CN107423847B - 一种分布式智能配电网的电力负荷预测方法 - Google Patents

一种分布式智能配电网的电力负荷预测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分布式智能配电网的电力负荷预测方法,包括:获取历史电力负荷数组;对所述历史电力负荷数组进行降噪处理;根据所述降噪处理后的历史电力负荷数组采用灰度模型进行电力负荷预测。由此,降低了数据的起伏性和随机性,从而提高了预测的准确性。

Description

一种分布式智能配电网的电力负荷预测方法
技术领域
本发明涉及智能配电网技术领域,具体涉及一种分布式智能配电网的电力负荷预测方法。
背景技术
输电网是通过高压、超高压输电线将发电厂与变电所、变电所与变电所连接起来,完成电能传输的电力网络.又称为电力网中的主网架。配电网是从输电网或地区发电厂接受电能.通过配电设施就地或逐级分配给用户的电力网。配电网按照电压等级可分为高压配电网、中压配电网和低压配电网;按照地域服务对象可分为城市配电网和农村配电网;按照配电线路类型可分为架空配电网和电缆配电网。
智能配电网系统是利用现代电子技术、通讯技术、计算机及网络技术,将配电网在线数据和离线数据、配电网数据和用户数据、电网结构和地理图形进行信息集成,实现配电系统正常运行及事故情况下的监测、保护、控制、用电和配电管理的智能化。
由于配电网数据量巨大、数据流动快,受不同因素的影响,数据存在一定的起伏性与随机性,从而导致分布式智能配电网系统对电力负荷预测的准确度降低。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例提供了一种分布式智能配电网的电力负荷预测方法,以解决分布式智能配电网系统对电力负荷预测的准确度降低的问题。
本发明实施例提供了一种分布式智能配电网的电力负荷预测方法,包括:获取历史电力负荷数组;对所述历史电力负荷数组进行降噪处理;根据所述降噪处理后的历史电力负荷数组采用灰度模型进行电力负荷预测。
可选的,所述对所述历史电力负荷数组进行降噪处理,包括:根据当前预测是预测工作日或非工作日,剔除所述历史电力负荷数组中的非工作日电力负荷数据或工作日电力负荷数据;平滑处理所述历史电力负荷数组。
可选的,所述历史电力负荷数组是Y(0)=(y(0)(1),y(0)(2),…y(0)(i),…y(0)(n)),其中,n是所述数组的长度,i=1,2,…,n,y(0)(i)是第i个电力负荷数据,所述平滑处理所述历史电力负荷数组,包括:
判断y(0)(i)是否在
Figure BDA0001324245330000021
范围内;
当y(0)(i)在所述范围内,进行赋值使x(0)(i)=y(0)(i);
当y(0)(i)不在所述范围内,进行赋值使
Figure BDA0001324245330000022
重复所述判断和赋值步骤,直至所述历史电力负荷数组中所有的电力负荷数据都已被处理;
获取第一电力负荷数组X(0)=(x(0)(1),x(0)(2),…x(0)(i)…,x(0)(n))。
可选的,所述根据所述降噪处理后的历史电力负荷数组采用灰度模型进行电力负荷预测,包括:
通过一次累加法根据所述第一电力负荷数组X(0)生成第二电力负荷数组X(1),所述X(1)=(x(1)(1),x(1)(2),…x(1)(k)…x(1)(n)),其中,
Figure BDA0001324245330000026
根据所述第一电力负荷数组X(0)和第二电力负荷数组X(1)生成参数矩阵B与常数项向量Yn,所述
Figure BDA0001324245330000024
所述
Figure BDA0001324245330000025
其中,
Figure BDA00013242453300000312
通过最小二乘法根据所述参数矩阵B与常数项向量Yn获取灰度参数
Figure BDA00013242453300000313
所述
Figure BDA0001324245330000032
根据公式(1)和公式(2)求解发展参数a和协调系数u
Figure BDA0001324245330000033
Figure BDA0001324245330000034
根据所述发展参数a和协调系数u获取时间响应函数
Figure BDA0001324245330000035
Figure BDA0001324245330000036
其中,k=0,1,2…;
通过一次累减还原得到离散形式的时间响应函数
Figure BDA0001324245330000037
Figure BDA0001324245330000038
其中,当k>n时,
Figure BDA0001324245330000039
即为预测的第n+1个电力负荷数据y(0)(n+1)。
可选的,所述根据所述降噪处理后的历史电力负荷数组采用灰度模型进行电力负荷预测之后,还包括数据更新,所述数据更新包括:
判断预测的所述电力负荷数据y(0)(n+1)是否在阈值范围C内,所述
Figure BDA00013242453300000310
其中,i=1,2,…,n;
当y(0)(n+1)在所述C范围内,将y(0)(n+1)插入到所述历史电力负荷数组Y(0)的末尾;
当y(0)(n+1)不在所述C范围内,将所述历史电力负荷数组的均值
Figure BDA00013242453300000311
插入到所述历史电力负荷数组Y(0)的末尾,将第一个值y(0)(1)去除,得到新的电力负荷数组Y(0)=(y(0)(2),y(0)(3),…,y(0)(n),y(0)(n+1))。
可选的,依次重复所述数据更新和电力负荷预测的步骤,直至预测结束。
本发明实施例的分布式智能配电网的电力负荷预测方法,通过对历史电力负荷数组(原始数据)的降噪处理,降低了数据的起伏性和随机性,从而提高了预测的准确性;进一步的,通过对背景值的优化和自适应的数据更新,能进一步的提高预测的准确性。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点,附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制,在附图中:
图1是本发明实施例的一种分布式智能配电网的电力负荷预测方法的流程图;
图2是图1所示的电力负荷预测方法的步骤3的具体流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1所示,本发明实施例提供了一种分布式智能配电网的电力负荷预测方法,适用于例如配电网监控服务器,包括:
S1.获取历史电力负荷数组;
具体地,历史电力负荷数组是由未经处理的原始数据构成的序列,例如,历史电力负荷数组Y(0)=(y(0)(1),y(0)(2),…y(0)(i),…y(0)(n)),其中,n是所述数组的长度,即有n个单独的数据,i=1,2,…,n,y(0)(i)是第i个电力负荷数据;例如获取最近20天的电力负荷数据Y(0):(9117.6,9112.3,9227.6,9022.6,9111.3,9212.3,9022.8,8896.3,8792.3,9110.3,9122.3,8936.2,9177.6,9111.6,8788.6,8778.6,9005.8,9210.7,8997.2,9102.3)。
S2.对所述历史电力负荷数组进行降噪处理;
具体地,降噪处理可以包括以下的至少一个步骤:
(1)根据预测情况,使用工作日与非工作日填充原始数据。
考虑节假日和周末电力负荷数据跟工作日电力负荷存在一定的差异,因此,在预测时分两种情况进行,若预测工作日的电力负荷,则输入时剔除节假日和周末的数据信息,保证连续输入的数据均为工作日的数据,若预测节假日或周末的电力负荷时,则只输入节假日或周末的数据。
(2)平滑处理数据。可选的,可在上述步骤(1)后,再执行本步骤。该平滑处理可具体包括:
判断y(0)(i)是否在
Figure BDA0001324245330000051
范围内;
当y(0)(i)在所述范围内,则认为其不是噪声,进行赋值使x(0)(i)=y(0)(i);
当y(0)(i)不在所述范围内,则认为其是噪声,进行赋值使
Figure BDA0001324245330000052
Figure BDA0001324245330000053
重复所述判断和赋值步骤,直至所述历史电力负荷数组中所有的电力负荷数据都已被处理;
把经过预处理后的Y(0)序列赋值给预测训练序列(或称第一电力负荷数组)X(0),得到X(0)=(x(0)(1),x(0)(2),…x(0)(i)…,x(0)(n))。
上述预处理可使用滑动平均算法代替。但滑动平均算法无法高效地抑制数据突变的干扰,不能有效解决数据起伏过大的现象,导致预测精度降低,同时也无法避免工作日与节假日之间数据的差别。而经过数据筛选与出噪的数据预处理,能解决数据突变的问题,在降低原始数据的随机性和起伏性的同时,也提高了预测的准确性。
S3.根据所述降噪处理后的历史电力负荷数组采用灰度模型进行电力负荷预测。
具体地,可利用历史电力负荷数组生成灰度模型,即可根据前n个数据,预测第n+1数据,即y(0)(n+1)。
本发明实施例的分布式智能配电网的电力负荷预测方法,通过对历史电力负荷数组(原始数据)的降噪处理,降低了数据的起伏性和随机性,从而提高了预测的准确性。
在一些可选的实施例中,如图2所示,上述步骤S3.根据所述降噪处理后的历史电力负荷数组采用灰度模型进行电力负荷预测,可以具体包括:
S31.通过一次累加法根据上述第一电力负荷数组X(0)生成第二电力负荷数组X(1)
具体地,X(1)=(x(1)(1),x(1)(2),…x(1)(k)…x(1)(n)),其中,
Figure BDA0001324245330000061
k=1,2,…,n;i=1,2,…,k;
S32.求解灰度模型的发展参数a和协调参数u;
具体地,包括:
(1)求得背景值Z(1)(k),用于求得最小二乘法的参数矩阵B,
Figure BDA0001324245330000062
构建灰度模型所需要的发展参数a反映x(1)以及预测训练序列x(0)的发展趋势,a的大小会直接影响预测结果,如果发展参数较小,会导致拟合和预测效果不佳,如果发展参数过大,导致模型误差较大。而通过优化灰背景值Z(1)(k),能有效解决发展参数a影响预测精度的问题。
(2)生成参数矩阵B与常数项向量Yn
Figure BDA0001324245330000063
(3)用最小二乘法求解灰度参数
Figure BDA0001324245330000065
Figure BDA0001324245330000064
(4)求解发展参数a和协调系数u;
具体地,根据下述公式求解出a和u,
Figure BDA0001324245330000071
Figure BDA0001324245330000072
S33.通过构建灰度模型预测下一时刻的值;
首先,根据以上已得到的a和u,首先求得灰度模型的时间响应函数
Figure BDA0001324245330000073
其中,k=0,1,2…;
然后,一次累减还原得到离散形式的时间响应函数
Figure BDA0001324245330000074
Figure BDA0001324245330000075
其中,当k=0,1,…,n-1时,
Figure BDA0001324245330000076
为原始数据的拟合值,
当k>n时,
Figure BDA0001324245330000077
即为预测的第n+1个电力负荷数据y(0)(n+1)。
S34.判断预测是否结束,若未结束则执行步骤S36,否则结束。
S35.自适应数据更新。
在电力负荷预测中,是由历史时刻的数据向未来时刻进行预测的,预测的时间跨度越长,预测模型将随着时间的推移准确度逐渐降低,导致在长期预测中效果不佳。因此使用自适应数据更新可以进一步提高数据序列的光滑度,减弱异常值的影响,保证原始序列的大致趋势,解决长期预测准确度不高的缺点。
为了减少特殊因素带来的噪声影响,对预测值y(0)(n+1)与阈值范围C进行比较判断后再更新数据,能够进一步提高预测的准确度,其中,阈值范围C表示正常情况下电力负荷的波动范围,
Figure BDA0001324245330000078
其中,i=1,2,…,n;
若预测值y(0)(n+1)满足在C范围内波动,则直接将预测出的结果值y(0)(n+1)插入到预测训练序列Y(0)的末尾,若y(0)(n+1)不满足在阈值C范围内波动,则将原始数据序列的均值
Figure BDA0001324245330000081
插入末尾,然后将第一个值y(0)(1)去除,得到新的原始数据序列Y(0)=(y(0)(2),y(0)(3),…,y(0)(n),y(0)(n+1))。
传统灰度模型在预测时间跨度越大的情况下,预测的效果越差,不适合做长时负荷预测。使用自适应数据更新可以进一步提高数据序列的光滑度,减弱异常值的影响,保证原始序列的大致趋势,解决长期预测准确度不高的缺点。因此,通过动态自适应更新数据,能有效提高准确度。
步骤S35执行后,接下来继续执行步骤S31。
本领域技术人员可以理解,实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(ROM)或随机存储记忆体(RAM)等。
虽然结合附图描述了本发明的实施例,但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型,这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (3)

1.一种分布式智能配电网的电力负荷预测方法,其特征在于,包括:获取历史电力负荷数组;
对所述历史电力负荷数组进行降噪处理;降噪处理包括平滑处理所述历史电力负荷数组Y(0)=(y(0)(1),y(0)(2),…y(0)(i),…y(0)(n)),其中,n是所述数组的长度,i=1,2,....,n,y(0)(i)是第i个电力负荷数据;所述平滑处理所述历史电力负荷数组,包括:
判断y(0)(i)是否在
Figure FDA0003082432590000011
范围内;
当y(0)(i)在所述范围内,进行赋值使x(0)(i)=y(0)(i);
当y(0)(i)不在所述范围内,进行赋值使
Figure FDA0003082432590000012
重复所述判断和赋值步骤,直至所述历史电力负荷数组中所有的电力负荷数据都已被处理;
获取第一电力负荷数组X(0)=(x(0)(1),x(0)(2),…x(0)(i)…,x(0)(n));
根据所述降噪处理后的历史电力负荷数组采用灰度模型进行电力负荷预测,包括:
通过一次累加法根据所述第一电力负荷数组X(0)生成第二电力荷数组X(1),所述X(0)=(x(0)(1),x(0)(2),…x(0)(i)…,x(0)(n)),其中,
Figure FDA0003082432590000013
根据所述第一电力负荷数组X(0)和第二电力负荷数组X(1)生成参数矩阵B与常数项向量Yn,所述
Figure FDA0003082432590000014
所述
Figure FDA0003082432590000015
其中,
Figure FDA0003082432590000016
求得背景值Z(1)(k),通过最小二乘法根据参数矩阵B与常数项向量获取灰度参数
Figure FDA0003082432590000021
根据公式(1)和公式(2)求解发展参数a和协调系数u
Figure FDA0003082432590000022
Figure FDA0003082432590000023
根据所述发展参数a和协调系数u获取时间响应函数;
在所述根据所述降噪处理后的历史电力负荷数组采用灰度模型进行电力负荷预测之后,还包括数据更新,所述数据更新包括:
判断预测的所述电力负荷数据是否在阈值范围C内,所述
Figure FDA0003082432590000024
其中,i=1,2,...,n;;
当y(0)(n+1)在所述C范围内,将y(0)(n+1)插入到所述历史电力负荷数组Y(0)的末尾;
当y(0)(n+1)不在所述C范围内,将所述历史电力负荷数组的均值
Figure FDA0003082432590000025
插入到所述历史电力负荷数组Y(0)的末尾,将第一个值Y(0)(1)去除,得到新的电力负荷数组
Y(0)=(y(0)(2),y(0)(3),…,y(0)(n),y(0)(n+1))
依次重复所述数据更新和电力负荷预测的步骤,直至预测结束。
2.根据权利要求1所述的电力负荷预测方法,其特征在于,所述对所述历史电力负荷数组进行降噪处理,包括:
根据当前预测是预测工作日或非工作日,剔除所述历史电力负荷数组中的非工作日电力负荷数据或工作日电力负荷数据。
3.根据权利要求1所述的电力负荷预测方法,其特征在于,
时间响应函数
Figure FDA0003082432590000031
其中,k=0,1,2...;
通过一次累减还原得到离散形式的时间响应函数
Figure FDA0003082432590000032
其中,当k>n时,
Figure FDA0003082432590000033
即为预测的第n+1个电力负荷数据y(0)(n+1)。
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