CN103226736A - 基于聚类分析与灰靶理论的中长期电力负荷预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种基于聚类分析与灰靶理论的中长期电力负荷预测方法,其特点是:充分考虑影响因素之间的相关性并予以消除,解决了其可能导致的预测准确度下降问题,准确分析各因素对于电力负荷的影响程度,提升负荷预测的精度,方法具有较强的适应性,可用于预测年最大负荷、年用电量等电力负荷特性指标。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于聚类分析与灰靶理论的中长期电力负荷预测方法,该方法可用于年最大负荷、年用电量等电力负荷特性指标的中长期预测。
背景技术
开展电力负荷预测是电网企业的一项重要工作,提高电力负荷预测的技术水平,有利于制定合理的电源建设规划,有利于合理安排电网运行方式和机组检修计划,有利于节煤、节油和降低发电成本,有利于计划用电管理,有利于提高电力系统的经济效益和社会效益。
电力负荷预测的研究经历了较长的过程,并形成了一些传统预测方法,但随着对预测精度要求的提升,同时受到负荷自身不确定性特征的影响,传统预测方法难以做出更高精度的预测。影响电力负荷的相关因素众多,且具有较强的不确定性和随机性,各因素间也存在着一定的相关性,因此当使用传统方法进行电力负荷预测时,在确定影响因素对被预测量的影响程度方面,由于影响因素之间的强相关性很可能导致信息重叠,使预测模型的准确度下降。迄今,尚未见有关基于聚类分析与灰靶理论的中长期电力负荷预测方法的文献报道和实际应用。
发明内容
本发明的目的是提供的一种能够充分考虑影响因素之间的相关性并予以消除,准确分析各因素对于电力负荷的影响程度,提升电力负荷预测精度与准度的基于聚类分析与灰靶理论的中长期电力负荷预测方法。
为实现上述目的,所采用的技术方案是:基于聚类分析与灰靶理论的中长期电力负荷预测方法,其特征在于,它包括以下步骤:
(1)样本的分类与筛选
确定预测量的影响因素,观测各影响因素的样本数据,分析样本的模糊相似关系,根据样本的独特性、相似性、亲疏程度进行分类与筛选,
1)观测样本数据
设有m个样本,每个样本包括持续观测得到的n个样本元素,观测数据矩阵X如下:
式中,下标i表示第i个样本,下标j表示第j个时间段,x i 表示第i个样本序列,x ij 表示观测数据矩阵X的样本元素,
将样本元素转化为标么值,计算方式如下:
2)定义样本距离
样本距离是两个样本之间的欧氏距离,计算方式如下:
(4)
式中,d pq 表示样本p和样本q之间的距离,
3)聚类与筛选
每个样本自成一类,分别计算类与类之间的距离,
观察各类之间的距离,将距离小于0.2的类合并,新类的样本元素为所合并类的对应元素平均值,其他类保留,组成观测矩阵X的简化矩阵F;
(2)计算权重系数
根据聚类结果构造标准模式,对样本进行统一测度变换,分别计算各样本的靶心度和权重系数,
1)构造标准模式
对极大值极性指标,取,
2)统一测度变换
3)权重系数计算
式中,Δ ij 表示样本元素y ij 与标准值y j *之间的距离,
(3)回归预测
采用回归预测法,建立多元线性回归模型,
式中,Z表示预测量,F是步骤(1)的计算结果,K是步骤(2)的计算结果。
本发明提出的一种基于聚类分析与灰靶理论的中长期电力负荷预测方法能够通过模糊聚类与灰靶理论的综合应用对影响因素进行筛选、整合、分类,并确定权重系数,其优点体现在:
1.充分考虑影响因素之间的相关性并予以消除,解决了其可能导致的预测准确度下降问题;
2. 准确分析各因素对于电力负荷的影响程度,提升负荷预测的精度;
3. 方法科学合理,具有较强的适应性,可用于预测年最大负荷、年用电量等多种电力负荷特性指标。
附图说明
图1为基于聚类分析与灰靶理论的中长期电力负荷预测方法流程图;
图2为聚类分析结果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明基于聚类分析与灰靶理论的中长期电力负荷预测方法作进一步说明。
图1为基于聚类分析与灰靶理论的中长期电力负荷预测方法流程图,使用本方法开展中长期电力负荷预测,首先应确定预测量及其影响因素;其次,通过观测获取各影响因素在一定时间范围内的样本数据,建立样本数据的模糊相似关系,分析各样本的独特性、相似性与亲疏程度等特征,对近似样本进行归并、分类与筛选;然后,依据分类结果,构造标准模式,对样本序列进行统一测度变换,计算各样本序列的靶心度和权重系数;最后,以样本分类结果为自变量,建立预测量的回归预测模型,开展负荷预测。
以某电网的年最大负荷预测为例,若其影响因素为按照行业用电分类标准划分的八个主要行业年用电量,表1为预测量与影响因素连续十年的观测值。
表1 某电网年最大负荷及主要行业年用电量
本发明基于聚类分析与灰靶理论的中长期电力负荷预测方法包括以下步骤:
(1)样本的分类与筛选
确定预测量的影响因素,观测各影响因素的样本数据,分析样本的模糊相似关系,根据样本的独特性、相似性、亲疏程度进行分类与筛选,
1)观测样本数据
设有m个样本,每个样本包括持续观测得到的n个样本元素,观测数据矩阵X如下:
式中,下标i表示第i个样本,下标j表示第j个时间段,x i 表示第i个样本序列,x ij 表示观测数据矩阵X的样本元素,
本例有8个样本,每个样本包括持续观测得到的10个样本元素,观测数据矩阵X如下:
将样本元素转化为标么值,计算方式如下:
则有:
(5)
2)定义样本距离
样本距离是两个样本之间的欧氏距离,计算方式如下:
式中,d pq 表示样本p和样本q之间的距离,
3)聚类与筛选
每个样本自成一类,分别计算类与类之间的距离,
聚类结果如图2所示,将距离小于0.2的类合并,其他类保留,则农林业、其他行业、交通业、商业和地质勘探业五个行业年用电量样本合并为一类,居民用电、建筑用电、工业用电三类保留,所有样本分为四类,共同组成观测矩阵的简化矩阵F:
(7)
(2)计算权重系数
根据聚类结果构造标准模式,对样本进行统一测度变换,分别计算各样本的靶心度和权重系数,
1)构造标准模式
2)统一测度变换
3)权重系数计算
式中,Δ ij 表示样本元素y ij 与标准值y j *之间的距离,
(3)回归预测
采用回归预测法,建立多元线性回归模型,
式中,Z表示预测量,F是步骤(1)的计算结果,K是步骤(2)的计算结果,
依据本例数据,连续五年的预测结果分别为:
经观测该电网此后连续五年的最大负荷观测值为:
对比发现,使用本方法对某电网年最大负荷进行预测,平均误差率为0.97%,预测精度与准确度较高,可见,本方法科学合理、切实可行,具有较强的实用性和有效性。
Claims (1)
1. 基于聚类分析与灰靶理论的中长期电力负荷预测方法,其特征在于,它包括以下步骤:
(1)样本的分类与筛选
确定预测量的影响因素,观测各影响因素的样本数据,分析样本的模糊相似关系,根据样本的独特性、相似性、亲疏程度进行分类与筛选,
1)观测样本数据
设有m个样本,每个样本包括持续观测得到的n个样本元素,观测数据矩阵X如下:
式中,下标i表示第i个样本,下标j表示第j个时间段,x i 表示第i个样本序列,x ij 表示观测数据矩阵X的样本元素,
将样本元素转化为标么值,计算方式如下:
2)定义样本距离
样本距离是两个样本之间的欧氏距离,计算方式如下:
式中,d pq 表示样本p和样本q之间的距离,
3)聚类与筛选
每个样本自成一类,分别计算类与类之间的距离,
观察各类之间的距离,将距离小于0.2的类合并,新类的样本元素为所合并类的对应元素平均值,其他类保留,组成观测矩阵X的简化矩阵F;
(2)计算权重系数
根据聚类结果构造标准模式,对样本进行统一测度变换,分别计算各样本的靶心度和权重系数,
1)构造标准模式
对极小值极性指标,取,
2)统一测度变换
3)权重系数计算
式中,Δ ij 表示样本元素y ij 与标准值y j *之间的距离,
分别计算各样本的权重系数,得到系数矩阵;
(3)回归预测
采用回归预测法,建立多元线性回归模型,
式中,Z表示预测量,F是步骤(1)的计算结果,K是步骤(2)的计算结果。
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