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专利号: 2020103462633
申请人: 西安建筑科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-05-17
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于VMD‑GRU网络的公共建筑冷负荷预测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,对原始数据进行相关性分析,挑选出相关性高的进行预测;

步骤2,使用VMD分解原始冷负荷序列,原始冷负荷序列序列共被分解为n条分量,各分量按照中心频率从低到高依次排列,选取不让其出现混叠的分量;

步骤3,选取所有相关性高的变量的第一个分量作为输入,冷负荷分解后的第一分量作为输出,然后在GRU网络中对预测模型进行训练,依次类推,对第二分量、第三分量分别进行训练;

步骤4,输入冷负荷预测数据的相关性高的变量进行VMD分解,进而输入到GRU网络中进行预测,得到冷负荷的预测分量;

步骤5,将分量预测结果相加得出冷负荷预测值;

步骤2中,利用VMD进行分解及平稳化处理,分解为表示原始数据特征的多个分量;

VMD分解的具体步骤如下:

1)初始化各模态、中心频率和算子;

2)根据式(1)和(2),更新参数uk和ω;

其中,f(t)为原始信号,uk是信号f(t)的第k个分量, 和 分别代表f(ω)、ui(ω)、λ(ω)和 的傅里叶变换,n代表迭代次数;

3)根据式(3)更新参数λ;

4)对于给定的判别精度e>0,若 则停止迭代,否则返回2);

步骤3中,GRU网络包括更新门、重置门和输出门三个部分;它将LSTM网络中的遗忘门和输入门合并成一个更新门zt,保留原有的重置门rt,并且学习LSTM门控网络的优点来更新细胞状态和隐藏状态;

更新门zt用于描述过去时刻特征信息对现在特征信息的影响程度,其阈值越大说明前时刻特征信息对现在影响越大;

重置门rt用于描述过去时刻的状态特征信息被丢弃的程度,其阈值越小说明对过去信息丢弃越多;GRU网络中的前向传播权重参数的更新公式如下:式中:rt表示重置门,zt表示更新门,xt为t时刻的输入,ht‑1为t‑1时刻的隐含状态输入,wrt表示权重参数,br表示偏移参数,ht为候选隐藏状态,⊙为Hadamard积,表示对应元素相乘;参数更新历程为:当rt趋于0时,重置和遗忘过去时刻ht‑1的状态特征信息,ht重置为当前输入特征信息;而zt则可以组合控制过去时刻的ht‑1和ht,同时更新和输出ht;

GRU网络使用反向误差传播算法来训练自身网络;假使其输出层的输入为: 输出为: 设其损失函数为 则样本的损失为 利用损失函数对四个参数求偏导,实现对参数的训练;

un1,un2,…,unk分别是系统n个不同的输入变量的观测值,o′k是模型输出的观测值;GRU神经网络的输入向量,将历史数据依次通过多层GRU全连接层,并在接下来通过完全连接层合并特征,生成预测当前时刻之后m个采样周期的输出;将GRU神经网络的预测值与真实值之间的平均平方差定义为损失函数,随时间反向传播。

2.根据权利要求1所述的一种基于VMD‑GRU网络的公共建筑冷负荷预测方法,其特征在于,步骤1中,将大型公建冷负荷相关变量X=[X1,X2,…,Xm]进行相关性分析,选取相关性高的数据重组为新的相关性序列Y=[U1,U2,…,Un,O]。

3.根据权利要求1所述的一种基于VMD‑GRU网络的公共建筑冷负荷预测方法,其特征在于,步骤4中,首先使用VMD对冷负荷序列和相关变量进行相关性分析,舍弃相关性低的相关变量,然后对相关性高的变量和冷负荷序列进行VMD分解,将分解后得到的分量进行重组;

选取所有相关性高的变量的第一个分量作为输入,冷负荷分解后的第一分量作为输出,然后在GRU网络中对预测模型进行训练,依次类推,对第二分量、第三分量分别进行训练;然后,输入冷负荷预测数据的相关性高的变量进行VMD分解,然后输入GRU网络中进行预测,得到冷负荷的预测分量,最后将分量预测值叠加得到最终的预测值并输出结果。