母線負(fù)荷預(yù)測(cè)的邊緣模糊理論架構(gòu)及其核心方法研究

準(zhǔn)確的短期母線負(fù)荷預(yù)測(cè)是現(xiàn)代智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗與調(diào)度精細(xì)化管理的基礎(chǔ)，而信息不完備、負(fù)荷變化快、不同母線間用電特性差異大等不利因素制約著負(fù)荷預(yù)測(cè)精度的提高。本項(xiàng)目運(yùn)用數(shù)理方法、構(gòu)建適用于母線負(fù)荷預(yù)測(cè)的邊緣模糊理論體系。在“數(shù)據(jù)處理”方面，提出了壓縮過濾與遷移擴(kuò)充相結(jié)合的母線負(fù)荷數(shù)據(jù)處理策略：壓縮后的數(shù)據(jù)既包含負(fù)荷變化周期性規(guī)律又包含節(jié)假日等干擾因素造成的隨機(jī)波動(dòng)性；近鄰遷移學(xué)習(xí)方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)缺失、稀疏負(fù)荷數(shù)據(jù)的補(bǔ)充和對(duì)突變負(fù)荷數(shù)據(jù)的修正；選取氣象、季節(jié)、日期、節(jié)假日和經(jīng)濟(jì)增速共五大類二十多項(xiàng)數(shù)據(jù)作為負(fù)荷變化主導(dǎo)因素?cái)U(kuò)充至負(fù)荷數(shù)據(jù)集中，為探究負(fù)荷變化機(jī)理提供了預(yù)測(cè)關(guān)聯(lián)分析的大數(shù)據(jù)樣本。在“特征提取”方面，對(duì)比分析了相關(guān)系數(shù)法和互信息評(píng)價(jià)方法，建立了基于EMD分解和小波分解的特征提取方法，揭示了特征的時(shí)標(biāo)屬性并發(fā)現(xiàn)存在未知特征。在“訓(xùn)練集構(gòu)造”方面，提出了大數(shù)據(jù)與日日拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)合的最優(yōu)相似日選取與訓(xùn)練數(shù)據(jù)集構(gòu)造方案，在網(wǎng)絡(luò)中采取隨機(jī)游走算法，體現(xiàn)了歷史信息可信度和相似日選擇時(shí)分類邊界模糊的特點(diǎn)。在“預(yù)測(cè)模型構(gòu)建”方面：以大數(shù)據(jù)分析和模型融合為核心，提出了多算法多模型與二次學(xué)習(xí)相結(jié)合的動(dòng)態(tài)競(jìng)爭(zhēng)預(yù)測(cè)模型庫，克服了單算法適用范圍受限和單模型易過擬合的缺陷，解決了近因效應(yīng)問題；此外，針對(duì)節(jié)假日負(fù)荷波動(dòng)劇烈的問題，提出了節(jié)假日和非節(jié)假日分離的單純節(jié)假日權(quán)重遷移預(yù)測(cè)方法，進(jìn)一步提升了整體預(yù)測(cè)效果。研究成果揭示了氣候、社會(huì)等多種隨機(jī)和非隨機(jī)因素對(duì)負(fù)荷的影響機(jī)制，為有效提高智能電網(wǎng)中母線負(fù)荷的整體預(yù)測(cè)精度探索了一條新途徑。 項(xiàng)目組共發(fā)表論文10篇，其中本基金為第一標(biāo)注的論文9篇、SCI論文5篇（含中科院SCI-1區(qū)且為TOP期刊論文1篇，中科院SCI-2區(qū)且為JCR-Q1區(qū)1篇，中科院SCI-3區(qū)3篇）、EI 論文1篇、CCF-C類會(huì)議1篇，獲軟件著作權(quán)2項(xiàng)，培養(yǎng)博士2名、畢業(yè)研究生6名。

準(zhǔn)確的短期母線負(fù)荷預(yù)測(cè)是現(xiàn)代智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗與調(diào)度精細(xì)化管理的基礎(chǔ)，而信息不完備、負(fù)荷變化快、不同母線間的用電特性差異大等不利因素制約著負(fù)荷預(yù)測(cè)精度的提高。本項(xiàng)目運(yùn)用數(shù)理方法、提出構(gòu)建適用于母線負(fù)荷預(yù)測(cè)的邊緣模糊理論體系，突破傳統(tǒng)母線負(fù)荷預(yù)測(cè)在負(fù)荷突變時(shí)預(yù)測(cè)精度顯著下降的局限性。項(xiàng)目研究內(nèi)容包括：研究區(qū)分樣本點(diǎn)性質(zhì)的特征向量以及評(píng)價(jià)方法，制定合理的壞數(shù)據(jù)處理策略；研究負(fù)荷水平與曲線形狀相統(tǒng)一的最優(yōu)相似日選取方法，體現(xiàn)歷史信息可信度以及相似日選擇時(shí)分類邊界不分明的特點(diǎn)，為預(yù)測(cè)工作提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)樣本；研究日負(fù)荷曲線的分段競(jìng)爭(zhēng)預(yù)測(cè)與動(dòng)態(tài)綜合預(yù)測(cè)機(jī)制，構(gòu)建預(yù)測(cè)模型適應(yīng)庫，同時(shí)增強(qiáng)母線負(fù)荷預(yù)測(cè)的批處理能力。 項(xiàng)目旨在揭示氣候、社會(huì)等多種隨機(jī)和非隨機(jī)因素對(duì)負(fù)荷的影響機(jī)制，為有效提高智能電網(wǎng)中母線負(fù)荷的整體預(yù)測(cè)精度探索一條新的途徑。

本項(xiàng)目如期在3年內(nèi)完成了計(jì)劃研究內(nèi)容，取得了較為豐碩的成果，完善了母線負(fù)荷預(yù)測(cè)的理論體系，從預(yù)測(cè)前、預(yù)測(cè)中、預(yù)測(cè)后三個(gè)階段，建立了更為廣泛的應(yīng)用于母線負(fù)荷預(yù)測(cè)的理論架構(gòu)，達(dá)到了項(xiàng)目申請(qǐng)時(shí)的預(yù)期目標(biāo)。 在“預(yù)測(cè)前”階段，本項(xiàng)目建立了由粗辨識(shí)、細(xì)辨識(shí)構(gòu)成的壞數(shù)據(jù)辨識(shí)與修正方法，提出了虛擬母線辨識(shí)算法以及基于虛擬母線的母線負(fù)荷預(yù)測(cè)策略；在“預(yù)測(cè)中”階段，提出了針對(duì)母線負(fù)荷特點(diǎn)的自適應(yīng)方法，實(shí)現(xiàn)了綜合預(yù)測(cè)模型與單一預(yù)測(cè)方法的聯(lián)合參數(shù)自適應(yīng)，提出了母線極值負(fù)荷及其出現(xiàn)時(shí)刻的概率化預(yù)測(cè)方法；在“預(yù)測(cè)后”階段，提出了系統(tǒng)負(fù)荷和母線負(fù)荷曲線的協(xié)調(diào)方法。 所取得的成果總共發(fā)表論文10篇，申請(qǐng)專利1項(xiàng)（已受理）。其中4篇被SCI收錄或SCI源刊錄用，9篇被EI收錄或EI源刊錄用，包括IEEE Transactions on Power Systems、Scientific Reports、Electric Power Systems Research、International Journal of Electrical Power & Energy Systems、《中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)》、《電力系統(tǒng)自動(dòng)化》等雜志。部分成果收入專著《電力系統(tǒng)不確定性分析》于2011年由科學(xué)出版社出版。同時(shí)，已經(jīng)完成了《電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)》（第二版）專著的初稿，其中在原有內(nèi)容基礎(chǔ)上，新增了本基金的研究成果“母線負(fù)荷預(yù)測(cè)”，大約占全書的1/4~1/3篇幅，預(yù)計(jì)2014年在中國電力出版社出版。部分基礎(chǔ)理論研究成果在全國多家省市電力公司獲得了應(yīng)用，大大提高了母線負(fù)荷預(yù)測(cè)精度。 研究成果已經(jīng)初步形成了母線負(fù)荷預(yù)測(cè)新型理論框架，并產(chǎn)生了一系列預(yù)測(cè)策略和方法，為提高電網(wǎng)精益化水平、提升調(diào)度部門駕馭大電網(wǎng)能力、提高電網(wǎng)節(jié)能發(fā)電調(diào)度水平提供了強(qiáng)有力的理論支持。 2100433B

母線負(fù)荷預(yù)測(cè)是在電力系統(tǒng)運(yùn)行中安全校核、節(jié)能發(fā)電調(diào)度等方面的決策基礎(chǔ)。相對(duì)于系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)，母線負(fù)荷預(yù)測(cè)研究較為缺乏。母線負(fù)荷具有量大面廣、復(fù)雜多變的特點(diǎn)，加之大量異常數(shù)據(jù)的干擾，使得母線負(fù)荷很難直接套用系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)的思路來解決。本課題的目標(biāo)是建立更加完整的母線負(fù)荷預(yù)測(cè)理論框架，從預(yù)測(cè)前、預(yù)測(cè)中、預(yù)測(cè)后三個(gè)階段剖析母線負(fù)荷預(yù)測(cè)中的關(guān)鍵問題。在預(yù)測(cè)前階段，建立由粗辨識(shí)、細(xì)辨識(shí)構(gòu)成的壞數(shù)據(jù)辨識(shí)與修正方法，研究基于虛擬母線的聚類生成技術(shù)并將其應(yīng)用于預(yù)測(cè)策略的探索；在預(yù)測(cè)中階段，提出針對(duì)母線負(fù)荷特點(diǎn)、考慮分布式能源影響的的預(yù)測(cè)方法，提出母線極值負(fù)荷不確定性預(yù)測(cè)方法；在預(yù)測(cè)后階段，提出考慮網(wǎng)損的系統(tǒng)負(fù)荷和母線負(fù)荷曲線的協(xié)調(diào)方法。本課題將形成母線負(fù)荷預(yù)測(cè)新型理論框架、預(yù)測(cè)策略和方法，為提高電網(wǎng)精益化水平、提升調(diào)度部門駕馭大電網(wǎng)能力、提高電網(wǎng)節(jié)能發(fā)電調(diào)度水平提供強(qiáng)有力的理論支持。

模糊多準(zhǔn)則決策是近年來國際學(xué)術(shù)界極其活躍的研究領(lǐng)域之一，現(xiàn)已取得大量研究成果，但也存在某些相互矛盾的結(jié)論和縣而未決的問題。故系統(tǒng)研究模糊多準(zhǔn)則決策的理論和方法，解決模糊多屬性決策與模糊多目標(biāo)決策中存在的若干疑難問題，不僅具有重要的理論價(jià)值，且可促進(jìn)模糊技術(shù)的發(fā)展，創(chuàng)造良好的應(yīng)用前景。 2100433B