所屬的技術(shù)人員知道,本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)為系統(tǒng)、方法或計算機(jī)程序產(chǎn)品。因此,本公開可以具體實(shí)現(xiàn)為以下形式,即:可以是完全的硬件、也可以是完全的軟件(包括固件、駐留軟件、微代碼等),還可以是硬件和軟件結(jié)合的形式,本文一般稱為“電路”、“模塊”或“系統(tǒng)”。此外,在一些實(shí)施例中,本發(fā)明還可以實(shí)現(xiàn)為在一個或多個計算機(jī)可讀介質(zhì)中的計算機(jī)程序產(chǎn)品的形式,該計算機(jī)可讀介質(zhì)中包含計算機(jī)可讀的程序代碼。可以采用一個或多個計算機(jī)可讀的介質(zhì)的任意組合。計算機(jī)可讀介質(zhì)可以是計算機(jī)可讀信號介質(zhì)或者計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)。計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)的更具體的例子(非窮舉的列表)包括:具有一個或多個導(dǎo)線的電連接、便攜式計算機(jī)磁盤、硬盤、隨機(jī)存取存儲器(ram),只讀存儲器(rom)、可擦式可編程只讀存儲器(eprom或閃存)、光纖、便攜式緊湊磁盤只讀存儲器(cd-rom)、光存儲器件、磁存儲器件、或者上述的任意合適的組合。在本文件中,計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)可以是任何包含或存儲程序的有形介質(zhì),該程序可以被指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或者器件使用或者與其結(jié)合使用。本發(fā)明是參照根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))、和計算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和方框圖來描述的。應(yīng)理解可由計算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)流程圖和方框圖中的每一流程或方框、以及流程圖或方框圖中的流程和方框的結(jié)合??商峁┻@些計算機(jī)程序指令到通用計算機(jī)、專用計算機(jī)、嵌入式處理機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一個機(jī)器,使得通過計算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。這些計算機(jī)程序指令也可裝載到計算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上,使得在計算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計算機(jī)實(shí)現(xiàn)的處理,從而在計算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述,但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式,上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的,而不是限制性的,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下,在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下,還可做出很多形式,這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
背景技術(shù):
1、隨著電能的應(yīng)用場景越來越廣泛和全社會用電量的不斷增長,提高電能的管理水平和利用率就變得越來越重要。但是,在電力生產(chǎn)和傳輸過程中,由于設(shè)備的自身損耗(即鐵損和銅損)、電網(wǎng)的規(guī)劃不合理、電網(wǎng)建設(shè)不同步等原因,大量的電能白白的損耗掉,產(chǎn)生了極大的資源浪費(fèi)。
2、在當(dāng)前的電力系統(tǒng)線損管理實(shí)踐中,供電企業(yè)普遍依賴于傳統(tǒng)的人工分析和排查方法,這種方法雖然能夠在一定程度上識別出關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)并采取相應(yīng)的措施來降低線損,但由于其依賴于事后的數(shù)據(jù)分析,不可避免地帶來了管理上的滯后性,導(dǎo)致線損管理往往成為一種補(bǔ)救性措施。這種滯后性不僅影響了線損管理的效率和效果,也限制了電網(wǎng)運(yùn)行水平的提升。因此,迫切需要開發(fā)一種基于時序特征的線損率預(yù)測方法,這種方法應(yīng)能夠提前預(yù)測線損率,實(shí)現(xiàn)線損的超前管控,提高線損管理的實(shí)時性和主動性,優(yōu)化電網(wǎng)的運(yùn)行效率,降低運(yùn)營成本,提升電力供應(yīng)的可靠性和穩(wěn)定性,為電力用戶提供更加優(yōu)質(zhì)的電力服務(wù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于梯度提升樹的線損率預(yù)測方法,有效解決背景技術(shù)中提到的上述問題。
2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
3、提出一種基于梯度提升樹的線損率預(yù)測方法。,該方法包括如下步驟:
4、s1、提取電網(wǎng)系統(tǒng)和氣象平臺預(yù)定時間內(nèi)的歷史數(shù)據(jù),并根據(jù)時間序列同步混合,輸出歷史時間序列特征數(shù)據(jù);
5、s2、對歷史時間序列特征數(shù)據(jù)依次進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗、刪除異常值、數(shù)據(jù)規(guī)范化、數(shù)據(jù)分配的預(yù)處理操作,輸出預(yù)處理數(shù)據(jù);
6、s3、提取預(yù)處理數(shù)據(jù)的窗口內(nèi)統(tǒng)計特征,并依次進(jìn)行滯后性特征分析、周期性特征分析、趨勢性特征分析;
7、s4、將歷史時間序列特征數(shù)據(jù)輸入梯度提升樹模型進(jìn)行訓(xùn)練,得到線損率預(yù)測模型并進(jìn)行線損率預(yù)測。
8、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于,所述s1中的歷史數(shù)據(jù)包括歷史電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)、歷史氣象狀態(tài)數(shù)據(jù)、歷史線損率數(shù)據(jù);所述歷史電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)包括首端電壓數(shù)據(jù)、有功功率數(shù)據(jù)、無功功率數(shù)據(jù)、國網(wǎng)輸入量數(shù)據(jù)和國網(wǎng)售電量數(shù)據(jù);所述歷史氣象狀態(tài)數(shù)據(jù)包括溫度數(shù)據(jù)、濕度數(shù)據(jù)、天氣現(xiàn)象數(shù)據(jù)。
9、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于,所述s2包括以下具體步驟:
10、s21、對歷史時間序列特征數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗并對異常數(shù)據(jù)做刪除化處理;
11、s22、通過歸一化算法將歷史時間序列特征數(shù)據(jù)縮放至[0,1]區(qū)間,所述歸一化公式具體為:其中,c為歷史時間序列特征數(shù)據(jù),c為通過歸一化算法變換后的特征數(shù)據(jù),min(c)為歷史時間序列特征數(shù)據(jù)集中的最小值,max(c)為歷史時間序列特征數(shù)據(jù)集中的最大值,輸出通過歸一化算法變換后的特征數(shù)據(jù)集;
12、s23、將通過歸一化算法變換后的特征數(shù)據(jù)集分成特征集x和線損率標(biāo)簽集y,分別按照9:1的比例劃分訓(xùn)練集(xtrain,ytrain)和驗(yàn)證集(xtest,ytest)。
13、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于,所述s3的窗口內(nèi)統(tǒng)計特征包括窗口內(nèi)最大值、窗口內(nèi)最小值、窗口內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)差。
14、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于,所述s3中對預(yù)處理數(shù)據(jù)進(jìn)行滯后性特征分析的具體內(nèi)容為:提取時間序列{x[1],x[2],...,x[n]}滯后一個時間點(diǎn){x[0],x[1],...,x[n-1]}的特征數(shù)據(jù)集。
15、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于,所述s3中對預(yù)處理數(shù)據(jù)進(jìn)行周期性特征分析的具體內(nèi)容為:將預(yù)處理數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換,提取頻域相關(guān)特征,所述離散傅里葉變換公式為:其中,n為時間長度,x[n]為時間序列,x[k]為頻率域的復(fù)數(shù)表示,k為頻率索引,i為虛數(shù)單位。
16、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于,所述s3中對預(yù)處理數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢性分析的具體內(nèi)容為:利用小波變換分析預(yù)處理數(shù)據(jù)在不同時間尺度上的變化規(guī)律,所述小波變換公式為:其中,f(t)為時間序列數(shù)據(jù),a為尺度參數(shù),b為時間平移參數(shù),ψ為小波函數(shù),ψ*為小波函數(shù)的復(fù)共軛。
17、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于,所述s4包括以下具體步驟:
18、s41、定義目標(biāo)函數(shù)其中,l(θ)為總體目標(biāo)函數(shù),為單個樣本的損失函數(shù),為正則化項(xiàng),t為樹的葉節(jié)點(diǎn)數(shù),γ為葉節(jié)點(diǎn)數(shù)的正則化系數(shù),λ為葉節(jié)點(diǎn)權(quán)重平方和的正則化系數(shù),ωj為第j個葉子節(jié)點(diǎn)的權(quán)重;
19、s42、依照梯度提升更新規(guī)則,通過逐步添加樹來最小化損失函數(shù),模型的預(yù)測值為所有樹預(yù)測值的和,具體公式如下:其中,為第t輪迭代后的預(yù)測值,fk(xi)為第k棵樹對樣本xi的預(yù)測值,每棵樹通過最小化當(dāng)前損失函數(shù)的負(fù)梯度來擬合,所述損失函數(shù)的負(fù)梯度具體公式如下:擬合一棵新的樹ft來預(yù)測負(fù)梯度,具體公式為:更新模型的預(yù)測值其中,η為學(xué)習(xí)率。
20、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于,所述s4還包括:采用平均絕對百分比誤差作為預(yù)測效果判斷的依據(jù),所述平均絕對百分比誤差的公式如下:n為樣本數(shù)量,yi為第i個實(shí)際值,是第i個預(yù)測值。
21、本發(fā)明的技術(shù)效果如下:
22、構(gòu)建了一種基于梯度提升樹的線損率預(yù)測方法,具有預(yù)測精度高和收斂速度快的優(yōu)點(diǎn),為線損率的預(yù)測提供了一種高效可靠的解決方案,不僅解決了傳統(tǒng)線損管理中存在的實(shí)時性差的問題,還為電力系統(tǒng)帶來了顯著的改進(jìn)。其預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性使得供電企業(yè)能夠及時調(diào)整電網(wǎng)的運(yùn)行策略,優(yōu)化電力資源的分配,從而提高能源的利用效率。同時,本發(fā)明還能夠?yàn)殡娋W(wǎng)規(guī)劃提供重要的數(shù)據(jù)支持,幫助企業(yè)在設(shè)計和升級電網(wǎng)時做出更加科學(xué)合理的決策。在運(yùn)營管理方面,本發(fā)明能夠輔助管理人員實(shí)時監(jiān)控電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài),及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在的線損問題,確保電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。此外本發(fā)明也幫助企業(yè)識別線損的高風(fēng)險區(qū)域,有利于企業(yè)采取針對性的措施進(jìn)行治理,降低線損率,減少能源損耗。