1.一种基于LSTM的双阶段分解风向预测方法,其特征在于,所述基于LSTM的双阶段分解风向预测方法,包括:获取待分析地区的历史风向数据,进行采样并划分数据生成训练样本,每个训练样本为一个原始序列数据;
对原始序列数据进行第一阶段分解,将原始序列数据分解为趋势子序列、季节子序列和残差子序列;
对第一阶段分解得到的残差子序列进行第二阶段分解,分解后得到H个模态子序列;
构建LSTM预测模型,利用分解后的趋势子序列、季节子序列和模态子序列对构建的LSTM预测模型进行训练,采用训练好的LSTM预测模型对未来风向进行预测;
其中,所述进行采样并划分数据生成训练样本,包括:对历史风向数据进行固定时长间隔的采样,将采样得到的所有采样数据按照预设的数据量进行划分,得到训练样本;
将训练样本中的每个数据除以360,获得类归一化处理后的训练样本;
所述对原始序列数据进行第一阶段分解,将原始序列数据分解为趋势子序列、季节子序列和残差子序列,包括:初始化分解参数,开始内循环;
用原始序列数据减去上一轮内循环的趋势子序列,去除趋势;
对去趋势后的子序列进行平滑操作,获取周期子序列;
去除周期子序列中的低频序列,得到季节子序列;
用原始序列数据减去本轮内循环的季节子序列,去除季节;
对去季节后的子序列进行平滑操作,得到趋势子序列;
计算得到残差子序列;
判断残差子序列是否小于给定阈值,若小于,则分解完成,输出最终的趋势子序列、季节子序列和残差子序列;若不小于,则进入外循环计算鲁棒权值,然后继续进入下一次内循环;
所述对第一阶段分解得到的残差子序列进行第二阶段分解,采用VMD分解法进行第二阶段分解,包括:将残差子序列表示为函数f(t),将函数f(t)分解为H个模态函数u(t),其中t表示时间变量,对每个模态函数ui(t)(i∈[1,H])进行希尔伯特变换,以获得其单边频谱u′i(t),计算公式如下:其中,δ(t)是狄拉克分布,j表示变换过程中的一个固定常数;
以各个模态的中心频率ωi(t)为基准,将每个模态的单边频谱u′i(t)通过如下公式调制到其相应基频带Ψi(t),计算公式如下:构建变分模型:
其中,f(t)为残差子序列数据,δt(Ψi(t))表示Ψi(t)关于时间变量t的导数;
构造拉格朗日函数L,通过加入二次正则化因子C和拉格朗日乘子θ(t),构造的拉格朗日函数L表达式如下:其中,ui(t)表示第i个模态函数,θi(t)表示第i个拉格朗日乘子,H表示模态函数的个数,δ(t)表示狄拉克分布,Ψi(t)表示第i个模态函数相应的基频带,f(t)表示为残差子序列的函数;
利用交替迭代乘子法,按照下式交替迭代求解拉格朗日函数L的最优解:其中, 分别是f(t),ui(t),θ(t), 的傅里叶变换结果,n为迭代次数,N为最大迭代次数(n∈[1,N]),τ表示噪声容忍度是一个常数,τ∈(0,1);
当满足以下条件迭代终止:
其中,e为停止阈值,满足条件时迭代终止,输出分解所得的H个模态子序列。