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  • 頭條廈大學者提出負荷區(qū)間預測新方法,可準確反映用電負荷的波動趨勢
    2022-08-11 作者:陳軒偉  |  來源:《電氣技術(shù)》  |  點擊率:902
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    導語為了減少負荷預測中電網(wǎng)運行不確定因素產(chǎn)生的誤差,廈門大學嘉庚學院的陳軒偉在2022年第4期《電氣技術(shù)》上撰文,結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與分位數(shù)回歸(QR)算法,提出了基于BP-QR模型的負荷區(qū)間預測方法,以氣象因素與前一日用電負荷值作輸入,實現(xiàn)當日負荷區(qū)間預測。實驗結(jié)果表明,該模型能準確反映用電負荷的波動趨勢,可實現(xiàn)任意置信水平下的區(qū)間預測,為電力調(diào)度提供參考信息。

    研究背景

    有效的電力負荷預測可以輔助電力調(diào)度部門經(jīng)濟準確地制定生產(chǎn)計劃和運行方式,是“三型兩網(wǎng)”建設(shè)中實現(xiàn)電網(wǎng)發(fā)電側(cè)與需求側(cè)有效貫通的重要橋梁之一。目前,負荷預測主要有灰色關(guān)聯(lián)分析、時序分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機等幾類方法。

    隨著深度學習的提出,深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法逐漸成為負荷預測研究中的代表。深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有特征自學習能力,在學習數(shù)據(jù)充分的情況下可用于擬合復雜非線性系統(tǒng),但其訓練速度慢,參數(shù)多樣性也增加了網(wǎng)絡(luò)訓練的難度。

    上述方法多用于對負荷確定點的預測,即預測模型輸出為確定值。然而電網(wǎng)發(fā)電側(cè)與需求側(cè)存在眾多不確定因素,點預測方法對負荷預測的不確定性描述有限,使電力生產(chǎn)決策面臨一定風險。相比于點預測,區(qū)間預測方法擴大了預測模型的輸出范圍,減少了不確定因素對預測精度的影響,能夠讓電網(wǎng)決策人員了解未來負荷的波動情況,具有重要的工程意義。

    論文所解決的問題及意義

    本文引入分位數(shù)回歸對簡單BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進行誤差分析,以氣象因素及前一日用電負荷值為輸入特征,搭建BP-QR區(qū)間預測模型,實現(xiàn)不同置信水平下的用電負荷區(qū)間預測。通過算例分析表明,該模型簡單有效,且具有較好的置信水平適應性。

    論文方法及創(chuàng)新點

    分位數(shù)回歸是一種線性回歸算法,一般結(jié)合其他預測模型實現(xiàn)區(qū)間預測。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是經(jīng)典機器學習算法之一,能夠擬合非線性數(shù)據(jù),具有應用簡單、泛化能力強等優(yōu)點。本文結(jié)合兩種算法,提出BP-QR區(qū)間預測模型結(jié)構(gòu)框圖,如圖1所示。

    圖1 BP-QR區(qū)間預測模型結(jié)構(gòu)框圖

    為了驗證BP-QR模型的預測效果,本文基于BP點預測模型的預測誤差搭建分位數(shù)回歸(QR)模型,根據(jù)氣象因素和前一日負荷值計算出分位數(shù)回歸參數(shù),結(jié)合點預測結(jié)果實現(xiàn)區(qū)間預測。計算90%、80%和70%置信水平下區(qū)間預測的相對平均寬度及測試集數(shù)據(jù)預測覆蓋率。

    為了進一步說明區(qū)間預測效果,本文分別在90%、80%及70%置信水平下,截取測試集中2014年03月28日~2014年06月15日共計80天數(shù)據(jù)樣本的預測結(jié)果,分別如圖2~圖4所示。

    圖2 90%置信水平下的預測結(jié)果

    圖3 80%置信水平下的預測結(jié)果

    圖4 70%置信水平下的預測結(jié)果

    結(jié)論

    針對負荷點預測方法中電網(wǎng)運行不確定因素帶來的局限性,本文基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與分位數(shù)回歸算法,提出了BP-QR負荷區(qū)間預測模型,模型輸入為氣象因素與前一日用電負荷值,輸出為當日用電負荷區(qū)間。算例結(jié)果表明,該模型準確反映了用電負荷的波動趨勢,相比于QR模型和正態(tài)分布模型,具有更高的預測精度,可用于短期負荷預測,為電力調(diào)度提供參考。

    此外,算例誤差主要集中在波動較大的區(qū)間中,這類波動由于節(jié)假日等特殊情況產(chǎn)生,因此在未來研究中,可引入其他輸入特征進一步提高預測精度。

    本文編自2022年第4期《電氣技術(shù)》,論文作者為陳軒偉,1994年生,碩士,助教,主要從事智能微電網(wǎng)方面的研究工作。本課題得到了廈門大學嘉庚學院校級孵化項目的支持。

    引用本文

    陳軒偉. 基于BP-QR模型的負荷區(qū)間預測[J]. 電氣技術(shù), 2022, 23(4): 14-17. CHEN Xuanwei. Load interval forecasting based on BP-QR model. Electrical Engineering, 2022, 23(4): 14-17.

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