本申請(qǐng)涉及電力信息技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種電力負(fù)荷周周期特性建模方法。
背景技術(shù):
電力負(fù)荷預(yù)測(cè)是電力系統(tǒng)規(guī)劃的重要組成部分,也是電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基礎(chǔ),其對(duì)電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行都極其重要。電力負(fù)荷預(yù)測(cè)是以電力負(fù)荷為對(duì)象進(jìn)行的一系列預(yù)測(cè)工作。從預(yù)測(cè)對(duì)象來(lái)看,電力負(fù)荷預(yù)測(cè)包括對(duì)未來(lái)電力需求量(功率)的預(yù)測(cè)和對(duì)未來(lái)用電量(能量)的預(yù)測(cè)以及對(duì)負(fù)荷曲線的預(yù)測(cè)。其主要工作是預(yù)測(cè)未來(lái)電力負(fù)荷的時(shí)間分布和空間分布,為電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行提供可靠的決策依據(jù)。在電力負(fù)荷預(yù)測(cè)中,很多因素不同程度地影響著電力荷的預(yù)測(cè)值。有些因素因自然而變化,比如氣象。有些因按地區(qū)條件產(chǎn)生差異,如工農(nóng)業(yè)發(fā)展速度;有些因素是無(wú)法估計(jì)的重大事件,如嚴(yán)重災(zāi)害等,并且各個(gè)因素對(duì)負(fù)荷的響應(yīng)可能是不一樣的,而且同一因素的不同水平對(duì)負(fù)荷的影也是不同的。
負(fù)荷預(yù)測(cè)的核心問(wèn)題是預(yù)測(cè)的技術(shù)方法或者說(shuō)是預(yù)測(cè)的數(shù)學(xué)模型。預(yù)測(cè)模型的輸入量的選擇與預(yù)測(cè)結(jié)果密切相關(guān),日期類型的處理方法對(duì)負(fù)荷預(yù)測(cè)影響甚大。由于電力負(fù)荷同時(shí)受到溫度、日期類型(工作日、周末)等因素的影響,使得單純通過(guò)負(fù)荷曲線對(duì)負(fù)荷的周周期特性的建模非常困難。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是為了解決上述預(yù)測(cè)模型在進(jìn)行電力負(fù)荷預(yù)測(cè)時(shí)效果不是很理想,預(yù)測(cè)的精度比較低的問(wèn)題。
為此,本發(fā)明實(shí)施例提供了如下技術(shù)方案:一種電力負(fù)荷周周期特性建模方法,所述建模方法包括如下步驟:
s1獲取周周期時(shí)間內(nèi)相對(duì)應(yīng)的原始負(fù)荷數(shù)據(jù),對(duì)原始負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理;
s2對(duì)預(yù)處理數(shù)據(jù)按照不同日期類型畫出每個(gè)日期類型的最大負(fù)荷p-最高溫度t的散點(diǎn)圖并擬合曲線;
s3計(jì)算不同日期類型負(fù)荷誤差。
可選地,所述步驟s1中對(duì)原始負(fù)荷數(shù)據(jù)預(yù)處理包括去除負(fù)荷數(shù)據(jù)急劇增加或者減少的日期。
可選地,利用步驟s1中的負(fù)荷數(shù)據(jù)建立電力負(fù)荷周周期特性模型。
可選地,所述步驟s2中曲線的擬合方法包括解析表達(dá)式逼近離散數(shù)據(jù)的方法、最小二乘法或者最小一乘法。
可選地,所述步驟s3中的計(jì)算方法包括根據(jù)擬合后的曲線計(jì)算不同日期類型對(duì)應(yīng)的負(fù)荷幅值關(guān)系,得到周周期特性,對(duì)日期類型進(jìn)行歸一化處理后作為預(yù)測(cè)模型的輸入變量。
可選地,所述歸一化處理包括對(duì)日期類型歸一化到0到1之間。
本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案包括以下有益效果:本申請(qǐng)通過(guò)建立不同日期類型負(fù)荷關(guān)于氣溫的散點(diǎn)圖和擬合曲線,并計(jì)算差值來(lái)對(duì)負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法,有效考慮氣溫對(duì)負(fù)荷特性的影響,而且具有清晰的負(fù)荷日期特征。同時(shí),歸一化處理負(fù)荷預(yù)測(cè)模型的輸入變量日期類型,使得日期類型歸一化到0到1之間,從而精簡(jiǎn)了負(fù)荷預(yù)測(cè)模型的輸入變量,提高了負(fù)荷預(yù)測(cè)的精度。
附圖說(shuō)明
為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案,下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹,顯而易見(jiàn)地,對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言,在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例中列舉的日峰荷曲線圖;
圖2為本發(fā)明實(shí)施例中列舉的最大負(fù)荷p-最大氣溫t的擬合曲線圖;
圖3為本發(fā)明實(shí)施例中電力負(fù)荷周周期特性建模結(jié)果。
具體實(shí)施方式
此處的附圖被并入說(shuō)明書中并構(gòu)成本說(shuō)明書的一部分,示出了符合本發(fā)明的實(shí)施例,并與說(shuō)明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。
為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹,顯而易見(jiàn)地,對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言,在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
曲線擬合(curvefitting)是指選擇適當(dāng)?shù)那€類型來(lái)擬合觀測(cè)數(shù)據(jù),并用擬合的曲線方程分析兩變量間的關(guān)系。其擬合方法一般包括解析表達(dá)式逼近離散數(shù)據(jù)的方法、最小二乘法、最小一乘法等。其中解析表達(dá)式逼近離散數(shù)據(jù)的方法最為簡(jiǎn)單易用,具體方法為通過(guò)繪制的散點(diǎn)圖,根據(jù)散點(diǎn)的分布,選擇接近的、合適的曲線類型,一般曲線常用函數(shù)包括多項(xiàng)式函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)、冪函數(shù)等;最小二乘法依據(jù)使偏差平方和為極小的準(zhǔn)則
最小一乘法在早期由于計(jì)算困難其發(fā)展一直處于停滯狀態(tài),但是目前,最小一乘法逐漸成為統(tǒng)計(jì)學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一,但是應(yīng)用在電力系統(tǒng)方面的文獻(xiàn)并不是很多。其最大的特點(diǎn)就是直觀,并且出現(xiàn)了“零”偏差。當(dāng)存在奇異點(diǎn)時(shí),最小二乘法是使誤差平方和最小,若個(gè)別奇異點(diǎn)的殘差值很大,平方會(huì)放大奇異點(diǎn)對(duì)可信度的影響;最小一乘法是使殘差的絕對(duì)值最小,用的是一次方,不存在縮放影響,因此一乘法比最小二乘法受奇異點(diǎn)影響小,即最小一乘法比最小二乘法穩(wěn)健性好。
歸一化方法有兩種形式,一種是把數(shù)變?yōu)?0,1)之間的小數(shù),一種是把有量綱表達(dá)式變?yōu)闊o(wú)量綱表達(dá)式。主要是為了數(shù)據(jù)處理方便提出來(lái)的,把數(shù)據(jù)映射到0~1范圍之內(nèi)處理,更加便捷快速,應(yīng)該歸到數(shù)字信號(hào)處理范疇之內(nèi)。在統(tǒng)計(jì)學(xué)中,歸一化的具體作用是歸納統(tǒng)一樣本的統(tǒng)計(jì)分布性。歸一化0~1之間是統(tǒng)計(jì)的概率分布,歸一化在-1~+1之間是統(tǒng)計(jì)的坐標(biāo)分布。
已知函數(shù)定義域被分成有限個(gè)區(qū)間,若在各個(gè)區(qū)間上表示對(duì)應(yīng)規(guī)則的數(shù)學(xué)表達(dá)式一樣,但單獨(dú)定義各個(gè)區(qū)間公共端點(diǎn)處的函數(shù)值;或者在各個(gè)區(qū)間上表示對(duì)應(yīng)規(guī)則的數(shù)學(xué)表達(dá)式不完全一樣,則稱這樣的函數(shù)為分段函數(shù)。
實(shí)施例一
參見(jiàn)圖1~3,為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電力負(fù)荷周周期特性建模方法,所述建模
方法包括如下步驟:
s1獲取周周期時(shí)間內(nèi)相對(duì)應(yīng)的原始負(fù)荷數(shù)據(jù),對(duì)原始負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理;
s2對(duì)預(yù)處理數(shù)據(jù)按照不同日期類型畫出每個(gè)日期類型的最大負(fù)荷p-最高溫度t的散點(diǎn)圖并擬合曲線;
s3計(jì)算不同日期類型負(fù)荷誤差。
如圖1所示,由于日期類型與溫度都影響負(fù)荷的變化,因此從圖中很難判斷出負(fù)荷的變化是由于溫度的變化還是由于日期類型的改變所引起的。所以需要對(duì)負(fù)荷周周期特性建模,來(lái)提高負(fù)荷預(yù)測(cè)的精確性。
實(shí)施例二
參見(jiàn)圖1~3,為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電力負(fù)荷周周期特性建模方法,所述建模方法包括如下步驟:
s1獲取周周期時(shí)間內(nèi)相對(duì)應(yīng)的原始負(fù)荷數(shù)據(jù),對(duì)原始負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理;
s2對(duì)預(yù)處理數(shù)據(jù)按照不同日期類型畫出每個(gè)日期類型的最大負(fù)荷p-最高溫度t的散點(diǎn)圖并擬合曲線;
s3計(jì)算不同日期類型負(fù)荷誤差。
可選地,所述步驟s1中對(duì)原始負(fù)荷數(shù)據(jù)預(yù)處理包括去除負(fù)荷數(shù)據(jù)急劇增加或者減少的日期。
可選地,利用步驟s1中的負(fù)荷數(shù)據(jù)建立電力負(fù)荷周周期特性模型。
本申請(qǐng)具體的使用過(guò)程如下:為了避免特殊日期(比如春節(jié))對(duì)負(fù)荷所造成的急劇增加或減少的影響,在對(duì)日期的選擇上,首先要排除法定節(jié)假日,從而可以避開(kāi)在研究日期類型的時(shí)候,特殊日期對(duì)負(fù)荷的影響,選擇在較長(zhǎng)時(shí)間里負(fù)荷相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)間長(zhǎng)度,利用該時(shí)間段的負(fù)荷數(shù)據(jù)來(lái)建立電力負(fù)荷周周期特性的模型。在選取負(fù)荷相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)間段后,按照不同日期類型畫出每個(gè)日期類型的最大負(fù)荷p-最高溫度t的散點(diǎn)圖,在同一個(gè)坐標(biāo)軸內(nèi)分別畫出每周一、每周二……直至每周日的每天最大負(fù)荷與每天的最高氣溫的散點(diǎn)圖,直觀比較不同日期類型的負(fù)荷與氣溫的關(guān)系。
如圖1所示,由于日期類型與溫度都影響負(fù)荷的變化,因此從圖中很難判斷出負(fù)荷的變化是由于溫度的變化還是由于日期類型的改變所引起的。所以需要對(duì)負(fù)荷周周期特性建模,來(lái)提高負(fù)荷預(yù)測(cè)的精確性。
實(shí)施例三
參見(jiàn)圖1~3,為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電力負(fù)荷周周期特性建模方法,所述建模方法包括如下步驟:
s1獲取周周期時(shí)間內(nèi)相對(duì)應(yīng)的原始負(fù)荷數(shù)據(jù),對(duì)原始負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理;
s2對(duì)預(yù)處理數(shù)據(jù)按照不同日期類型畫出每個(gè)日期類型的最大負(fù)荷p-最高溫度t的散點(diǎn)圖并擬合曲線;
s3計(jì)算不同日期類型負(fù)荷誤差。
可選地,所述步驟s1中對(duì)原始負(fù)荷數(shù)據(jù)預(yù)處理包括去除負(fù)荷數(shù)據(jù)急劇增加或者減少的日期。
可選地,利用步驟s1中的負(fù)荷數(shù)據(jù)建立電力負(fù)荷周周期特性模型。
可選地,所述步驟s2中曲線的擬合方法包括解析表達(dá)式逼近離散數(shù)據(jù)的方法、最小二乘法或者最小一乘法。
本申請(qǐng)具體的使用過(guò)程如下:為了避免特殊日期(比如春節(jié))對(duì)負(fù)荷所造成的急劇增加或減少的影響,在對(duì)日期的選擇上,首先要排除法定節(jié)假日,從而可以避開(kāi)在研究日期類型的時(shí)候,特殊日期對(duì)負(fù)荷的影響,選擇在較長(zhǎng)時(shí)間里負(fù)荷相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)間長(zhǎng)度,利用該時(shí)間段的負(fù)荷數(shù)據(jù)來(lái)建立電力負(fù)荷周周期特性的模型。在選取負(fù)荷相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)間段后,按照不同日期類型畫出每個(gè)日期類型的最大負(fù)荷p-最高溫度t的散點(diǎn)圖,在同一個(gè)坐標(biāo)軸內(nèi)分別畫出每周一、每周二……直至每周日的每天最大負(fù)荷與每天的最高氣溫的散點(diǎn)圖,直觀比較不同日期類型的負(fù)荷與氣溫的關(guān)系。
可采用解析表達(dá)式逼近離散數(shù)據(jù)的方法、最小二乘法或者最小一乘法方法對(duì)所繪制的p-t散點(diǎn)圖進(jìn)行曲線的擬合。如圖1所示,由于日期類型與溫度都影響負(fù)荷的變化,因此從圖中很難判斷出負(fù)荷的變化是由于溫度的變化還是由于日期類型的改變所引起的。所以需要對(duì)負(fù)荷周周期特性建模,來(lái)提高負(fù)荷預(yù)測(cè)的精確性。
所述曲線的擬合方法:
(1)采用解析表達(dá)式逼近離散數(shù)據(jù)的方法
根據(jù)散點(diǎn)圖的趨勢(shì)選擇不同函數(shù)類型,例如圖2,直觀發(fā)現(xiàn)可采用分段二次函數(shù),假設(shè)每一段曲線表達(dá)式為p(t)=a+bt+ct2,其中a,b,c為參數(shù)。再根據(jù)選擇合適的參數(shù)使得擬合模型與實(shí)際觀測(cè)值在各點(diǎn)的殘差的加權(quán)平方和達(dá)到最小來(lái)擬合出所需的曲線。
(2)最小二乘法
針對(duì)已知的點(diǎn)(ti,pi),選擇函數(shù)p(t)=a+bt+ct2(例如圖2),其中a,b,c為參數(shù);求p(t)最佳擬合已知的數(shù)據(jù)(ti,pi)(i=0,1,……),即要求p(ti)與pi之間的差p(ti)-pi的平方和最?。?imgfile="bda0001269259860000041.gif"wi="454"he="127"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>對(duì)其求偏導(dǎo)后令偏導(dǎo)為0,求解得到參數(shù)值a,b,c后可得到擬合曲線表達(dá)式。
(3)最小一乘法
求解方式分為兩個(gè)環(huán)節(jié),一是尋優(yōu):通過(guò)建立一種近似關(guān)系,將不可微問(wèn)題轉(zhuǎn)化為解析的方式進(jìn)行,得到最小一乘法逼近的近似解;二是用解方程組的方式獲得其逼近的最佳解,將近似解上升為最佳解。
設(shè)最佳參數(shù)為a*,給a*一個(gè)微偏離a*=a+δa,當(dāng)δa充分小時(shí):
設(shè)擬合曲線為p(t)=a1+a2t+a3t2,則:
式中δa1,δa2,δa3作為迭代過(guò)程的微變量,服從ai(k+1)=ai(k)+δai,i=1,2,3;k=0,1,…
具體步驟如下:
(1)設(shè)定初始值a(0),可取最小二乘估計(jì)值或自定義;
(2)迭代足夠多k次后,將總數(shù)為m個(gè)絕對(duì)值偏差值作由小至大排列,取前n個(gè)對(duì)應(yīng)的(ti,pi)構(gòu)成一個(gè)方程組,代入pi-p(ti,a*)=0解出參數(shù)a*;
(3)分別計(jì)算
(4)若
實(shí)施例四
參見(jiàn)圖1~3,為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電力負(fù)荷周周期特性建模方法,所述建模方法包括如下步驟:
s1獲取周周期時(shí)間內(nèi)相對(duì)應(yīng)的原始負(fù)荷數(shù)據(jù),對(duì)原始負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理;
s2對(duì)預(yù)處理數(shù)據(jù)按照不同日期類型畫出每個(gè)日期類型的最大負(fù)荷p-最高溫度t的散點(diǎn)圖并擬合曲線;
s3計(jì)算不同日期類型負(fù)荷誤差。
可選地,所述步驟s1中對(duì)原始負(fù)荷數(shù)據(jù)預(yù)處理包括去除負(fù)荷數(shù)據(jù)急劇增加或者減少的日期。
可選地,利用步驟s1中的負(fù)荷數(shù)據(jù)建立電力負(fù)荷周周期特性模型。
可選地,所述步驟s2中曲線的擬合方法包括解析表達(dá)式逼近離散數(shù)據(jù)的方法、最小二乘法或者最小一乘法。
可選地,所述步驟s3中的計(jì)算方法包括根據(jù)擬合后的曲線計(jì)算不同日期類型對(duì)應(yīng)的負(fù)荷幅值關(guān)系,得到周周期特性,對(duì)日期類型進(jìn)行歸一化處理后作為預(yù)測(cè)模型的輸入變量。
可選地,所述歸一化處理包括對(duì)日期類型歸一化到0到1之間。
本申請(qǐng)具體的使用過(guò)程如下:為了避免特殊日期(比如春節(jié))對(duì)負(fù)荷所造成的急劇增加或減少的影響,在對(duì)日期的選擇上,首先要排除法定節(jié)假日,從而可以避開(kāi)在研究日期類型的時(shí)候,特殊日期對(duì)負(fù)荷的影響,選擇在較長(zhǎng)時(shí)間里負(fù)荷相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)間長(zhǎng)度,利用該時(shí)間段的負(fù)荷數(shù)據(jù)來(lái)建立電力負(fù)荷周周期特性的模型。在選取負(fù)荷相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)間段后,按照不同日期類型畫出每個(gè)日期類型的最大負(fù)荷p-最高溫度t的散點(diǎn)圖,在同一個(gè)坐標(biāo)軸內(nèi)分別畫出每周一、每周二……直至每周日的每天最大負(fù)荷與每天的最高氣溫的散點(diǎn)圖,直觀比較不同日期類型的負(fù)荷與氣溫的關(guān)系。
如圖2所示,可采用解析表達(dá)式逼近離散數(shù)據(jù)的方法、最小二乘法或者最小一乘法方法對(duì)所繪制的p-t散點(diǎn)圖進(jìn)行曲線的擬合。如圖3所示,根據(jù)擬合后的曲線計(jì)算估計(jì)不同日期類型的負(fù)荷幅值關(guān)系,以此得到周周期特性,再對(duì)其歸一化處理即可作為預(yù)測(cè)模型的輸入變量之一。
如圖1所示,由于日期類型與溫度都影響負(fù)荷的變化,因此從圖中很難判斷出負(fù)荷的變化是由于溫度的變化還是由于日期類型的改變所引起的。所以需要對(duì)負(fù)荷周周期特性建模,來(lái)提高負(fù)荷預(yù)測(cè)的精確性。
所述曲線的擬合方法:
(1)采用解析表達(dá)式逼近離散數(shù)據(jù)的方法
根據(jù)散點(diǎn)圖的趨勢(shì)選擇不同函數(shù)類型,例如圖2,直觀發(fā)現(xiàn)可采用分段二次函數(shù),假設(shè)每一段曲線表達(dá)式為p(t)=a+bt+ct2,其中a,b,c為參數(shù)。再根據(jù)選擇合適的參數(shù)使得擬合模型與實(shí)際觀測(cè)值在各點(diǎn)的殘差的加權(quán)平方和達(dá)到最小來(lái)擬合出所需的曲線。
(2)最小二乘法
針對(duì)已知的點(diǎn)(ti,pi),選擇函數(shù)p(t)=a+bt+ct2(例如圖2),其中a,b,c為參數(shù);求p(t)最佳擬合已知的數(shù)據(jù)(ti,pi)(i=0,1,……),即要求p(ti)與pi之間的差p(ti)-pi的平方和最?。?imgfile="bda0001269259860000061.gif"wi="455"he="126"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>對(duì)其求偏導(dǎo)后令偏導(dǎo)為0,求解得到參數(shù)值a,b,c后可得到擬合曲線表達(dá)式。
(3)最小一乘法
求解方式分為兩個(gè)環(huán)節(jié),一是尋優(yōu):通過(guò)建立一種近似關(guān)系,將不可微問(wèn)題轉(zhuǎn)化為解析的方式進(jìn)行,得到最小一乘法逼近的近似解;二是用解方程組的方式獲得其逼近的最佳解,將近似解上升為最佳解。
設(shè)最佳參數(shù)為a*,給a*一個(gè)微偏離a*=a+δa,當(dāng)δa充分小時(shí):
設(shè)擬合曲線為p(t)=a1+a2t+a3t2,則:
式中δa1,δa2,δa3作為迭代過(guò)程的微變量,服從ai(k+1)=ai(k)+δai,i=1,2,3;k=0,1,…
具體步驟如下:
(1)設(shè)定初始值a(0),可取最小二乘估計(jì)值或自定義;
(2)迭代足夠多k次后,將總數(shù)為m個(gè)絕對(duì)值偏差值作由小至大排列,取前n個(gè)對(duì)應(yīng)的(ti,pi)構(gòu)成一個(gè)方程組,代入pi-p(ti,a*)=0解出參數(shù)a*;
(3)分別計(jì)算
(4)若
以上所述僅是本發(fā)明實(shí)施例的具體實(shí)施方式,使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解或?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的,本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下,在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此,本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例,而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
應(yīng)當(dāng)理解的是,本申請(qǐng)并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的內(nèi)容,并且可以在不脫離其范圍進(jìn)行各種修改和改變。本申請(qǐng)的范圍僅由所附的權(quán)利要求來(lái)限制。