目前,电力行业致力于从高速增长转型为高质量发展,正处于转变发展方式和优化供需结构的攻坚期。以引导用户智慧用电、提高用电效率及优化资源配置为目标的电力需求侧管理受到了极大重视。在需求侧用户中,工业企业的耗电量占比较大且呈现递增的趋势。而工业企业对其繁杂且冗余的用电信息缺乏理性认识,导致用电成本增加和电力频频过剩,影响电网的负荷管理。因此,能够帮助企业掌握负荷动态趋势和用电行为的电力负荷预测显得尤为重要。然而,目前大多数负荷预测文献都集中于确定性负荷预测,没有考虑工业负荷的不确定性信息。基于此,论文提出了一种由卷积长短时记忆神经网络(convolutional long short-term memory neural network,ConvLSTM)和混合密度网络(mixture density network,MDN)组成的负荷概率密度预测模型,用于直接预测未来负荷的概率密度函数(probability density function,PDF)。首先,对工业负荷的时间相关性进行Pearson相关性量化分析,得出时间相关性随负荷之间时间跨度的增加而减弱的结论。同时对外部因素(温度因素、日历因素)进行定性分析,探寻它们影响负荷的原因和规律以提高负荷预测的精确度。其次,在保留负荷间相关关系和两个影响因素的基础上,利用滑动窗口提出一种一维数据-二维矩阵的转换方法,使负荷历史数据、温度数据、日历数据等不同类型数据可以方便快捷地用于ConvLSTM-MDN模型的训练过程中,有助于ConvLSTM网络更好地捕获输入数据中的关键特征和隐藏信息。然后,该文根据ConvLSTM和MDN的基本原理和网络结构搭建了新型混合模型,该模型旨在以PDF的形式获取有关未来工业负荷消耗的完整统计信息,可以解决具有强非线性关系、高可变性和严重不确定性的工业负荷的预测问题。最后,对来自中国的有色金属冶炼业数据集、医疗行业数据集和爱尔兰的公共数据集进行综合案例研究,并与八种先进的模型进行比较。实验结果表明,论文模型在确定性评价指标和概率性评价指标上均优于对比模型,具有更强的鲁棒性、更好的泛化性能和更高的预测精度。
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