面向负荷预测的时间序列神经网络建模研究

来源 :江南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qiqi251305430
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着全球经济的高速发展,各类社会活动对能源的需求日益剧增,在精确的负荷预测帮助下,电力能源的生产,调度情况将会有极大的改善,从环境保护的角度上也将节约许多不必要的能源浪费。电力负荷预测是当今电力系统管理中最重要的一项任务之一,然而如今社会用电模式日益丰富,传统的负荷预测模型可能无法应对此类复杂的情况。本文首先简要阐述了负荷预测的相关概念,基于负荷的不稳定特性和周期性分析了电力负荷变化的本质,并列举若干类常用的经典负荷预测方法。基于此,本文提出一种以Transformer增强的LSTM语义提取能力的TEL(Transformer Enhanced LSTM)模型,并且与小波变换策略组合的集成预测模型WTEL(Wavelet-TEL)。对于LSTM在负荷数据中初步提取的矩阵表达,Transformer内部的自注意力机制和残差连接可以进一步抽象化原始的用电模式特征,即高级语义信息。在预测过程中使用该高级语义信息初始化LSTM网络的权重矩阵,增强模型对负荷序列动态特征的学习能力。另外,由于传统模型难以同时解决电力负荷中常具有的周期性与非线性问题。针对该问题提出了一种基于时序周期性残差建模的深度学习预测方法TLSTMSA(Temporal LSTM with Self-attention)。该方法将其负荷预测过程分为两个部分:一部分预测电力负荷变化的大范围趋势,仅基于负荷的周次、天次、时次信息,直接编码建模负荷随时间的整体趋势变化;另一部分建模原始负荷与整体趋势间的残差量,其中设计了带自注意力机制的LSTM网络作为编码器与解码器。本文的公开数据集采用来自美国德州电力可靠性委员会以及第九届“中国电机工程学会杯”全国大学生电工数学建模竞赛所使用的实际负荷进行算例仿真。首先,通过不同的数据集验证了所提出TEL模型在单步预测下的有效性,并且在结合小波变换后,验证了序列的有效分解再单独预测后重新组合,能够在一定程度上提升准确率。其次,实验结果表明了TEL模型在对比的统计学习方法、机器学习方法、神经网络方法上预测能力的提升。在TLSTMSA模型中,采用了特征选取的另一种方法,即根据负荷的日期信息直接建模预测,而非将历史负荷输入模型中。通过消融实验分析了TLSTMSA模型内不同模块对负荷预测精度的提升能力。在多时间尺度的预测任务中,TEL与TLSTMSA模型预测精度均高于其他对比模型,且在不同区域的预测任务中误差表现稳定,泛化性较高。
其他文献
近年来,人工智能在医学领域大放异彩,特别是在图像分割领域,取得了很大的进展,现代医学中,医生往往根据不同的医学图像诊断病情,并作出相应的治疗计划。医学图像多种多样,每种图像都有其各自的特点以及擅长的地方。如计算机断层扫描(CT)、超声成像、磁共振成像(MRI)等。借助机器学习算法,我们使用计算机程序处理不同模态的医学图像,帮助医生提高诊断效率。在癌症的治疗中,放疗是最重要的手段之一,对绝大多数癌症
学位
纺织品瑕疵检测是纺织品质量监控的关键环节。视觉显著性可以模拟人类的视觉机制,快速定位具有显著性特征的目标,因此基于视觉显著性的纺织品瑕疵检测很有研究价值。本文研究对象为图案具有复杂周期性变化的纺织品,根据纺织品图像具有周期性的特点,利用图像的自相关性取得最佳分块模板,解决传统算法提取图像周期波动较大的问题。针对原上下文视觉显著性算法仅考虑局部显著差异性的不足,同时计算相邻像素块的全局和局部显著差异
学位
在精准医疗时代,从多组学水平对癌症进行亚型分型成了研究的热点。基于多组学数据进行癌症亚型研究可以利用不同组学上的信息融合,在分子层面更准确的识别癌症亚型。本文将机器学习的方法应用在多个癌症数据集的多组学数据上,通过提出不同的算法对癌症亚型进行研究,发掘不同癌症亚型中的生物标志物,为推动精准个性化医疗作出贡献,主要从以下三个方面开展研究工作:1.CSNF聚类算法及肿瘤亚型研究。基于CCA算法和SNF
学位
推荐系统作为一种高效的信息过滤工具,可以有效地缓解“信息过载”问题。协同过滤是推荐系统中使用最广泛的算法,它通过用户的历史行为分析用户偏好,建模用户特征,为用户推荐感兴趣的项目。由于协同过滤需要使用用户的历史行为数据,而这类数据相对于项目数量往往很少,因此协同过滤容推荐面临着严重的数据稀疏问题。最近,由于用户与项目的关联可以构成天然的二分图,基于图神经网络的推荐越来越受到关注。通过用户-项目二分图
学位
TSK模糊模型是众多模糊模型之中最具影响力也是应用最广泛的一种,它具有高可解释性和强大的逼近能力,已经在很多领域得到了成功的应用。但是,在实践中,模糊模型的性能取决于可用数据的数量和质量,需要充分的训练才能获得较好的泛化能力,而集成学习为构建模型提供了一种有效的方法,它通过结合多个学习器来完成学习任务,通常可以获得比个体学习器更加优越的泛化性能。但是当数据不平衡时会导致系统的训练精度下降,泛化能力
学位
肌内脂肪(Intramuscular fat,IMF)是一种肉质属性,定义为可食用肌肉中分散的脂肪颗粒的总数量,代表了肉的脂肪水平,广泛认为这一特性对猪肉的烹饪质量(即风味、多汁性)、消费者满意度以及消费相关健康问题有很大影响。过去常通过化学以及光谱等方法来测定IMF含量,但这些方法需屠宰后采样,为了在育种中选择肉的质量特征,开发体内方法是非常重要的。CT是无创断层图像,密度分辨率高,可将细小的点
学位
肝癌的致死率在癌症中位居前列,严重威胁着人体健康。在临床应用中,CT是医生进行肝癌诊断的常用方式之一,从CT影像中对肝脏和肿瘤区域的精准分割,对疾病的诊断和预后治疗具有重要的研究价值。传统分割算法多依赖于先验知识,不利于临床应用中的自动化扩展。近年来,深度卷积神经网络(Deep Convolutional NeuralNetwork,DCNN)被广泛应用在肝肿瘤分割任务上,通过局部感知和参数共享的
学位
在很多经典的深度学习网络模型中,多尺度特征融合结构都发挥着重要作用。多尺度意味着在不同粒度下对信号数据进行观察。当粒度更大更稀疏时,网络能够学到整体的趋势,获得全局性的高层特征;当粒度更小更密集时,网络能够学到更多的细节,获得局部性的底层特征。将不同粒度学习到的特征通过独特的空间通道均衡方法融合在一起,促使网络同时注重纹理和结构,从而保证模型的高效性和鲁棒性。在本研究中,我们将主要聚焦于深度神经网
学位
核磁共振成像(MRI)、计算机断层扫描(CT)等医学成像技术为病痛中的患者带来了福音。就MRI而言,通过在体外成像,便可探测体内病灶部位,在减轻病人痛苦的同时,一些隐蔽的心血管疾病、淋巴结恶性病变等在MR图像中无所遁形。然而,由于MRI受到接收器电路以及人体活动等不可控因素影响,噪声和伪影随即出现,成像质量发生了不可避免的退化。研究者们结合传统方法和深度学习方法对生成高质量医学影像进行了探索:一些
学位
图像融合一直是图像处理领域里的一个重要研究方向,其目的是将不同模态图像中的信息融合在一起,使得融合图像既包含多个模态图像中的显著信息同时降低模态间的重复特征。图像融合在很多计算机视觉任务中都有重要应用,比如多源检测、目标跟踪、监控等。在近几十年里,学者们提出了很多解决图像融合任务的算法。基于多尺度变换的融合方法和基于稀疏/低秩表示的融合方法是传统的图像融合方法中最重要的两种,但是这些方法在学习过完
学位