1.一种基于IGOA优化ELM的超短期风电功率预测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:从风电场数据采集与监视控制系统获取到历史风速和风电功率数据,对数据进行预处理,并选取训练数据样本和测试数据样本,建立ELM预测模型;
所述步骤1中对数据预处理具体包括:
步骤1.1.1:如果采集到的功率数据比风电装机容量大,用风电装机容量代替,如果采集到的功率数据是负数,则用零代替;
步骤1.1.2:对于相邻时刻之间缺失的数据,用相邻两数据的平均值替代,对于异常数据,用其前一时刻的数据替代;
步骤1.1.3:根据式(1)对数据进行归一化处理:
式中:y为归一化后的数据,x为原始数据,xmax和xmin分别为原始数据中最大值和最小值,归一化范围为[0,1];
步骤2:对GOA进行改进,采用Cubic混沌映射方法对GOA的种群进行初始化;
步骤3:通过基于正弦函数的调整参数控制策略来更新递减系数;
所述步骤3中具体包括:
在算法前期递减系数c下降缓慢,能够全局搜索到全局最优解的大概范围;在算法后期递减系数c下降迅速,算法快速收敛到局部最优解,基于正弦函数的调整参数控制策略如公式(2)所示:式中,t为算法当前迭代次数,T为最大迭代次数,k、u为调节参数;
步骤4:在蝗虫个体位置更新处引入柯西变异操作,得到IGOA;
步骤5:利用IGOA优化ELM的参数,获得最优参数;
所述步骤5具体包括:
步骤5.1:初始化相关算法参数:设置蝗虫种群数N、空间维度D,最大迭代次数T、搜索空间的上界ub、下界lb和当前迭代次数t=1,并采用混沌理论初始化生成当前蝗虫所在的空间位置步骤5.2:通过公式(3)计算经过ELM网络训练的预测值yi与训练样本实际值ti的均方根误差,作为蝗虫适应度值fitness,将当前适应度值最小的蝗虫位置保存到变量步骤5.3:判断当前迭代次数t是否达到最大迭代次数T;若达到,则执行步骤5.5,否则执行步骤5.4;
步骤5.4:通过调整参数控制策略公式(2)更新递减系数c,标准化蝗虫之间的距离于[1,4],柯西变异公式更新蝗虫的位置,当前迭代次数t=t+1,并返回ELM网络训练得到新的预测值,再根据公式(3)更新蝗虫的适应度值,与当前最优解进行比较,若优于当前最优解则更新 否则执行步骤5.3;
步骤5.5:输出最优解 从中提取出ELM网络所需的输入层权重w和隐含层偏置b;
步骤6:将获得的最优参数和测试数据样本输入到ELM预测模型中得到预测结果,并选取风电预测中常用的三种评价指标:均方根误差RMSE、平均绝对误差MAE和最大绝对值误差Emax,对模型的预测性能进行评价。
2.根据权利要求1所述的一种基于IGOA优化ELM的超短期风电功率预测方法,其特征在于,所述步骤1中建立ELM预测模型具体包括:步骤1.2.1:将训练数据样本 其中,xi和ti为训练数据真实值,N为输入层节点数,n和m为向量空间维数,隐含层的激活函数g(■)和隐含层节点数L,输入到算法模型中;
步骤1.2.2:确定输入层权重wi∈[‑1,1]和隐含层偏置bi∈[0,1];
步骤1.2.3:根据式(4)计算隐含层的输出矩阵H,
其中,H={h1,h2,…,hi},hi=g(wixi+bi)为隐含层第i个神经元的输出;
步骤1.2.4:求解输出权值β,通过最小二乘解获得,即式(5):式中:H*为矩阵H的Moore‑Penrose的广义逆;
步骤1.2.5:由输出权值得到ELM预测模型,即式(6):式中:βi为隐含层第i个节点与输出层之间的连接权值,wi为输入层与隐含层第i个节点之间的连接权值,bi为隐含层第i个节点的偏置。
3.根据权利要求1所述的一种基于IGOA优化ELM的超短期风电功率预测方法,其特征在于,所述步骤2具体包括:步骤2.1:设在D维空间中有若干个蝗虫种群中的个体,经过Cubic混沌映射公式(7)产生蝗虫种群中的个体,即Y=(y1,y2,...,yn),且其取值范围为yn∈(0,1);
式中,a为控制参数;
步骤2.2:将蝗虫种群的个体每一维进行迭代N‑1次,从而产生N‑1个人工蝗虫种群的个体;
步骤2.3:当所有的人工蝗虫种群中个体迭代完成,按照式(8)映射到解空间中:d d
式中:N为蝗虫种群数,ub 、lb为搜索空间的上、下界, 是第i个人工蝗虫种群的个体的第d维坐标, 是第i个人工蝗虫种群的个体的第d维的位置。
4.根据权利要求3所述的一种基于IGOA优化ELM的超短期风电功率预测方法,其特征在于,所述步骤2.1中,Cubic映射的混沌性与所述控制参数的取值有关,a=2.6时,Cubic映射具有混沌遍历性。
5.根据权利要求1所述的一种基于IGOA优化ELM的超短期风电功率预测方法,其特征在于,所述调节参数选用k=2,u=2。
6.根据权利要求1所述的一种基于IGOA优化ELM的超短期风电功率预测方法,其特征在于,所述步骤4中具体包括:在蝗虫个体位置更新处添加柯西变异操作,变异后的蝗虫增加种群多样性,根据柯西标准分布函数式(9),对最优个体构建柯西变异公式(10),变异后蝗虫个体位置更新公式为(11)所示:式中: 为算法迭代到第t次时第d维第i个蝗虫的位置, 为算法迭代到第t次时第d维第j个蝗虫的位置,dij(t)是蝗虫种群在第t次迭代时第i个蝗虫和第j个蝗虫之间的距离, 是当前最优个体位置, 是经过柯西变异后的最优蝗虫位置,r是(0,1)上的随机数,p为变异概率,经试验选用p=0.7。
7.根据权利要求1所述的一种基于IGOA优化ELM的超短期风电功率预测方法,其特征在于,所述步骤6中RMSE、MAE和Emax三种评价指标公式分别如下:Emax=max(|Pti‑Pyi|) (14)
式中:n为样本个数,Pti为i时刻的实际功率,Pyi为i时刻的预测功率,Pcap为风电场开机总容量。