基于XGBoost-MTL的综合能源系统多元负荷预测

精确的多元负荷预测是综合能源系统(integrated energy system,IES)优化调度和稳定运行的前提。针对IES中多元负荷之间耦合关系复杂以及影响负荷预测的因素众多等问题,文中提出一种基于极限梯度提升(extreme gradient boosting,XGBoost)与多任务学习(multi task learning,MTL)的多元负荷预测方法。首先通过XGBoost重要度排序得到各影响因素对于多元负荷的贡献度,依据贡献度来选取影响负荷预测的关键性因素作为预测模型的输入,保证了输入特征对于多元负荷预测有效的修正作用;其次以门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)作为共享层来搭建MTL预测模型,各子任务通过共享信息来有效利用各负荷之间复杂的耦合关系;最后以上海某综合能源站的负荷数据为例对文中所提模型的有效性进行验证。结果表明:该模型能够适应实际综合能源系统中各类负荷的变化,有效提高预测精度并减少训练时间。     

基于量子加权多层级GRU神经网络的综合能源 系统多元负荷短期预测

针对综合能源系统多元负荷短期预测问题,提出一种基于量子加权多层级GRU(quantum weighted multi hierarchy gated recurrent unit, QWMHGRU)神经网络的多元负荷短期预测模型。采用最大信息系数对多元负荷间和负荷与天气因素间的相关性进行分析,选取模型输入量。然后改进GRU的门控结构,形成多层级门控循环单元(multi hierarchy gated recurrent unit, MHGRU),并将量子加权神经元引入MHGRU,构成QWMHGRU多变量负荷预测模型。仿真算例结果表明,QWMHGRU多元负荷预测模型在夏季和冬季的权重平均精度均可达97%以上,相比MHGRU、QWGRU和GRU模型具有更高的预测精度。     

基于LSTM和多任务学习的综合能源系统多元负荷预测

随着综合能源利用技术的不断发展与用户用能需求的多元化,现有单一负荷预测方法难以反映多元负荷间的耦合特性,精确的多元负荷预测将成为综合能源系统优化调度和经济运行的首要前提.基于此,提出一种以长短时记忆神经网络作为共享层的多任务学习负荷预测方法,经由共享层模拟多元负荷间的耦合特性,进而达到提升预测精度的目的.首先,以"硬共...     

基于改进DaNN的综合能源系统多能负荷预测

随着能源革命的推进及双碳目标的提出,综合能源系统越发受到广大研究者的重视,对综合能源系统进行高效的规划和控制离不开精准的多能负荷预测。基于上述需求,引入迁移学习理论,提出一种改进领域自适应神经网络（DaNN）负荷预测模型对综合能源系统中的冷、热、电负荷进行统一建模与预测。首先,通过历史数据分别构筑冷、热、电负荷特征图,随后输入改进DaNN的参数共享卷积层和全连接层;其次,基于冷、热、电负荷联合预测的特点改进传统神经网络的损失函数,加入最大均值差异指标,并优化训练模型;最后,通过3个各自独立的全连接层分别输出冷、热、电负荷的预测值。通过采用实际算例验证并与基准模型对比可知,所提改进DaNN模型能够有效提高综合能源多能负荷预测精度。     

基于GRU-TGTransformer的综合能源系统多元负荷短期预测

综合能源系统的多元负荷短期预测,对系统的优化调度和经济运行至关重要。多元负荷之间耦合关系紧密,Transformer作为一种完全建立在自注意力机制上的模型,能很好地分析多元负荷之间的内在联系。传统Transformer模型针对自然语言类问题而设计,难以直接应用于多元负荷预测。为此,提出一种GRU-TGTransformer(GRU-Talkinghead-Gated residuals-Transformer)模型。该模型采用门控循环单元代替原有的词嵌入及位置编码环节,对输入数据进行特征融合,取得具备相对位置信息的高维特征数据。通过在多头自注意力环节引入交流机制,提高多头自注意力的表达效果。为进一步强化网络结构,在残差连接中引入门控单元,提高模型在时序预测问题上的稳定性。以美国亚利桑那州立大学坦佩校区的综合能源系统为算例,通过对所提出模型与传统模型之间进行对比分析,证明所提出的模型具有更高的预测精度。     

多尺度特征提取与非线性融合的综合能源系统多元负荷短期预测

为提高综合能源系统多元负荷短期预测的精度,提出一种基于多尺度特征提取与非线性融合的综合能源系统多元负荷短期预测方法。首先,采用皮尔逊相关系数对气象数据进行关联因子优选;然后,通过嵌入式分解模块将输入的时间序列分解为周期分量和趋势分量,并将分解后得到的输入矩阵并行送入到具有不同尺度卷积核的时间卷积网络中,进行多尺度特征提取;接着,将多尺度时间卷积网络输出的特征向量输入到各自对应的注意力机制,以进行全局信息的学习与融合;最后,采用自适应非线性融合模块对各注意力机制的输出进行非线性融合,得到最终多元负荷预测结果。实验结果表明,所提方法具有较好的预测性能及泛化性。     

基于MMoE多任务学习和长短时记忆网络的综合能源系统负荷预测

精确的多元负荷预测是实现综合能源系统优化调度与经济运行的关键技术。在考虑多元负荷相关性的基础上,提出一种基于MMoE多任务学习和长短时记忆网络(LSTM)的多元负荷预测方法。利用皮尔逊相关系数分析冷热电负荷及气象因素存在的强相关性和弱相关性;构建MMoE多任务学习模型,利用专家子网和门控单元学习多元负荷间耦合特性的差异;使用LSTM构建子任务模型,对多元负荷进行预测。利用公开数据集进行性能验证,结果表明所提基于MMoE多任务学习和LSTM的模型能够有效提升多元负荷预测精度。     

基于耦合特征与多任务学习的综合能源系统短期负荷预测

在区域型综合能源系统（IES）内各负荷间耦合程度逐渐增强和对更准确、可靠的用能预测需求日益提高的背景下,提出一种基于耦合特征构造及多任务学习的IES冷热电负荷短期预测方法。首先,从特征工程的角度利用耦合特征挖掘算法构造IES冷热电负荷耦合特征变量,提取不同能源负荷需求间的耦合特征,进而将负荷历史数据、耦合特征变量及气温等外生变量作为模型输入,利用多任务学习的共享机制建立IES的负荷预测模型,使得各能源预测子任务间的高维特征及模型参数能够通过基于长短期记忆神经网络搭建的共享学习层相互借鉴,以实现对负荷间耦合特征的充分挖掘和利用。以美国亚利桑那州立大学坦佩校区IES为例,通过预测结果精度对比和深度学习模型可解释性研究,证明所提出的预测方法可以有效提高区域型IES冷热电短期负荷预测的精度。     

基于改进LSTM的区域综合能源系统多元负荷短期预测研究

冷热电负荷短期预测是区域综合能源系统优化调度的基础.针对区域综合能源系统多元负荷关联性和非线性的特点,本文构建了基于改进的长短期记忆神经网络的区域综合能源系统多元负荷短期预测模型,该模型采用灰色关联度法分析多元负荷之间和气象因素之间的耦合性,以此为依据,在改进长短期记忆神经网络预测模型中加入注意力层和dropout层,...     

基于IPSO-WNN的综合能源系统短期负荷预测

针对传统小波神经网络(WNN)综合能源系统负荷预测模型存在收敛速度、易陷入局部最优等缺点而导致预测精度不高的问题,文中提出了一种基于改进粒子群(IPSO)的WNN综合能源系统短期负荷预测方法。利用Pearson系数对各影响因素进行分析,选择合适的因素作为综合能源负荷预测的输入量;对传统粒子群算法进行改进,在PSO中引入混沌算法并根据粒子适应度采用不同的粒子惯性权重选择策略;基于IPSO建立了WNN综合能源系统短期负荷预测模型。通过案例验证,基于IPSO的WNN预测模型相比于传统WNN预测模型,预测精度明显提升。     

基于GRA-LSTM神经网络的区域综合能源系统多元负荷短期预测模型

冷、热、电负荷预测是发挥区域综合能源系统优势的关键技术。由此构建了基于灰色关联度分析(grey relation analysis,GRA)和长短期记忆(long short term memory,LSTM)神经网络的区域综合能源系统多元负荷短期预测模型,该模型利用LSTM神经网络在处理时间序列中间隔或延迟较长的样本和非线性数据方面的优势,采用GRA法定量分析多元负荷之间以及和各气象影响因素之间的耦合性。针对北方地区气候特点,利用DeST软件建立某写字楼建筑模型,运用动态模拟和统计方法模拟出写字楼全年逐时冷、热、电负荷。算例分析结果表明,基于GRA-LSTM神经网络的区域综合能源系统多元负荷短期预测模型具有较好的预测精度和应用价值。     

基于小波包分解与循环神经网络的综合能源系统短期负荷预测

文章提出了基于小波包分解(wavelet packet decomposition,WPD)与循环神经网络的电冷热综合能源短期负荷预测方法。利用能够突出负荷细节特征的小波包对电冷热负荷进行频段分解,分析每一频段中电冷热负荷的互相关性。为体现每一频段中电冷热负荷的互相关性对预测结果的影响,将频段中互相关性较强的负荷类型放入同一处理负荷自相关性的循环神经网络模型中进行预测;频段中互相关性较弱的负荷类型则单独进行预测。与直接将电冷热负荷放入同一个循环神经网络进行预测相比,以及与将电冷热负荷通过同一个反向传播神经网络进行预测相比,所提方法考虑了综合能源在不同频段内电冷热负荷的互相关性和电冷热负荷本身的自相关性,能够有效降低负荷预测的平均绝对百分比误差。     

基于LSTNet-Skip的综合能源系统多元负荷超短期预测EI北大核心CSCD

随着用户侧用能需求多元化的发展,多元负荷的超短期预测对于动态的大型综合能源系统的规划和优化至关重要。为此,该文提出一种基于长期和短期时间序列网络的多元负荷超短期预测模型。首先采用卷积神经网络来提取多元负荷之间的局部依赖关系,然后使用长短期记忆网络捕获负荷序列的长期依赖关系,使用具有循环跳过结构的长短期记忆网络充分学习负荷序列的超长期重复模式,最后采用自回归层和全连接层进行组合预测。使用平均绝对百分比误差和均方根误差作为评价指标,利用美国亚利桑那州立大学坦佩校区综合能源系统数据集进行验证,并与3种负荷预测方法比较。实验结果表明,提出的预测模型均优于其他方法且有较高的预测精度。     

基于多头概率稀疏自注意力模型的综合能源系统多元负荷短期预测

精准的多元负荷短期预测是综合能源系统调度和运行的基础。综合能源系统中的多种负荷之间存在较强的耦合作用,目前已有的单一负荷预测难以挖掘不同负荷之间复杂的内在联系。对此,提出一种基于多头概率稀疏自注意力模型的多元负荷短期预测方法。首先,采用皮尔逊相关系数分析多元负荷之间的相关性,并提取多元负荷之间的耦合特征;然后,使用改进位置编码的多头概率稀疏自注意力机制学习长序列输入的依赖关系,并且采用多元预测任务的参数软共享机制,通过不同子任务对共享特征的差异化选择,实现多元负荷的联合预测;最后,在亚利桑那州立大学Tempe校区的多元负荷数据集上对所提模型的性能进行验证,结果表明所提预测方法相较于其他预测模型能够有效提高预测精度。     

基于深度学习的综合能源配电系统负荷分析预测

为支撑综合能源配电系统的经济调度和优化运行,提出了一种基于深度学习的冷热电多元负荷综合预测方法。首先,使用皮尔逊系数定量计算多元负荷间的相关关系,分析负荷与影响因素间相关性;然后,构建基于卷积神经网络和支持向量回归的深度学习模型,其中卷积神经网络作为特征提取器从输入数据中提取隐含的更具代表性的特征信息,支持向量回归作为预测模型输出预测结果,同时开展缺失数据与离群数据的预处理;最后,应用某综合能源系统的实际数据对算法的有效性进行了验证,比较分析了考虑多元负荷相关性对预测结果的影响。结果表明:所提出的RCNN-SVR模型对冷、热、电负荷均有较好的预测精度。研究成果可为综合能源配电系统的综合负荷预测提供参考。     

基于多任务学习和单任务学习组合模型的综合能源系统多元负荷预测

针对气象因素对多元负荷变化的灵敏度差异及多元负荷间耦合强度的差异导致多任务学习(multi-tasklearning,MTL)预测模型精度受限的问题,该文提出一种MTL和单任务学习(single-tasklearning,STL)组合的多元负荷预测方法。首先使用基于长短期记忆(long and short-term memory,LSTM)网络的MTL模型提取多元负荷间的耦合信息进行初步预测;然后采用基于前置双重注意力长短期记忆(dual attention before LSTM,DABLSTM)网络的STL模型减少输入噪声进行二次预测;同时将初步的预测值输入STL模型,使得STL模型可以考虑未来的时序信息;最后,通过全连接层对两个模型的预测结果进行融合得到最终的预测结果。实验结果表明,所提组合模型相比单一的MTL和STL模型具有更高的预测精度。     

基于Copula理论与KPCA-GRNN结合的区域综合能源系统多元负荷短期预测模型

通过Copula理论对多元负荷之间以及多元负荷与天气因素之间的非线性相关性进行分析。基于分析结果构建模型样本集,通过核主成分分析(KPCA)对样本集进行降维解耦,采用广义回归神经网络(GRNN)模型对多元负荷进行预测,模型参数采用遗传算法进行优化。以北方某建筑级区域综合能源系统夏季多元负荷中的电负荷和冷负荷算例为例,与其他两种预测模型进行对比,验证结果表明,基于Copula理论与KPCA-GRNN结合的区域综合能源系统多元负荷短期预测模型具有较高的预测精度,该模型具有一定的应用价值。     

基于MTL-GRU-Attention的综合能源系统多元负荷预测

针对综合能源系统多元负荷预测问题,提出一种基于多任务学习、门控循环单元和注意力机制的多元负荷预测方法。首先,运用门控循环单元建立多任务学习的共享层,充分挖掘冷、热、电负荷之间的耦合特征;然后,利用贝叶斯优化算法实现门控循环单元最优超参数的自适应选择;最后,使用注意力机制实现子任务对共享层中重要特征的差异化提取,以增强关键信息的影响。以亚利桑那州立大学坦佩校区的实测负荷数据作为算例,结果表明所提模型具有更高的预测精度。     

基于Transformer网络和多任务学习的园区综合能源系统电-热短期负荷预测方法

负荷预测是综合能源系统（integrated energy system, IES）能量管理和优化调度的基础,其预测精度直接关系到系统的整体运行性能。提出了一种基于Transformer网络和多任务学习的园区综合能源系统电-热短期负荷预测模型。首先对Transformer网络和多任务学习结构的基本原理进行了介绍;然后通过基于随机森林的特征选择步骤提取反映负荷特性和变化规律的典型指标,构建多任务学习输入特征,基于Transformer网络构建多任务学习权值共享层,并通过全连接层输出多能负荷的预测值;最后通过实际园区微能源系统的数据验证所提方法和算法的有效性,结果表明本文所提模型可以充分学习电-热耦合特征,提高负荷预测的精度。