全适合子电力期货价格的预测。目前国内外对电力期爨价格预测 方面的研究还比较少，主要方法有：自回归、人工神经网络辅l 灰色模型，例如0 1 a vb f o s s o 等人” 襁预测挪威电力期货市场中的电价时，采朋了自回归分析的预测方法。文献“”运用灰参数v e r h u l s t 摸爱来预测电力磁赞馀接。 由于入工棒经弼络对大萤罄结构性，嚣精确性规律具鸯爨透鹰功能，熊够有效处理多变量和菲 线性问题，从而成为目前国内外专家学者研究得比较多的种预测方法。其中，小波神经网络是近 几年国际上新必的一种数学建横分析方法，魑结合最近发展的小波变换良好的时频局域化性质与传 绞神经孵络的爨学习功能而形成的。它是通避对小波分解进程平移和伸缩变换后丽得到的级数，兵 露夺波分簿 l 孽般遥近醴数鹃瞧震。壶予它号l 入了两令耨静参变量，帮 牵绥溺予和平移戮予，所戳 小波神经网络具有比小波分解氍多的自由度，从而使其具有疆灵活有效的函数逼近能力和较强的容 锚能力，可以有效地克服普通人工神经网络横趔所固有的一贱缺陷。并且小波神经网络结构是以小 波分析理论为依据。可以避免b p 网络结构设计上的盲目性，魁粳有发展前最的一种网络。 奉论文逶避瓣n o r d p o o l 交荔瓢瓣4 e n o w 3 9 - - 0 7 ”这一奄力絮爨牧盘俊联溯分摄，缛爨臻论，静 谯期货价格非线性时闻序列预测中，小波神经网络预测方法优于人工神经网络预测方法。 1 4 本论文主要完成的工作 如前所述，电力期货具有价格发现，回避风险和套期保德的功能，是电力市场发堤的必然产物， 照然，现在在我国还未引入电力期货，但从国外使用电力期货的情况来看，电力期货交易市场有着 末鸯大学矮圭掌短谂文 巨大的发展前景。相应，作为电力期赞交易市场的核心电力期货价格是所有市场参与者关注的焦 点，能否较准确地预测出未来期货价格或价格地变化趋势将决定着他在期货交易中的成败，同时较 为准确的预测电力期货价格对于稳定电力市场价格、促进电力市场快速平衡发展肖着积极的意义。 本文考虑到人工神经网络和小波神经网络的特点，分别将像们作为电力期货价格的预测模型，并对 这两砖预测揍溅遴行7 深入静研究，羔瑟工作及成采如f ： 1 铮辩弱出瓣龟力期货还持躐筑容度躯现状，毪较详纲缝夯绍了电力裂赞懿概念、功能、律瑁 以及电力期爨谯图外的使用情况，指出了进行电力期货价格预测的重要意义，介绍了电力期货价格 的预测方法。 2 介绍了小波变换的基本理论，及其分析工具：小波框架、多分辨率分析及m a l l a t 算法，并 介绍了各种小波变换的特点，为后面分析小波神经网络做好理论基础。 3 奔缡7 入= 神经网络的基本理论、基本特征和基本功糍，菇对b p 神经掰络的优、缺点进行 7 分辑。 4 考惑翻翘赞和毅市具有类议躲特征，将电力潮费市场视为一个j # 线性的确定性的动力系统， 认为其过去的波动中蕴涵有可用于预测未来的信息，并以此为基础进行预测。深入研究b p 神经网络 在预测电力期赞价格中的应用以及构建预测模型所应解决的问题，提出了一种改谶的预测模式来提 高网络的预测精度。 5 介绍了小波神经两络的概况及墓分类，从理论上对小波神经网络与b p 神经网络进行了比较。 在实验申采用爨逡痰，l 、波耱经网络终为电力麓货蛰格的羧测攒型，深入研究小波神经睡终孩测模型 豹梅建爱箕学习箨法。 6 利用m a t l a b 软件迸行仿其实验， 6 第二章小波变换的基本理论麟础 第二耄小波变换的基本理论基础 在信号分析中，对信号的刻划，通常采取两种基本的形式。即时域利频域形式。把时间或空间 位鬣作为自变量，而把信号的菜一数字化特征作为因变量来描述信号是常用的方法。此时，往往对 信号作另一种描述，即f o 耐e 液挟来描述信号的频率特性。照然f o u f i e r 变换熊较好的描述傣号的频 率特性，毽托乎不提供售号在辩域主煞强耩穰惫。这样我 l 在信号分辑孛瑟疆一令基搴矛瓣；跨域 与频域的局部他矛盾。小波变换能将各种交织簌一起的不衙频率的混合信号分解成不同频率的块信 号。因此，小波分析理论已经成为信号分析乃麓函数分析的煎耍工具。 2 1 小波交羧的壶来 小波变换( w a v e l e tt r a n s f o r m ) 是在现代调和分析錾础上发展起来的一种新兴的信号处理 方法，它吸取了现代分析学中如泛函分析、数德分析、傅立叶分析、样条分析、调和分析镣众多分 支瓣精华，炱蠢锋缭、平移荤l 簸大懿凌戆，霹毅慰蓿号进行多尺痉癸辑，鸯效建飙结号孛撵墩掰霉 酶信息，实现时域和频域的高分辨局部定位，特别适合于分静予突发与短时的信息，常被誉为“数学 龆微镜”。下面对小波变换理论的由来做一个简单介绍。 2 1 i f o u r i e r 变换i 嘲 受热扩散方糕数学模型的扁发，著名科学家傅立叶在1 8 0 7 年向法国国家科学院提交的一篇报告 中指出，任何周期函数都可以用一系列正弦波来液示。通过一个半世纪的不断完善与发展，以傅立 叶级数和傅立盱救分理论作为主婴研究内容的调和分析理论已缀在数学、物理学以及工程嶷践中褥 瓣广泛痤翅。夸渡势折裁楚在不瓤完善积e 汾辑豹基疆土发疑起来戆一种凝黪分辑方法。 2 1 1 1 傅立叶变换的概况 定义：如果时阏函数，t $ r ，在区闻( 啦) 内只有存限个第一类闻断点，即x o ) 在峨) 起满足d i e h l 越条件，如果还有蔗| 雄目毋t m ，猁f 的傅立盼变换为： ( 咖去寡x ( t ) e - j “t d t ，；6 ( 2 1 ) 箕审ff 蝴确定了穰号尊) 在蘩令嚣雩域主豹赣潜特性。 在实际应用中，对非正弦周期信号的分析常常是利用离散傅立叶变换( d r a 3 和快速傅立叶变换 ( f m 将其时间连续信号用采样装镩进行等间隔浆样，并把采样值依次转化成数字序列，然赠借助计 算钒进行辘助计簧。作为经典的髂号分辑方法，倦立时变换瑟骞正交、完备等许多优点，j l 虽有像 鞴雠撵的饫速嚣法，因嚣，己在邀力系统斑德爨广泛应用。缀在运弱；l f 玎嚣乎必须满是绫+ f 条件：1 ) 满足采样定理的掰求，即采样频率必须是信号域高频率的两倍以上：2 ) 被分析的波形必须魑稳态的、 随时间周期变化的。因此，当采样频率或信号不能满足上列条件时，利用f 胛分析会产生“旁瓣” 和“频谱泄漏”现象，给分析带张误差。此外，出手f f r r 变换媳辩整个时闻段的积分，时f 酗信息得 苓爨充分复浃；臻号戆程露突燮，箕凝罄将敖零予整个颓带。翻2 - l 绘奎了倦囊峙变换熬示窳强。 7 东毒丈学颈士学缒谂文 图2 一l 傅立叶炎换示意图 虽然傅赢叶变换能够将信号的时域特征和频率特征联系起来，分别从时域和频域上观察信号， 但它却不能把二者有机结合起来。由于傅立叶变换是整个时域内的积分，只能得至q 在时域内有哪些 颓率成分，因此是一种全局变换，誉裁反映菜一局部时厨瞧信号的频灌特性，帮在时域上没有任锫 势辨率，无法翔遂这些颓搴成分程辩域内戆兵髂癸鸯赣溅。黠子一般静平稳变镶继号瑟言，鹰立跨 分折能够充分起捌分析的诈翔，毽戆对于知地震波、段臻价格、电力价格等突变僚号却存在诸多不 便和凼难。遂就促使人们去寻求一种信号时频局部分析的新方法。 2 1 - 1 2 缀时傅立叶变换 为了磅炎偿号在局部时间范澍的颡域特征，1 9 辎年g a b o 蕊出了著名鲍g 曲僻变换，之后又进一 步发展惫簸盼淹壁跨交换( s h o r t t i m ef o u r i e r t r a n s f o r m ，s t f t ，帮麴窑搏立睁凳致) 。其基本思惹是： 在搏立盱交按豹框槊孛，把菲平豫谶程看成是一系列愆射平稳信号静叠翔，瑟簸时性剐是通过一个 参数- 的平移来覆盖整个时域，也就是说采用一个窗函数瘩( f r ) 对信号f ( t ) 作乘积运算来实现在t 附近的开窗和平移，然后再进行傅崴叶变换，以确定该间隔内存在的频率，以选劁时频局部化目的。 图2 - 2 给出了缀时傅立叶变换的示意蚓。 强2 - 2 蔻聪傅立盼交换示意蚕 设蓿弩为f ( 0 ，窗函数为菩移) 。则箕短时傅立时变换的定义为： g ( 脚，f ) = f = ，( f ) ；( f f ) e 一。d t ( 2 2 ) 其重构公式为： l f ( o ；二塞安绒辑f 溶移一咖“妇靠( 2 3 ) 2 a t 短时傅藏跨交换相对搏立# + 交羧分析能安理一定程度鹃时颡褥都豫，毯跫簸对薅立* 交换静本 质决定了窗瓣数的大小和形状均与时间和频域无关，因此，一旦选定了窗函数，那么在信号任何颡 域内窗口大小都是同定不变的。实质上短时傅立叶变换就燧只有单一分辨率的分析，若要改变分辨 率，则必须煎新选择窗函数，因此对研究高频率信号和低频率信号都不是有效的。 3 第二章小被变换的基本理论蔫础 2 1 2 小波变换理论的产生 为了克服缀时傅立时交换衡口大小不随频率变化的缺点，3 0 年代屠期发展了小波变换的方法。 法国数学家y m e y e r ，地质物理学家j m o r l e t 承l 理论物理学家a g m s s m a n 的工作实现了小波变换理论 的系统化；法国学者1 d a u b e c h i e s 黎l s m a l l a t 则把小波变换理论g i 入了工程应婀，特别是信号处理领域， 健夺渡变换理论褥霹了较大弱攘广与虚翅。 小波变换怒一种窗口大小澍定但其形状研以改变，对润窗和频率窗都可改变的对频嬲部化分析 方法，即具有“交焦距”的特点。在信号低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率，在 信号高频部分县有较高的时间分辨率和较低的频率分辨率。难是这种特性，使小波变换对信号具有 软褒的盎适应馁。，l 、波变换楚一耱多尺度分撵，对时阉序列避程麸褪捌缨麴潋势辑瞅低分辨率至毫 分辨率) ，既显黎过程交换瓣全貌，又裁辑弱部变纯特征。瓣经融领域静j # 平稳对闽序剜，小波变换 犬有用武之地。近年来，国内外许多学者利刚小波变换对电力负荷预测l l ”、电价预钡8 l 和期货价格 预测i l 卅等进行研究。下面分析一下小波变换的原理和性质。 2 2 小波交换 2 2 。1 母小波l 加l 设函数s f ( 尺) n ( 田( l 2 ( r ) 表示平方可积的实数空间，即能量有限的空间信号) ，其傅立叶 变换为t i ，( 计，并且v 佃= o ) = o ，由妒经伸缩和平移得到一族函数 。) m r “妒芋，缸，6 e 墨。蛰 ( 2 | 4 ) 称 虬。 为分析小波或连续小波，称为基本小波或母小波。其中，a 为伸缩因子，b 为平移因子。 由条佟掣和；啦= e 霹籍，：矿靠曲。穗就是说，铭荛母小渡瓣轳矗 其馋立睁丞数￥$ ) 必须 具有带通性质，嗣妒( f ) 必须魑有正负交替的援荡波形，使冀平均值为零。缈( f ) 常常是紧嶷撑的或指 数衰减的，即该函数在时域和频域都是局部化的，只有在一个有限区间的荫数值不为零。邀正是“小 波”名称的由来 2 2 2 连续小波交换测 2 2 2 1 连续小波变换的定义 设矿为基零小波， 蹩甜公式2 a 定义瓣连续小渡，对予信号，f = l 趟叫腮塞黯妒譬潆 ( 2 5 ) 其中矿表示矿o ) 的复共轭。 若e f ( r ) n p ( r ) 且其傅巅叶变换甲( m ) 满足如下容许性条件： 9 东鸯天学硕撑证谂交 勺；旷唑尝t m ( 2 6 ) 则称为允许小波。由c rc * 知w 口= ；0 ，即j 薯缈o ) 批母，因此，允许小波一定是基本小波。允 许小渡豹小波变按是可遂豹，帮由小波交换藐够重秘出象戆原始信号： 撺) = 专鬈鸳瞅吗6 溉，专缸培 ( 2 7 ) 其中：t 袭添时间；n 、6 分别表示小波龋数的伸缩和平移参数：巴见式2 6 ，w f ( a ，6 ) 表示( f ) 的小 波变换；虬。o ，褒示经过伸缩和平移厩的小波函数。 枣公式2 5 摹l 公式2 7 裁镌残了小波分辑的正反交羧式。 2 2 2 2 连续小波变换的性威 在式2 5 中尺度因子a 的作用魁将蒸本小波g ( t ) 做伸缩。当a 较小时，时域j 二观察范围小，而在 频域上相当于用较高频率作分辨率较高的分析，即用高频小波作细致观察：当a 较大时，时域上观 察范围大，褥程频域上相当于期低频作摄貌观察。虽然缀举同尺度下小波的持续时闻( 也就是分析 酵段隧a 燕犬h 藉璞塞，稷度与菇残爱毙减小，整是波黪形款保持不变，在各分辑频段蠢分蓦 戆鼓 质因数口【( 巾心频率) ( 带宽) 保持一致。 由于连续小波变换对z ( f ) 而言怒以妒( f ) 为核函数的线性变换，因此，其其有下述特性： 1 线性特性：小波变换是一线性交换，它把信号分解成不同尺度上的分鬣，彼此之间不会产生 干扰成分，有利于分析复杂的信号。 2 能爨霄限特性：信号总的能黛可以用小波变换模的甲方的形式给出： 1 影= 去勺塞羹l ( w r f x a ，6 ) 。d a d b 轻+ 8 d 。 小波变换模的平方可以看成是尺蹙一镟