一种基于数据驱动的工业园多元负荷预测模型制造技术

一种基于数据驱动的工业园多元负荷预测模型，属电网运行管理领域。包括进行工业园区用能特性分析；采用“离线训练+在线应用”的方式构建工业园区电、热、冷多元负荷预测神经网络模型；考虑电、气、热三种能源的能源特性以及能量流特点，对综合能源系统的发、输、转、储、荷五个环节进行稳态模型的构建，建立区域综合能源枢纽的通用性模型，为区域综合能源系统优化调度打好基础。本发明专利技术可广泛用于区域综合能源系统的优化调度领域。系统的优化调度领域。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数据驱动的工业园多元负荷预测模型


[0001]本专利技术属于电网运行管理领域，尤其涉及一种基于数据驱动的工业园多元负荷预测模型。

技术介绍

[0002]电力行业作为消耗一次能源最多的社会发展基础性行业之一，其发展对能源结构的影响不言而喻。
[0003]我国正由传统煤电向含多种清洁能源的能源体系转型，逐步形成了天然气、风能、光伏等多种能源并举的局面，能够满足多能互补协调运行的综合能源系统逐渐成为了研究热点。
[0004]利用综合能源系统可以提高能源利用率，开发可再生能源，促进节能减排，对我国在能源领域的发展具有重大意义。综合能源服务具有电为核心、多能互补、清洁高效等特点，符合未来能源产业智能清洁的趋势。售电企业及其他类型的能源企业可以将原本单一种类的能源服务业务转化为电、气、热等多种能源综合供应的服务模型。
[0005]工业园区建设是加快工业化和城市化进程的重要举措。
[0006]工业园区综合能源系统是结合了多种能源的多能流耦合系统，整合区域的热、冷、电、气等能源实现多种形式的供能、能量转换和储能，可以进一步减轻环境污染压力，使多种能源耦合，提高能源利用效率，充分利用可再生能源。
[0007]与综合能源系统相关的技术研究、建模仿真研究相比，综合能源系统的评价研究十分匮乏。在综合能源系统工程建设发展的过程中，评价环节的不完善会造成反馈环节无法及时有效地发挥指引的作用，无法形成良好的综合能源系统工程建设的发展机制。构建工业园区综合能源系统评价方法可有效提升综合能源系统项目管理水平，为制定统一、完整的评价标准提供帮助，同时为政策制订和项目立项提供依据。
[0008]相较于综合能源园区的能量耦合建模、优化目标、核心技术等研究内容，目前国内学者对于综合能源园区发展评估指标以及针对工业园区的低碳经济运行策略、能效低碳化管理机制相对较少。

技术实现思路

[0009]本专利技术所要解决的技术问题是提供一基于数据驱动的工业园多元负荷预测模型。其考虑电、气、热三种能源的能源特性以及能量流特点，对综合能源系统的发、输、转、储、荷五个环节进行稳态模型的构建，建立了区域综合能源枢纽的通用性模型，为接下来进行区域综合能源系统优化调度打下了良好的基础。
[0010]本专利技术的技术方案是：提供一种基于数据驱动的工业园多元负荷预测模型，包括对工业园内各类负荷的性质和用户用能行为特点进行分类和分析，其特征是：
[0011]1)进行工业园区用能特性分析：
[0012]工业园区相同类型区域内的楼宇建筑或活动场所往往具备某些特殊或专一功能，
其用能行为往往具有相似性，而不同类型区域内的建筑物类型及其规模通常不一样；这直接对用户用能习惯、能源终端用途和各种能源利用比例造成影响；此外，用户用能行为也会受到设备事故和检修、重大文体活动等突发事件影响；
[0013]2)采用“离线训练+在线应用”的方式构建工业园区电、热、冷多元负荷预测神经网络模型：
[0014]在传统能源集线器的基础之上，采用模型燃气轮机和热电联产机组进行建模；
[0015]采用储热装置对热能响应时间量级进行扩展，保证同电和天然气能够较为统一的进行调度；
[0016]在能源转换环节，不只依赖考虑能源转换的效率的能源集线器模型，而是考虑燃气轮机和CHP机组的能源耦合特性；
[0017]在能源传输环节进行网格线性化处理，以有效地减小求解系统调度问题的复杂度；
[0018]3)考虑电、气、热三种能源的能源特性以及能量流特点，对综合能源系统的发、输、转、储、荷五个环节进行稳态模型的构建，建立区域综合能源枢纽的通用性模型，为区域综合能源系统优化调度打好基础。
[0019]具体的，所述的采用“离线训练+在线应用”的方式构建工业园区电、热、冷多元负荷预测神经网络模型，首先通过高性能服务器对模型进行离线构建和训练，然后将训练好的模型复制到对应的用户侧计算机或终端设备中进行在线应用；
[0020]其中，离线训练阶段通过LSTM
‑
MTL网络学习多个输入特征和多元负荷间的映射关系；在线应用将当前时刻的特征输入训练好的LSTM
‑
MTL模型中快速得到下一时刻的多元负荷预测结果。
[0021]进一步的，其离线构建模型的具体步骤如下：
[0022]1)网络结构超参数选择：
[0023]首先依据所建立模型特征确定部分超参数，然后对剩余超参数采用随机追踪法，利用不同超参数子空间对网络收敛速度影响程度不同，选择不同的搜索范围，以加快参数选择效率；
[0024]2)网络模型训练：
[0025]将多维特征向量作为输入，负荷预测数值作为输出，自底向上训练网络，直至迭代到预设次数为止；通过多个隐含层逐层将原始数据集中的低维特征转化为高维特征，使模型学习到隐含映射关系；
[0026]3)网络参数调优：
[0027]采用Adam优化算法将验证集特征量输入训练后的LSTM
‑
MTL网络中，将输出的多元负荷预测结果与真实值进行对比并计算损失函数，依据损失函数逐代调整网络参数；
[0028]4)性能评估：
[0029]选用平均绝对百分比误差MAPE指标L
MAPE
、平均精度MA指标L
MA
和权重平均精度指标L
WMA
为评价指标；其具体评价指标表达式如下：
[0030][0031]L
MA
＝1
‑
L
MAPE
[0032][0033]式中：和分别为第i时刻的负荷真实值和预测值；n为样本数量；α
ele
、α
heat
、α
cool
分别为电、热、冷负荷的权重；分别为电、热、冷负荷的MA值。
[0034]更进一步的，公式中电、热、冷各子目标权重系数取值分别为0.4、0.3、0.3。
[0035]具体的，所述构建工业园区电、热、冷多元负荷预测神经网络模型，包括选择模型结构和构建共享学习层；
[0036]1)采用硬共享机制进行工业园区多元负荷预测模型网络结构设计；
[0037]2)在共享学习层构建过程中，采用具有记忆特性的长短时记忆神经网络来搭建共享学习层；
[0038]LSTM在每个神经元内部添加了遗忘门、输入门和输出门，并且增加了一条代表长期记忆的信息流，具体计算过程如下列各式所示：
[0039]遗忘门：
[0040]f
t
＝σ(W
f
·
[h
t
‑1,x
t
]+b
f
)
[0041]输入门：
[0042][0043][0044]i
t
＝σ(W
f
·
[h
t
‑1,x
t
]+b
i
)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数据驱动的工业园多元负荷预测模型，包括对工业园内各类负荷的性质和用户用能行为特点进行分类和分析，其特征是：1)进行工业园区用能特性分析：工业园区相同类型区域内的楼宇建筑或活动场所往往具备某些特殊或专一功能，其用能行为往往具有相似性，而不同类型区域内的建筑物类型及其规模通常不一样；这直接对用户用能习惯、能源终端用途和各种能源利用比例造成影响；此外，用户用能行为也会受到设备事故和检修、重大文体活动等突发事件影响；2)采用“离线训练+在线应用”的方式构建工业园区电、热、冷多元负荷预测神经网络模型：在传统能源集线器的基础之上，采用模型燃气轮机和热电联产机组进行建模；采用储热装置对热能响应时间量级进行扩展，保证同电和天然气能够较为统一的进行调度；在能源转换环节，不只依赖考虑能源转换的效率的能源集线器模型，而是考虑燃气轮机和CHP机组的能源耦合特性；在能源传输环节进行网格线性化处理，以有效地减小求解系统调度问题的复杂度；3)考虑电、气、热三种能源的能源特性以及能量流特点，对综合能源系统的发、输、转、储、荷五个环节进行稳态模型的构建，建立区域综合能源枢纽的通用性模型，为区域综合能源系统优化调度打好基础。2.按照权利要求1所述的基于数据驱动的工业园多元负荷预测模型，其特征是所述的采用“离线训练+在线应用”的方式构建工业园区电、热、冷多元负荷预测神经网络模型，首先通过高性能服务器对模型进行离线构建和训练，然后将训练好的模型复制到对应的用户侧计算机或终端设备中进行在线应用；其中，离线训练阶段通过LSTM
‑
MTL网络学习多个输入特征和多元负荷间的映射关系；在线应用将当前时刻的特征输入训练好的LSTM
‑
MTL模型中快速得到下一时刻的多元负荷预测结果。3.按照权利要求2所述的基于数据驱动的工业园多元负荷预测模型，其特征是其离线构建模型的具体步骤如下：1)网络结构超参数选择：首先依据所建立模型特征确定部分超参数，然后对剩余超参数采用随机追踪法，利用不同超参数子空间对网络收敛速度影响程度不同，选择不同的搜索范围，以加快参数选择效率；2)网络模型训练：将多维特征向量作为输入，负荷预测数值作为输出，自底向上训练网络，直至迭代到预设次数为止；通过多个隐含层逐层将原始数据集中的低维特征转化为高维特征，使模型学习到隐含映射关系；3)网络参数调优：采用Adam优化算法将验证集特征量输入训练后的LSTM
‑
MTL网络中，将输出的多元负荷预测结果与真实值进行对比并计算损失函数，依据损失函数逐代调整网络参数；4)性能评估：
选用平均绝对百分比误差MAPE指标L
MAPE
、平均精度MA指标L
MA
和权重平均精度指标L
WMA...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨海涛，江晶晶，张洋，窦真兰，韩冬，曹俊杰，张杨，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：