1.一种基于数据增强的风电场爬坡事件预测方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1、获取风电场历史功率数据,并进行数据清洗;
步骤2、利用MK‑滑动窗口检测法对步骤1得到的风电功率数据进行分段趋势提取,并进行爬坡检测;
步骤3、构建时间序列生成对抗网络TimeGAN,将步骤2检测到的风电功率爬坡数据进行数据增强,并按照6:2:2的比例划分为训练集、验证集和测试集;
步骤4、建立ETSformer模型,先将步骤3得到的训练集和验证集输入到ETSformer模型中进行训练;
步骤5、采用Logistic混沌映射策略和高斯‑柯西混合变异策略对人工蜂鸟算法AHA进行改进,得到IAHA算法;利用IAHA算法优化ETSformer模型的超参数,提高其在风电功率爬坡事件预测的精度;
步骤6、使用测试集对风电功率爬坡事件进行预测。
2.如权利要求1所述的基于数据增强的风电场爬坡事件预测方法,其特征在于,步骤1中,数据清洗包括缺失值处理、异常值处理、数据去重、数据标准化和归一化。
3.如权利要求1所述的基于数据增强的风电场爬坡事件预测方法,其特征在于,步骤2中,利用MK‑滑动窗口检测法对步骤1得到的风电功率数据进行分段趋势提取,并进行爬坡检测具体包括如下步骤:步骤21、定义风电功率时间序列xt(t=1,2,…,φ)和统计量Α:其中,φ为待检序列长度,Xτ和Xν为时间序列相应的年份数据;sgn(Xτ‑Xν)为符号函数,统计量Α服从正态分布;
步骤22、计算期望E(Α)和方差Var(Α):
E(Α)=0 (2)Var(Α)=φ(φ‑1)(2φ+5)/18 (3)步骤23、构造标准化的检验统计量Π:
其中,Π服从正态分布,当Π>0时,存在上升的趋势;当Π<0时,存在下降的趋势;
步骤24、采用固定时间宽度Δt的滑动窗口检测风电功率趋势数据,并定义风电功率爬坡的特征:幅度、方向、斜率、起始时间和持续时间;
步骤25、如果当前时间点t的滑动窗内的功率采样满足下式时,则认为发生了爬坡事件,且该时刻为爬坡事件的起始时间;
其中,P(t)为t时刻的风电功率, 为判定爬坡发生的风电功率阈值;
步骤26、如果当前时间点t的滑动窗内的功率采样满足下式时,则认为爬坡事件结束,且该时刻为爬坡事件的结束时间;
步骤27、记录风电功率爬坡事件的幅度、方向、斜率、起始时间和持续时间,然后返回步骤25继续检测后续可能出现的新爬坡事件。
4.如权利要求1所述的基于数据增强的风电场爬坡事件预测方法,其特征在于,步骤3中,构建时间序列生成对抗网络TimeGAN,将步骤2检测到的风电功率爬坡数据进行数据增强,并按照6:2:2的比例划分为训练集、验证集和测试集具体包括如下步骤:步骤31、对风电功率爬坡数据u(t)进行样本扩充;自编码器和对抗网络的联合学习过程如下:重构损失函数
其中,Ou(t)[·]为计算向量之间相似性的欧式距离,u(t)表示实际的时序数据, 表示经过自编码器映射‑逆映射学习得到的时序数据,用于自编码器的参数优化;
监督损失函数
其中,h(t)为映射在潜在空间的隐藏层向量,g(·)为生成器内的循环网络,I(t)为随机向量,用于学习样本的时序依赖关系;
非监督损失函数
其中,y(t)和 分别表示判别器对真实样本和合成样本的分类;
步骤32、自编码器的参数优化过程:
对抗生成网络中参数的优化过程:
其中,θe,θr,θg和θd分别表示嵌入函数、恢复函数、生成器和判别器中的参数,λ和η为权重参数,均大于0;
步骤33、通过生成器和判别器的对抗训练,生成大量与风电功率爬坡数据特征相似的模拟爬坡数据,实现风电功率爬坡数据集的扩充。
5.如权利要求1所述的基于数据增强的风电场爬坡事件预测方法,其特征在于,步骤4中,建立ETSformer模型,将步骤3得到的训练集和验证集输入到ETSformer模型中进行训练,具体包括如下步骤:步骤41、将输入的风电功率爬坡时间序列Qt‑L:t分解为季节性分量和趋势分量,趋势分量进一步分解为水平分量和增长分量;并通过输入Embedding模块映射到隐空间;
步骤42、通过编码器提取风电功率爬坡时间序列的增长部分和季节性部分,并在移动到下一层之前进行非线性变换;
其中,t为当前时刻,L为历史序列长度,n表示层数;LN为层归一化,FF为位置前馈网络;
为第n个编码器层的残差; 为前一编码器层的残差,MH‑ESA为头部指数平滑注意力机制,FA为频率注意力机制, 为历史增长部分, 为历史季节性部分;
步骤43、定义当前时刻的水平部分
其中,α是一个平滑参数, 为上一时刻的增长部分, 为当前时刻的季节性部分;
步骤44、通过解码器得到H步增长部分的预测和季节性部分的预测;
其中, 为当前时刻的增长部分, 和 分别表示H步增长部分的预测和季节性部分的预测;Et:t+H表示H步水平部分的预测;N表示堆栈数,GD为增长阻尼;
步骤45、通过水平、增长和季节性预测的组合得到风电功率爬坡事件的H步预测
6.如权利要求1所述的基于数据增强的风电场爬坡事件预测方法,其特征在于,步骤5中,爬坡事件分为上爬坡、非爬坡和下爬坡。
7.如权利要求1所述的基于数据增强的风电场爬坡事件预测方法,其特征在于,步骤5中,采用Logistic混沌映射策略和高斯‑柯西混合变异策略对人工蜂鸟算法AHA进行改进,得到IAHA算法,利用IAHA算法优化ETSformer模型的超参数具体包括如下步骤:步骤51、设置IAHA算法的种群大小和迭代次数以及搜索空间的上下限;初始化访问表;
步骤52、对原AHA算法的种群初始化做出改进,利用Logistic混沌映射策略初始化AHA算法的种群;
Wσ+1=εWσ(1‑Wσ) (20)其中,Wσ+1为σ+1个种群的位置;ε∈[0,4],步骤53、定义目标函数为风电功率爬坡事件预测值和实际值的偏差,通过目标函数计算种群的适应度值;
步骤54、定义三种飞行技能;
步骤55、蜂鸟的位置更新;通过不同位置更新方法搜寻ETSformer模型最优超参数,使得风电功率爬坡事件预测值和实际值的偏差值降低;
步骤56、通过算法迭代不断更新当前解,并同步更新全局最优解;
步骤57、通过给定的最大迭代次数判断是否达到算法终止条件,最终在最大迭代次数内输出ETSformer模型的最优超参数。
8.如权利要求7所述的基于数据增强的风电场爬坡事件预测方法,其特征在于,步骤54中,三种飞行技能包括全向、对角和轴向飞行。
9.如权利要求7所述的基于数据增强的风电场爬坡事件预测方法,其特征在于,步骤55中,蜂鸟的引导觅食行为位置更新方式;
其中,Γi(k+1)是在第k+1次迭代时第i个食物源的位置;Γj,tar(k)是第j只蜂鸟计划访问的目标食物源的位置;a为服从标准正态分布的引导觅食因子,D为方向向量。
10.如权利要求7所述的基于数据增强的风电场爬坡事件预测方法,其特征在于,步骤
55中,蜂鸟的区域性觅食行为位置更新方式;
其中,b为服从标准正态分布的区域性觅食因子;
引入高斯‑柯西混合变异策略代替原AHA算法中迁徙觅食行为位置更新方式;通过对种群中的最优个体进行变异扰动,使其跳出局部最优;
k
其中,Γ 表示第k次迭代高斯‑柯西混合扰动后的位置, 表示个体j第k次迭代的最优位置;Gauss(ψ)为高斯变异算子,cauchy(ψ)为柯西变异算子;ρ1、ρ2为变异算子的权重系数。