Page 64 - 电力与能源2024年第四期

458 赵艺然，等：考虑季节变化对负荷特征影响的电力系统短期负荷预测

通过设置阈值为 0.1 来过滤掉噪声，再将剩余的有 称 I-R-BiL）这 3 种典型的短时间序列负荷预测模
用信号 IMF 做降噪处理后重新构建，分别得到了 型进行对比分析，模型计算结果如图 3 所示。图 3
5 个具备经验模态的不同频段 IMF，原始数据的 中所展示的内容为随机选取了每个季度的中间月
非平稳性得以降低，所有分量均未出现明显的模 份的一天，以表明不同时段下各模型负荷预测值
态混叠问题。 与实际电力负荷值的拟合情况。
利用 RIME，将四季的负荷数据分别作为输 由图 3 可知，从时段来看，不同季节的 22：00

入，对 BiGRU 的超参数进行寻优。设置学习率 l r 至次日的 4：00，所有模型的日负荷预测曲线值都
—5
寻优范围为［10 ，0.2］，最大迭代次数 N 的寻优范 与实际值基本一致，原因在于这一时段人员流动
围为［100，1 500］，对窗口长度=｛10，16，24，36， 性小，受外界的干扰较小，电力负荷变化也较小。
46，60｝和批量大小=｛16，32，64，128，256｝执行网 从总体负荷值来看，冬夏两季的电力负荷量最大，
格搜索。以春季负荷特征分量为例，算法在设定 春秋两季较小，原因在于该地区季节性差异较大，
学习率 l r 为 10 、迭代次数为 1 000、窗口长度为 冬夏两季由于气温偏极端，为维持舒适的温度，需
—2
36、批量大小为 64 时性能最高。 要消耗大量的电力。从曲线的整体变化趋势来

2.3 评价指标 看，在 22：00 至次日的 6：00，日负荷曲线处于谷
为了准确评价本文所提模型与选取的 3 个典
底；从 8：00 到 14：00，日负荷曲线持续向上走高；
型模型的预测精度，选取平均绝对百分误差 E MAP、
受冬季气温低的影响，冬季日负荷曲线在 14：00
决定系数 R 、均方根误差 E RMS 这 3 个指标对预测
2
至 24：00 持续保持在较高的水平，而春秋季节并
结果进行评估。各指标计算公式如下：
未体现这一特性；夏季的日负荷曲线最高值在一
n | | | | | |
100% | x i - x i | 天中最热时刻，这些分类学习了不同季节负荷特
E MAP = ∑| | | | | | （4）
n i - 1| x i | 征后的模型都体现出了这些生活规律，证明了本
n
∑ ( x i - x i ) 2 文在考虑季节性差异进行预测的正确性。具体到
2
R = 1 - i = 1 （5） 不同的模型中，对照组日负荷预测曲线与实际值
n -
∑ ( x i - x i ) 2 产生了较大偏移，而 I-R-BiG 模型预测的负荷整
i = 1
n
1 ∑( ) 2 体趋势与实际电力负荷值的变化趋势十分接近。
E RMS = x i - x i （6）
n 依据本文构建的评价指标，计算得到不同模
i - 1
式中 n——测试集数据的个数；x i——第 i 个预 型对不同季节负荷的预测精度，如表 1 所示。
测 样 本 的 预 测 值 ；x i—— 第 i 个 测 试 样 本 的 真 实 从 表 1 可 知 ，由 于 ICEEMDAN 在 处 理 频 率
-
值； x i——n 个数据的平均值；E MAP——预测值与 混叠和伪模态时具有良好的能力，故 I-BiG 模型 4
真实值之间误差的相对值，为百分比值，其值为 个 季 节 预 测 的 E RMS 值 均 在 BiGRU 的 77.46%~
2
0% 时，为完美模型； E RMS——预测值与真实值之 80.85%，而 E MAP 和 R 的 精 度 均 值 分 别 提 升
间 误 差 的 绝 对 值 ，其 单 位 为 MW，取 值 范 围 为 5.15% 和 0.118。BiLSTM 与 BiGRU 同属于双向
［0，+ ∞］，其 值 越 小 ，表 示 与 实 际 值 越 吻 合 ；R 2 RNN 的一种，-R-BiG 的 RMSE 指标在四个季节
I
2
——决定系数，其取值范围为［0，1］，越接近 1，说 的平均指标是 I-R-BiL 的 0.477 倍， E MAP 和 R 的精
明模型的预测结果与实际值越吻合。 度均值分别提升 4.025% 和 0.081。由此可见，在
考虑季节性差异的负荷预测中 BiGRU 的性能胜
3 算例分析
于 BiLSTM。I-R-BiG 的 RMSE 指标四季均值在
为进一步验证本文所提模型的有效性及准 I-BiG 的 21.44%~31.92%。 本 文 所 提 I-R-BiG
2
I
确 性 ，选 取 BiGRU ［16］ 、CEEMDAN-BiGRU（简 算法较 BiGRU，-BiG，-R-BiL 的 E MAP 和 R 的精
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［9］
称 I-BiG） 和 ICEEMDAN-RIME-BiLSTM（简 度 均 值 分 别 提 升 了 15.4%，10.25%，4.02% 和