1.一种结合VMD分解和时间卷积网络的短期电力负荷预测方法,其特征在于,包括以下步骤:
对原始电力负荷数据进行数据清洗、归一化在内的数据预处理;
对负荷序列采用变分模态VMD分解得到分解序列;
计算各分解序列的样本熵,将样本熵值相似的模态分量合并组成新的分量;
对合并后的新分量进行归一化处理,将负荷数据映射到[0,1]之间,利用滑动窗口构建时间序列输入输出标签对,输入输出标签对用于训练模型;
构建时间卷积网络短期电力负荷预测模型,并采用Adam优化器来调节网络权重参数,寻找网络最优值。
2.根据权利要求1所述的结合VMD分解和时间卷积网络的短期电力负荷预测方法,其特征在于,所述对负荷序列采用变分模态VMD分解得到分解序列,具体包括以下步骤:变分模态分解的实现可以分为两个步骤,构造变分问题和求解变分问题;在构造变分问题中,首先基于Hilbert变换,得到各子信号的单侧频谱,然后对每个子信号对应的中心频率ωk的指数项混叠,将子序列的频谱调制到基频带,最后对解调的信号利用高斯平滑估计出带宽,最终转化为求解带约束的变分问题。
3.根据权利要求2所述的结合VMD分解和时间卷积网络的短期电力负荷预测方法,其特征在于,所述变分模态分解的完整流程如下:(1)初始化 其中 分别表示第k个模态分量和中心频率, 为拉格朗日算子,左上角数字1表示第一次迭代;
(2)对每一子序列,根据(3)、(4)不断更新得到 和式中: 为当前剩余分量的维纳滤波, 为与之对应模态分量的频率中心,ω为频率值; 分别表示原始序列f(t),以及 的傅里叶变换,α为二次惩罚因子,ωk表示前一次迭代的频率中心;
(3)对于所有的ω≥0,更新
其中τ表示噪声容忍度,K表示总的模态个数,k表示第k个模态;
(4)判断是否满足迭代终止条件:不满足终止条件,则重复步骤(2)、(3),满足条件则迭代终止,得到分解后的K个子序列。
4.根据权利要求3所述的结合VMD分解和时间卷积网络的短期电力负荷预测方法,其特征在于,所述计算各分解序列的样本熵,将样本熵值相似的模态分量合并组成新的分量,具体包括:
利用样本熵来评估各个分量的复杂度,样本熵的值越低,序列的相似性就越高,复杂度越低,对于由N个点组成的时间序列{x(n)}=x(1),x(2),...x(N),样本熵的计算方法如下:(1)按序号组成一组维数为m的向量序列,Xm(1),...,Xm(N‑m+1),其中Xm(i)={x(i),x(i+1),…,x(i+m‑1)},(1≤i≤N‑m+1);x(i),x(i+m‑1)分别表示原始序列中第i个和第(i+m‑1)个点;
(2)定义向量Xm(i)与Xm(j)之间的距离d[Xm(i),Xm(j)]为两者对应元素中最大差值的绝对值;
d[Xm(i),Xm(j)]=maxk=0,...m‑1(|x(i+k)‑x(j+k)|) (7)(3)给定阈值r,记录d[Xm(i),Xm(j)]<r的j的数目,记作Bi,对于1≤i≤N‑m,把Bi与N‑m+
1的比值记为:
(4)对所有 求平均值得到:
(5)增加维数到m+1,计算Xm+1(i)与Xm+1(j)距离小于等于r的个数,记作Ai, 定义为:
m
(6)定义A(r)为:
m m
B(r)和A(r)分别为序列对m和m+1点的匹配概率,此时样本熵定义为:当N取有限值时,样本熵的估计值为:
5.根据权利要求4所述的结合VMD分解和时间卷积网络的短期电力负荷预测方法,其特征在于,所述对合并后的新分量进行归一化处理,将负荷数据映射到[0,1]之间,具体包括:归一化:即将原始数据按比例缩放在一个特定区间,转化为无量纲的纯数值,采用min‑max标准化方法将负荷映射到[0,1]之间,计算公式如下:其中,xmin和xmax分别为样本数据的最小值和最大值,x′代表映射后的值。
6.根据权利要求5所述的结合VMD分解和时间卷积网络的短期电力负荷预测方法,其特征在于,所述利用滑动窗口构建时间序列输入输出标签对,若滑动窗口长度为7,则表示利用过去七天的负荷数据预测未来一天的负荷值,构建输入输出标签对时,利用Day1‑Day7作为输入,Day8作为输出标签;Day2‑Day8 作为输入,Day9作为输出标签,以此内推,直到遍历完整个数据集,最后采用构建的输入输出标签对用于训练模型。
7.根据权利要求6所述的结合VMD分解和时间卷积网络的短期电力负荷预测方法,其特征在于,所述构建时间卷积网络短期电力负荷预测模型,具体包括:时间卷积网络TCN中融入了因果卷积模块、扩张卷积模块和残差连接模块,因果卷积模块用于保证时间约束按照时间先后顺序进行卷积操作,即时刻t的值只取决于前一层网络在t时刻和t时刻之前的值;此外,为了学习到更长的时序依赖、避免历史数据信息的丢失,TCN使用了扩张卷积模块,在不做池化的情况下增大感受野的大小,使每个卷积输出更大范围的信息;同时,TCN添加了残差连接模块,即输入数据直接跳过中间的卷积操作,经过1×1的卷积处理到与输出相同的维度后与输出数据相加,其结果作为本层最终的输出数据;TCN采用残差块进行堆叠,一个残差块由因果卷积、扩张卷积、权重归一化、激活函数、随机失活组成;在网络训练过程中,采用了Adam优化器来调节网络权重参数,寻找网络最优值。