基于VPSO-ELman神经网络的配电网短期负荷预测研究

基于VPSO-ELman神经网络的配电网短期负荷预测研究

论文摘要

配电网短期负荷预测的精确性直接影响到电力系统配网的规划、调度运行、生产计划和优质供电。在用电管理逐步市场化的今天,短期负荷预测也成为一个供电企业能否走向现代化的重要标志之一。所以,寻求一种能实现最优精度的负荷预测方法具有重要的研究意义和实用价值。本文针对负荷数据可能由于SCADA设备故障或者其他因素影响带来的异常值情况,采用数理统计学的方法进行异常辨识,并且采用三点平滑修正法对异常数据进行修正。通过实例验证,该方法具有编程简单、快速和工作量小的优点,通过该算法处理后的数据参与样本训练,大大提高了负荷的预测精度。人工神经网络作为一种智能方法,近些年来,已经被广泛应用于电力系统短期负荷预测,并且取得了良好的效果。但是,在大量的应用中,主要采用的是BP神经网络,这是一种静态的神经网络,用于预测动态的负荷过程,容易陷入局部最小点,预测精度很难有实质性的提高。本文提出采用具有动态递归性的ELman神经网络模型,模型算法采用BP算法,并对BP算法加以改进,提出了自适应学习速率和附带动量法的BP算法。应用改进后的BP算法可以既反映短期负荷的非线性特性又能反映负荷的动态过程,且可以在一定程度上提高ELman算法的收敛速度和避免在训练过程中陷入局部最小点。通过对山东电网某市配网的负荷数据研究分析,并应用这些数据对网络训练,进行预测一日12点负荷值,通过比较,证明了ELman模型优于BP模型。针对ELman神经网络仍然采用BP算法这一事实,在大规模的负荷预测过程中,将仍不可避免BP算法一些固有的缺陷,本文采用速度变异的粒子群优化算法(VPSO)对ELman神经网络进行优化训练。该算法是在原有粒子群优化算法的基础上,当粒子的速度低于某一阀值时,对粒子施加适当的冲量,使粒子速度重新初始化,位置重新定位,这样就能避免粒子群优化算法陷入局部最优的缺陷,实现全局最优。应用VPSO算法对ELman神经网络的优化,就是把神经网络各个连接层之间的权值和阀值作为变异粒子群的粒子,对这些阀值和权值初始分布进行优化,当寻优到一个较好的位置后,在用神经网络进行局部优化。经过优化的ELman模型可以最大程度的避免收敛速度慢,陷入局部最小解等缺陷。通过地区电网负荷的MATLAB预测实例证实了所提出方法的有效性,获得了较高的预测精度,平均绝对误差达到1.073%,最大的相对误差达到2.12%,性能明显优于单一的ELman神经网络模型预测结果,完全满足短期负荷预测的要求。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 电力系统负荷预测
  • 1.1.1 配网系统负荷预测的意义
  • 1.1.2 配网系统负荷预测的分类
  • 1.2 负荷预测的特点及原理
  • 1.2.1 负荷预测的特点
  • 1.2.2 负荷预测的原理
  • 1.3 国内外的研究现状
  • 1.3.1 经典预测技术
  • 1.3.2 传统负荷预测技术
  • 1.3.3 智能预测技术
  • 1.4 本文主要工作
  • 第二章 电力系统负荷分析及预测技术
  • 2.1 电力系统负荷的构成与负荷特性
  • 2.2 负荷周期性曲线
  • 2.2.1 日负荷曲线
  • 2.2.2 周负荷曲线
  • 2.2.3 月负荷曲线
  • 2.2.4 负荷曲线的连续性与波动性
  • 2.3 电力负荷预测基础知识
  • 2.3.1 影响负荷的因素
  • 2.3.2 负荷预测的基本程序
  • 2.3.3 负荷预测的基本要求
  • 2.4 负荷预测的误差
  • 2.4.1 误差产生的原因
  • 2.4.2 误差指标分类及标准
  • 2.5 短期负荷预测的特性分析
  • 2.6 本章小结
  • 第三章 负荷预测数据处理
  • 3.1 负荷坏数据查找
  • 3.2 原始数据的预处理
  • 3.3 实例分析
  • 3.3.1 数据处理流程步骤
  • 3.3.2 算例分析
  • 3.4 本章小结
  • 第四章 基于MATLAB神经网络工具箱的短期负荷预测
  • 4.1 神经网络理论概述
  • 4.2 BP神经网络理论
  • 4.2.1 BP神经网络的原理
  • 4.2.2 BP神经网络算法
  • 4.2.3 BP神经网络算法的改进
  • 4.2.4 BP神经网络的设计
  • 4.3 ELman神经网络
  • 4.3.1 ELman神经网络的训练
  • 4.3.2 ELman神经网络预测流程
  • 4.4 算例仿真分析
  • 4.4.1 短期负荷预测系统建模
  • 4.4.2 基于MATLAB实现短期电力负荷预测
  • 4.4.3 预测结果比较
  • 4.5 本章小结
  • 第五章 VPSO-ELman神经网络负荷预测
  • 5.1 VPSO算法介绍
  • 5.1.1 PSO算法介绍
  • 5.1.2 粒子群算法数学描述
  • 5.1.3 粒子群优化算法参数设置
  • 5.1.4 粒子群优化算法步骤
  • 5.2 变异粒子群优化算法
  • 5.2.1 VPSO算法介绍
  • 5.2.2 VPSO优化算法实现步骤
  • 5.3 基于VPSO算法的ELman神经网络
  • 5.3.1 VPSO-ELman神经网络学习算法介绍
  • 5.3.2 VPSO-ELman神经网络算法流程
  • 5.4 实例分析
  • 5.4.1 仿真模型建立
  • 5.4.2 结果分析
  • 5.5 本章小结
  • 第六章 结论与展望
  • 6.1 研究结论
  • 6.2 预测工作的展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读学位期间发表的学术论文目录
  • 学位论文评阅及答辩情况表
  • 相关论文文献

    • [1].基于改进的VPSO-ELman神经网络的短期负荷预测[J]. 东北电力技术 2018(12)

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