利索能及
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专利号: 2021111536582
申请人: 南京邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-09-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于多流神经网络的太阳能能量预测方法,其特征在于:所述方法包括如下步骤:步骤1:系统初始化;

步骤2:收集当天太阳能数据并存储,获得当前太阳能能量数据P,并存储到当天的太阳能数据集合P(M)={P1,P2,P3...Pm}中,其中Pm指的是当天第m时刻对应的太阳能数据;

步骤3:更新历史太阳能数据,保留当天前N天的太阳能数据D(N)={D1,D2,D3...DN};

步骤4:评估相似日,将历史天气D(N)数组按照与当天的相似程度重新排列,表示为Dsort;

步骤4中,包括如下分步骤:

步骤41,预先加载相关性函数,如下所示:

其中,X是当天的太阳能数据,Y是参考日的太阳能数据,E(X),E(Y)分别是两者的数学期望;式中,ρX,Y是用来反应两个变量相似程度的统计量;其中,分子是协方差,分母是两个变量标准差的乘积;当两个变量的线性关系增强时,相关系数趋于1或‑1;正相关时趋于1,负相关时趋于‑1;当两个变量独立时相关系统为0,但反之不成立;

步骤42,根据相关性函数,计算当天太阳能数据集合P(M)与历史天气太阳能数据矩阵D(N)中每一天的相似程度,得到相似度集合,具体为:ρ(s)={ρ1,ρ2,…ρN}

其中,ρ(s)是相似度集合,存储当天前N天的太阳能数据与当天太阳能数据之间的相似度;

步骤43,在有了相似度集合后,按照相似度从高到低排序,根据下标更新历史天气太阳能数据矩阵,得到相似日太阳能数据矩阵Dsort;

步骤5:利用太阳能预测模型,经过训练后,优化模型参数,得到最终的预测模型,该预测模型采用多流神经网络模型,基于相结合的长短期记忆神经网络LSTM与基于知识型神经网络KBNN;

步骤5中,包括如下分步骤:

步骤51:将具有空间特征的太阳能历史时间序列输入LSTM网络捕获其时间依赖;

步骤52,提出的KBNN结构中有四个主要部分:输入层,输出层,知识神经元和LSTM;输入层用于输入参数;输出层是知识神经元和LSTM输出的线性化;

步骤53,将LSTM的预测值与KBNN预测值线性结合,得到最终的预测结果;

步骤52的具体过程为:

步骤521,首先在KBNN神经元中嵌入有关太阳能的知识:其中,zt是来自于KBNN知识神经元的输出,α是加权因子, 指代当天太阳能中当前时刻数据, 指代前N天的时隙n+1中的测得功率值的平均值, 是天气在当日和前一天之间变化;

步骤522,其次根据真实太阳能数据Pi(n+1)与zi(t)之间的差异性,通过KBNN学习到这种变化,减少嵌入的太阳能知识的误差,具体为:步骤523,根据KBNN学习到的太阳能变化,更新、嵌入的太阳能知识,得到KBNN最终的预测结果;具体为:步骤6:通过多流神经网络算法模型进行预测任务,得到所需未来太阳能功率数据;

步骤7:根据预测数据重新分配电网调度任务和能源管理。

2.根据权利要求1所述的一种基于多流神经网络的太阳能能量预测方法,其特征在于:步骤3中,对历史太阳能数据进行历史数据更新,将一天等分为24个时刻,得到历史天气太阳能数据矩阵,具体为:Di(t)表示第i历史天t时刻的太阳能功率值,i=1,2,…N;t=1,2,…24。

3.根据权利要求1所述的一种基于多流神经网络的太阳能能量预测方法,其特征在于:步骤51的具体过程为:

步骤511,首先通过LSTM的遗忘门;完成是否遗忘判断的是包含σ层的遗忘门,其将输入的Xt和ht‑1代入公式来决定上一时刻的单元状态有多少可以被保留到当前时刻;具体公式为:ft=σ(Wf.[ht‑1,xt]+bf)

其中,ft是遗忘门,Wf是遗忘门的权重矩阵,ht‑1是t‑1时刻的网络输出值,bf是遗忘门的偏置项,σ(.)是Softmax激活函数;

步骤512,确定新信息被保存在细胞状态,输入门通过sigmoid来决定当前时刻网络的输入Xt有多少保留到记忆单元Ct;具体计算公式如下所示:it=σ(Wi.[ht‑1,xt]+bi)

其中,it为输入门,Wi是输入门的权重矩阵,bi是输入门的偏置项;其次,tanh层会生成一个向量 根据上一次的输出和本次输入来计算当前输入的单元状态,用来更新记忆状态单元,如下所示:其中, 为更新的记忆状态单元,Wc是更新过程中的权重矩阵,bc是更新过程中的偏置项;

步骤513,将旧的细胞状态Ct‑1更新为当前时刻新的细胞状态Ct,更新的规则就是通过遗忘门选择忘记旧细胞状态的一部分,通过输入门添加候选细胞状态 具体更新公式如下:步骤514,更新完细胞状态后根据输入来判断输出细胞的哪些状态特征,将输入经过一个称为输出门的Sigmod层得到判断条件,然后将细胞状态经过Tanh层得到新的向量,将该向量和输出门得到的判断条件相乘,具体公式如下:ot=σ(Wo[ht‑1,xt]+bo)

ht=otTanh(Ct)

其中,ot为输出门,ht为t时刻输出值,Wo是输出门的权重矩阵,bo是输出门的偏置项。

4.根据权利要求1所述的一种基于多流神经网络的太阳能能量预测方法,其特征在于:步骤53的具体过程为:

步骤531,将LSTM的预测值与KBNN预测值线性结合,得到最终的预测结果;具体为:其中,y1是来自于LSTM的太阳能预测值,y2是来自于KBNN的太阳能预测值。