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专利号: 2024105690045
申请人: 南通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种数据与模型融合驱动的冷水机组负荷预测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤S1:对采集到的一段时间内的数据进行分割,将其划分为过去数据yp(r)和未来数据yf(r),确定过去观测值长度p和未来观测值长度f,并设定预知系统模型的阶数n的初始值;

步骤S2:构造过去和未来的组合矩阵Yp、Yf,计算过去和未来观测值的协方差矩阵Σpp、Σff以及它们之间的互协方差矩阵Σfp;

步骤S3:构造Hankel矩阵,对其进行奇异值分解,基于过去测量值得到规范变量Zr和转换矩阵J;

步骤S4:将转换矩阵J投影到原始数据u,以获取降低维度后的输入数据u';

在步骤S4中,将转换矩阵J投影到原始数据u,以获取降低维度后的输入数据u',u'=uJ (1);

步骤S5:将数据x'分为训练数据p1、t1和测试数据p2、t2,并进行归一化处理,创建并训练极限学习机模型,设定输入层和隐含层数量N、L,随机初始化输入层与隐含层间的连接权值IW和隐含层偏置B1;

步骤S6:计算隐含层的输出值tempH,利用映射函数得到隐含层对样本特征的映射值h,然后计算隐含层与输出层的连接权值LW;

步骤S7:对训练好的模型,重复步骤S6,计算tempH1和h1,得到CVs‑ELM模型的预测结果YELM;

步骤S8:由步骤S3进一步将规范变量空间分成主空间和残差空间,得到规范变量Zr扩展成扩展矢量,再根据残差空间定义过去观测矢量的线性组合,从而得到状态矢量xr、xr‑1,确定系统状态;

步骤S9:通过线性最小二乘递归估计出模型系数矩阵A、B、C、D,搭建模型,得到CVA状态空间模型的预测结果YCVA;

在步骤S9中,通过线性最小二乘递归估计出模型系数矩阵A、B、C、D,公式如下,其中Xr=x(r:r+n)、Xr‑1=x(r‑1:r+n‑1)、Yr=y(r:r+n)、Yr‑1=y(r‑1:r+n‑1)、Ur=u(r:r+n),ur是原始数据,xr+1=Axr+Bur (29)搭建状态空间模型,得到CVA状态空间模型的预测结果YCVA;

YCVA=Cxr+Dur(30);

步骤S10:对于两个模型预测结果,采取平均绝对百分比误差选择策略,选取每一个样本间误差小的,得到融合驱动负荷预测的结果YParallel;

在步骤S10中,对于两个模型预测结果,采取平均绝对百分比误差MAPE选择策略,其中是预测结果,yi是真实值,公式如下;

计算CVs‑ELM模型的MAPE1、CVA状态空间模型的MAPE2,用condition条件语句选取两个模型间每一个样本间MAPE值小的,得到融合驱动负荷预测的结果YParallel;

步骤S11:对比三类预测结果与真实数据,对比预测的性能指标:平均绝对误差、平均相对误差、均方根误差,得出结论。

2.根据权利要求1所述的数据与模型融合驱动的冷水机组负荷预测方法,其特征在于,在步骤S1中,对采集到的一段时间内的数据进行分割,将其划分为过去数据yp(r)和未来数据yf(r),公式如下,式中r表示为一类序数,p和f分别指过去和未来观测值的长度;

3.根据权利要求1所述的数据与模型融合驱动的冷水机组负荷预测方法,其特征在于,在步骤S2中,设置r=p+1,p+2,…,p+N,构造过去和未来的组合矩阵Yp、Yf,公式如下:Yp=[yp(p+1)yp(p+2)…yp(p+N)]                  (5)Yf=[yf(p+1)yf(p+2)…yf(p+N)]                (6)其中Yp∈R、Yf∈R,设置l个观测变量,则yp(p+1)最后一个元素是y(1),yf(p+N)最后一个元素是y(l),即Hankel矩阵最大列数是N=l‑p‑f+1,计算过去和未来观测值的协方差矩阵和它们之间的互协方差矩阵,公式如下:

4.根据权利要求1所述的数据与模型融合驱动的冷水机组负荷预测方法,其特征在于,在步骤S3中,CVA试图发现yp(r)和yf(r)之间的最佳线性组合,以最大化过去和未来观测值之间的相关性,通过对Hankel矩阵进行奇异值分解来实现,公式如下,基于过去测量值得到规范变量Zr和转换矩阵J,公式如下,

5.根据权利要求1所述的数据与模型融合驱动的冷水机组负荷预测方法,其特征在于,在步骤S5中,将数据u'分为训练数据p1、t1和测试数据p2、t2,并进行归一化处理,公式如下,其中输入数据P=[p1p2],输出数据T=[t1t2],[p1,minp,maxp,t1,mint,maxt]=premnmx(P,T)                      (13)创建极限学习机,设定输入层和隐含层数量S、L,随机初始化输入层与隐含层间的连接权值IW和隐含层偏置B1,公式如下,

IW=2*rand(L,S)‑1                 (14)B1=rand(L,1)                 (15)。

6.根据权利要求1所述的数据与模型融合驱动的冷水机组负荷预测方法,其特征在于,在步骤S6中,计算隐含层的输出值tempH,利用映射函数得到隐含层对样本特征的映射值h,然后计算隐含层与输出层的连接权值LW,公式如下,tempH=IW*p1+B1                  (16)LW=pinv(h')*t1                (18)。

7.根据权利要求1所述的数据与模型融合驱动的冷水机组负荷预测方法,其特征在于,在步骤S7中,对训练好的模型,重复步骤S6,计算tempH1和h1,得到CVs‑ELM模型的预测结果YELM,tempH1=IW*P+B1                  (19)YELM=h1'*LW                 (21)。

8.根据权利要求1所述的数据与模型融合驱动的冷水机组负荷预测方法,其特征在于,在步骤S8中,根据步骤S3中转换矩阵J,转换过去测量值到规范变量空间划分成:主空间和残差空间,前Q个主要奇异值确定主空间xr,剩余的奇异值确定残差空间rr,规范变量Zr进一步扩展成扩展矢量,公式如下,其中Vx包含V的前Q列,根据残差空间定义过去观测矢量的线性组合,从而得到状态矢量xr、xr‑1,确定系统状态,公式如下,其中0∈R,矩阵全是零元素, 是递推建立模型过程中r采样时刻的过去观测矢量,

9.根据权利要求1所述的数据与模型融合驱动的冷水机组负荷预测方法,其特征在于,在步骤S11中,对比三类预测结果与真实数据,对比预测的性能指标MAE、MRE、RMSE,得出结论,公式如下;

步骤S1至步骤S7为搭建CVs‑ELM模型部分,步骤S8至步骤S9为搭建CVA状态空间模型阶段,步骤S10至步骤S11为融合驱动预测部分并得出结论。