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基于混沌时间序列的短期风电功率组合预测方法研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 课题背景及研究意义

1.2.1 风电产业发展现状及存在的问题

1.2.2 风电场输出功率预测的意义

1.3 风电功率预测分类

1.4 风电功率预测研究动态

1.4.1 国外研究现状

1.4.2 国内研究现状

1.4.3 风电功率预测方法评述

1.5 论文的主要内容

第2章 风电功率时间序列混沌特性分析

2.1 概述

2.2 风电功率时间序列混沌特性的识别方法

2.3 风电功率时间序列的相空间重构

2.3.1 延迟时间和嵌入维数求取的重要性

2.3.2 本文相空间重构参数的求取方法

2.4 实例分析

2.5 本章小结

第3章 基于改进型BP神经网络的短期风电功率混沌时间序列预测

3.1 概述

3.2 本文对基本BP神经网络的改进

3.2.1 改进思路的提出

3.2.2 改进的具体步骤

3.3 改进型BP神经网络预测过程

3.3.1 样本选取及数据预处理

3.3.2 BP神经网络结构的确定

3.3.3 训练算法的选择

3.3.4 激活函数的选择

3.3.5 学习算法

3.4 算例仿真与分析

3.4.1 数据预处理

3.4.2 建模及参数设置

3.4.3 预测模型的评价

3.4.4 预测结果分析

3.5 本章小结

第4章 基于自适应GA-Volterra神经网络的短期风电功率混沌时间序列预测

4.1 概述

4.2 自适应Volterra级数截断项数的确定方法

4.3 本文自适应GA-VNN预测模型的建立

4.3.1 自适应Volterra级数和改进型BP神经网络的等价性

4.3.2 基于风电功率混沌时间序列的自适应VNN预测模型

4.3.3 自适应GA-VNN预测模型的预测步骤

4.4 算例仿真与分析

4.4.1 数据预处理

4.4.2 建模及参数设置

4.4.3 预测结果分析

4.5 本章小结

第5章 基于经验模态分解的短期风电功率混沌时间序列组合预测

5.1 概述

5.2 EMD分解与小波分解的比较

5.3 EMD-GA-Volterra神经网络的预测模型的建立

5.4 EMD-改进型BP神经网络的建立

5.5 算例仿真与分析

5.5.1 训练样本EMD分解结果

5.5.2 EMD-GA-VNN模型的建模及预测结果

5.5.3 EMD-改进型BP神经网络的建模及预测结果

5.5.4 预测结果分析

5.6 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B 攻读硕士学位期间参与的科研项目

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摘要

风电功率具有波动性、间歇性和随机性等特点,大规模风电的接入严重影响电网运行的安全性、稳定性和经济性。实践证明,高精度的风电功率预测能够有力缓解大规模风电并网产生的不利影响,尤其是短期风电功率的精确预测,对于电力调度部门安排调度计划,保证电能质量和电力系统安全经济运行有重要作用。
  首先,选择混沌理论来挖掘风电功率时间序列的特性,并利用相空间重构理论对其进行分析。将重构相空间相量作为风电功率时间序列预测模型的训练样本,为后面建立预测模型以实现对风电功率混沌系统相空间运动轨迹预测提供支持。
  然后,提出了一种基于混沌时间序列的改进型BP神经网络。该模型利用综合法对基本BP神经网络的不足进行改进:在最速下降法中同时引入自适应学习速率和动量项对其本身进行改进;利用遗传算法从全局开始搜索,找到权值系数最优解所在区域的某一解;再利用改进的最速下降法去调整权值系数,经过少量样本训练的训练,就能够得到权值系数的最优解。此外,将模型的输入维数取为相空间最小嵌入维数,从而减少了建模的盲目性。实例仿真表明,本文提出的改进型BP神经网络收敛速度快,预测精度高,不易陷入局部极小值点。
  其次,提出了一种基于混沌时间序列的自适应遗传算法-Volterra神经网络模型。该预测模型是基于自适应Vo lterra级数和三层BP神经网络的等价性建立的,其截断项数取为重构相空间的最小嵌入维数,大大提高了预测模型的自适应性。自适应遗传算法-Volterra神经网络模型将自适应Vo lte rra级数精准建模能力、改进的BP算法训练学习能力、遗传算法全局搜索能力结合起来,实现了对风电功率混沌系统相空间运动轨迹的精确预测,应用于实际短期风电功率预测中,预测精度显著提高。
  最后,采用经验模态分解降低风电功率数据的非平稳性,分别建立了经验模态分解-遗传算法-Volterra神经网络和经验模态分解-改进型BP神经网络模型两种组合预测模型。将两种组合预测模型应用于实际短期风电功率预测的仿真实验中,结果表明,利用经验模态分解可以有效降低风电功率数据的非平稳性,更好地挖掘数据内部蕴含的规律,与单一预测方法相比,预测性能进一步提升。结果同时表明,本文提出的经验模态分解-遗传算法-Volterra神经网络组合预测模型,精度高,性能优越,应用于短期风电功率混沌时间序列的预测中可取得较好效果。

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