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GRNN神經網絡在電力系統負荷預報中的應用

作者: 時間:2012-05-25 來源:網絡 收藏

第1層為輸入層,神經元個數等于輸入參數的個數。第2層為徑向基函數隱含層,神經元個數等于訓練樣本數,R表示網絡輸入的維數,Q表示每層網絡中神經元個數,同時還表示訓練樣本個數。隱含層的傳遞函數為徑向基函數,通常采用高斯函數作為傳遞函數,傳遞函數中包括光滑因子,光滑因子越小,函數的樣本逼近能力就越強,反之,基函數越平滑。第3層為簡單的線性輸出層。
文中主要研究在MATLAB環境下,調用人工工具箱中實現用電的預測。由于網絡的建立和預測是同時進行的,所以無需對網絡進行專門訓練,網絡建立時所需的參數訓練樣本輸入數據和調練目標數據,由于光滑因子影響網絡性能,網絡就是要找到最優的光滑因子,從0.05開始,每次增加0.05,來確定最優值。
2.2 BP網絡預測模型的建立
BP(Back Propagation)網絡是1986年由Rumelhart和McCelland為首的科學家小組提出,是一種按誤差逆傳播算法訓練的多層前饋網絡,是目前最廣泛的模型之一。BP網絡能學習和存貯大量的輸入-輸出模式映射關系,而無需事前揭示描述這種映射關系的數學方程。它的學習規則是使用最速下降法,通過反向傳播來不斷調整網絡的權值和閉值,使網絡的誤差平方和最小。BP神經網絡模型拓撲結構包括輸入層(imput)、隱層(hide layer)和輸出層(outputlayer)。其網絡結構如圖2所示。
選擇三層結構的BP網絡,在預測量的前一天,每隔2 h對電力進行一次測量,一天共測得12組數據。由于負荷曲線相鄰的點之間不會發生突變,因此,后一時刻的值必然和前一時刻的值有關,除非出現特殊情況,所以這里將一天的實時負荷數據作為網絡的樣本數據。
由于電力負荷還與環境因素有關,比如最高和最低氣溫等。因此,還需要通過天氣等手段獲得預測日的最高氣溫、最低氣溫和天氣特征值(晴天、陰天還是雨天)。用此形式來表示天氣特征值:0表示晴天,0.5表示陰天,1表示雨天。這里將電力負荷預測日當天的氣象特征數據作為網絡輸入變量,因此,輸入變量就是一個15維的向量。目標相量就是預測量當天的12組負荷值。即一天中每個整點的負荷值。這樣,輸出變量就是一個12維的向量。
對輸入輸出變量進行規一化處理,將數據處理為區間[0,1]之間的數據。c.jpg歸一化數據采用如下公式:根據對用電量影響因素的分析,分別取一天的實時負荷數據作為網絡和電力負荷預測日當天的氣象特征數據作為影響因子。預測量當天的12組負荷值作為網絡輸出。由此,構建BP網絡。

3 實驗結果
預測誤差曲線如圖3所示,由圖可見,網絡預測值和真實值之間的誤差是非常小的,在BP網絡預測中,除第8次出現一個相對比較大的誤差外,其余誤差都在0左右,但與GRNN網絡相比,GRNN網絡的誤差值則更小。

d.jpg


GRNN神經網絡在逼近能力、分類能力和學習速度上較BP網絡有較強的優勢,此外,GRNN網絡人為調節的參數少,只有一個閾值,及徑向基函數的分布密度SPREAD可以對GRNN性能產生重要影響。網絡的學習全部依賴于數據樣本,這樣,網絡就可以最大限度的避免人為主觀假定對預測結果的影響。

4 結論
本研究分別用GRNN神經網絡和BP神經網絡建立電力負荷模型,對電力負荷進行預測,從預測效果來看,BP網絡預測的誤差偏大,GRNN神經網絡在電力負荷預測中是有效的,而且,就網絡具體訓練而言,與BP神經網絡相比,由于需要調整的參數較少,只有一個光滑因子,因此可以更快地找到合適的預測網絡,具有較大的計算優勢。


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