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基于PCC-LSTM模型的短期负荷预测方法

刘倩倩 刘钰山 温烨婷 何杰 李晓 毕大强

刘倩倩, 刘钰山, 温烨婷, 等 . 基于PCC-LSTM模型的短期负荷预测方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2022, 48(12): 2529-2536. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2021.0145
引用本文: 刘倩倩, 刘钰山, 温烨婷, 等 . 基于PCC-LSTM模型的短期负荷预测方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2022, 48(12): 2529-2536. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2021.0145
LIU Qianqian, LIU Yushan, WEN Yeting, et al. Short-term load forecasting method based on PCC-LSTM model[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2022, 48(12): 2529-2536. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2021.0145(in Chinese)
Citation: LIU Qianqian, LIU Yushan, WEN Yeting, et al. Short-term load forecasting method based on PCC-LSTM model[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2022, 48(12): 2529-2536. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2021.0145(in Chinese)

基于PCC-LSTM模型的短期负荷预测方法

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2021.0145
基金项目: 

中央高校基本科研业务费专项资金 KG16076201

电力系统及大型发电设备安全控制和仿真国家重点实验室开放课题 SKLD20M05

详细信息
    通讯作者:

    刘钰山, E-mail: yushan_liu@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: V247; TP183

Short-term load forecasting method based on PCC-LSTM model

Funds: 

The Fundamental Research Funds for the Central Universities KG16076201

Project Funded by the State Key Laboratory of Safety Control and Simulation for Power Systems and Large Power Generation Equipment SKLD20M05

More Information
  • 摘要:

    短期负荷预测是电网合理调度和平稳运行的基础。为提高短期负荷预测精度,提出了一种基于Pearson相关系数(PCC)和长短期记忆(LSTM)神经网络的短期负荷预测方法。该方法运用Pearson相关性分析对原始多维输入变量组成的时间序列进行相关性分析,选取与电力负荷数据相关性较大的影响因素作为输入量,实现原始数据的降维和选优;再通过LSTM神经网络结合Adam优化算法,对与电力负荷相关性较大的影响因素和负荷实际输出序列之间的非线性关系建立网络模型。以嘉捷BOX和重庆丽苑维景国际大酒店的负荷数据作为实际算例,并与Prophet、LSTNet、门控循环(GRU)神经网络模型方法进行对比。结果表明:所提PCC-LSTM模型预测精度均在91%以上,最高可达95.44%,有效提高了负荷预测的精度。

     

  • 图 1  LSTM神经网络结构

    Figure 1.  Structure diagram of LSTM neural network

    图 2  PCC-LSTM模型

    Figure 2.  PCC-LSTM model

    图 3  嘉捷BOX PCC-LSTM模型2020年12月1日预测结果

    Figure 3.  Predicted curve of PCC-LSTM model of Jiajie BOX on December 1, 2020

    图 4  嘉捷BOX PCC-LSTM模型2020年12月2日预测结果

    Figure 4.  Predicted curve of PCC-LSTM model of Jiajie BOX on December 2, 2020

    图 5  嘉捷BOX PCC-LSTM模型2020年12月3日预测结果

    Figure 5.  Predicted curve of PCC-LSTM model of Jiajie BOX on December 3, 2020

    图 6  嘉捷BOX PCC-LSTM模型2020年12月4日预测结果

    Figure 6.  Predicted curve of PCC-LSTM model of Jiajie BOX on December 4, 2020

    图 7  嘉捷BOX 2020年12月3日负荷预测结果对比

    Figure 7.  Comparison of load forecasting results of Jiajie BOX on December 3, 2020

    图 8  重庆丽苑维景国际大酒店PCC-LSTM模型2020年12月3日预测结果

    Figure 8.  Predicted curve of PCC-LSTM model of Chongqing International Grand Metropark Liyuan Hotel on December 3, 2020

    图 9  重庆丽苑维景国际大酒店PCC-LSTM模型2020年12月4日预测结果

    Figure 9.  Predicted curve of PCC-LSTM model of Chongqing International Grand Metropark Liyuan Hotel on December 4, 2020

    图 10  重庆丽苑维景国际大酒店PCC-LSTM模型2020年12月5日预测结果

    Figure 10.  Predicted curve of PCC-LSTM model of Chongqing International Grand Metropark Liyuan Hotel on December 5, 2020

    图 11  重庆丽苑维景国际大酒店PCC-LSTM模型2020年12月6日预测结果

    Figure 11.  Predicted curve of PCC-LSTM model of Chongqing International Grand Metropark Liyuan Hotel on December 6, 2020

    图 12  重庆丽苑维景国际大酒店2020年12月5日负荷预测结果对比

    Figure 12.  Comparison of load forecasting results of Chongqing International Grand Metropark Liyuan Hotel on December 5, 2020

    表  1  相关系数范围

    Table  1.   Range of correlation coefficients

    相关程度 系数范围
    无关
    0~0.2
    弱相关 0.2~0.5
    强相关 0.5~1
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    表  2  嘉捷BOX影响因素相关性分析

    Table  2.   Correlation analysis of influencing factors of Jiajie BOX

    影响因素 工作日 节假日 天气 温度 湿度
    用电量
    相关性
    0.320** -0.027 3 -0.222** -0.372**
    注:“**”在0.01级别(双尾),相关性显著;“—”由于至少有一个变量为常量,因此无法进行计算。
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    表  3  重庆丽苑维景国际大酒店影响因素相关性分析

    Table  3.   Correlation analysis of influencing factors of Chongqing International Grand Metropark Liyuan Hotel

    影响因素 工作日 节假日 天气 温度 湿度
    用电量
    相关性
    -0.022 7 -0.089** 0.100** -0.313**
    注:“**”在0.01级别(双尾),相关性显著;“—”由于至少有一个变量为常量,因此无法进行计算。
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    表  4  嘉捷BOX PCC-LSTM模型预测结果yMAPEyRMSE对比

    Table  4.   Comparison of yMAPE and yRMSE of prediction results with PCC-LSTM model of Jiajie BOX

    日期 yMAPE/% yRMSE
    2020年12月1日 6.086 70.302
    2020年12月2日 5.402 77.228
    2020年12月3日 4.781 56.796
    2020年12月4日 4.892 49.412
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    表  5  不同方法嘉捷BOX日负荷预测结果比较

    Table  5.   Comparison of results of daily load forecasting by different methods of Jiajie BOX

    模型/方法 yMAPE/% yRMSE 计算时间/h
    Prophet 26.931 249.61 0.02
    LSTNet 11.497 154.051 20.16
    GRU 7.583 104.751 1.56
    PCC-LSTM 4.562 54.685 2
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    表  6  重庆丽苑维景国际大酒店PCC-LSTM模型预测结果yMAPEyRMSE对比

    Table  6.   Comparison of yMAPE and yRMSE of prediction results with PCC-LSTM model of Chongqing International Grand Metropark Liyuan Hotel

    日期 yMAPE/% yRMSE
    2020年12月3日 8.047 28.661
    2020年12月4日 7.756 25.084
    2020年12月5日 4.761 18.823
    2020年12月6日 6.261 24.132
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    表  7  不同方法重庆丽苑维景国际大酒店日负荷预测结果比较

    Table  7.   Comparison of results of daily load forecasting by different methods of Chongqing International Grand Metropark Liyuan Hotel

    模型/方法 yMAPE/% yRMSE 计算时间/h
    Prophet 13.021 49.532 0.02
    LSTNet 18.689 60.934 21.1
    GRU 5.069 23.03 2.53
    PCC-LSTM 4.866 20.266 3.1
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-03-25
  • 录用日期:  2021-07-03
  • 网络出版日期:  2021-07-14
  • 整期出版日期:  2022-12-20

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