基于极限学习机的短期电力负荷预测

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短期电力负荷预测是现代电力系统中的一个重要组成部分,对于保障电力系统稳定、安全、高效运行具有重要的作用。本文以结构简单,学习速度快的极限学习机(Extreme Learning Machine,ELM)为基础预测模型,较为系统地研究了批量以及在线预测算法,并设计了基于MATLAB平台的短期电力负荷预测系统。论文具体内容及成果如下。(1)提出了一种基于改进模拟退火算法(improved Simulated Annealing algorithm,ISA)的极限学习机批量训练算法(ELM-ISA)用于短期电力负荷预测,它使用改进的模拟退火算法对ELM的输入权值矩阵和隐藏层偏置进行优化,避免了随机产生带来的模型预测结果的不稳定性,提高了模型的预测精度,同时还可以根据不同的训练数据自适应地设置初始参数,提高了模型的泛化能力。为进一步提高预测精度,根据分类预测的思想,将K均值聚类加入到预测模型中,提出了一种新型的ELM预测算法(ELM-ISA-K)。实验结果表明,所提算法模型具有较高的预测精度和稳定性。(2)目前对于短期电力负荷预测的研究主要集中在离线预测上,然而,电力负荷预测是具有时效性的,模型参数需要根据时间的推移而不断更新,若采用离线训练的方式,则每次训练都需要大量的历史数据。所以,针对在线预测场景,本文提出了一种基于平方根无迹卡尔曼滤波(square root unscented Kalman Filter,SRUKF)的极限学习机短期电力负荷在线预测算法(ELM-SRUKF)。该算法使用SRUKF在线更新ELM的输出权值,实现了短期电力负荷的在线预测。实验结果表明,相比于在线顺序极限学习机(Online Sequential Extreme Learning Machine,OS-ELM)和基于卡尔曼滤波(Kalman Filter,KF)的极限学习机(ELM-KF),本文提出的算法的预测精度更高。(3)以本文提出的两种算法为核心,设计了一个基于MATLAB平台的,支持离线和在线两种预测模式的短期电力负荷预测系统。
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