風(fēng)能是至關(guān)重要的低碳能源,它使得可持續(xù)能源供應(yīng)的實現(xiàn)成為了可能。而且,在某種程度上,它還是構(gòu)成智能電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵部分。然而風(fēng)的不穩(wěn)定性和隨機性等不確定因素極大的阻礙了風(fēng)力發(fā)電的大規(guī)模應(yīng)用。因此,對風(fēng)速預(yù)測模型的精度和性能要求越來越高。單一模型已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有的需求,更多的組織或機構(gòu)開始將研究方向轉(zhuǎn)移到組合模型實現(xiàn)的多步向前風(fēng)速預(yù)測。同時,如何根據(jù)不同模型的優(yōu)點選擇子模型構(gòu)成組合模型,并分析子模型對組合模型的影響也順勢成為迫切需要解決的問題。本文提出了一種新型的關(guān)于風(fēng)速多步向前預(yù)測的組合算法SMSGECSEP,因其組合了奇異譜分析、滑動窗口機制實現(xiàn)的多步向前預(yù)測、廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、級聯(lián)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)、模擬退火算法和粒子群優(yōu)化算法。該方法首先使用奇異譜分析方法處理原始的風(fēng)速數(shù)據(jù)序列,將序列中的噪聲信息去除;其次使用滑動窗口模型分解原始數(shù)據(jù)和降噪數(shù)據(jù)分別獲得多步向前預(yù)測的輸入向量序列和輸出向量序列;然后分別使用SA優(yōu)化的GRNN模型(SA_GRNN)、SA優(yōu)化的Elman模型(SA_Elman)和SA優(yōu)化的級聯(lián)BP(SA_CBP)這三個子模型對分解后的數(shù)據(jù)進行預(yù)測;最后使用PSO優(yōu)化的ESN模型(PSO_ESN)對預(yù)測結(jié)果進行組合。SA和PSO分別被用于優(yōu)化相應(yīng)模型的重要參數(shù),提高相應(yīng)算法預(yù)測精度,最終整體提高組合算法的精度。通過對美國國家風(fēng)力技術(shù)中心M2塔的80m每分鐘的平均風(fēng)速數(shù)據(jù)進行預(yù)測模擬,通過預(yù)測結(jié)果分析每個子模型和組合模型的預(yù)測性能,證明了本文提出的組合方法有助于提升風(fēng)速預(yù)測的精度。另外,還通過對不同程度降噪數(shù)據(jù)的預(yù)測模擬,對SSA的降噪性能做了研究,發(fā)現(xiàn)50%降噪時,算法取得整體最優(yōu)且穩(wěn)定的降噪效果。
【學(xué)位單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TP18;TK81
【部分圖文】：

隱含 2輸出隱含 1輸出輸入 輸出隱藏 1輸入隱藏 2閾值b閾值b圖 6. 級聯(lián)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖級聯(lián)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點主要表現(xiàn)在一下兩個方面，一方面發(fā)揮了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)強的多維非線性映射能力，使得這些形態(tài)各異、個性分明的多維信息的影響變得清晰合理，這種能力能夠在預(yù)測的過程中充分的考慮到數(shù)據(jù)中的每個影響因素。另一方面，它改善了傳統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由于考慮過多因素導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性，從而提升了學(xué)習(xí)速度，降低了收斂時間。

輸入 輸出輸入圖 6. 級聯(lián)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖級聯(lián)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點主要表現(xiàn)在一下兩個方面，一方面發(fā)揮了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)強的多維非線性映射能力，使得這些形態(tài)各異、個性分明的多維信息的影響變得清晰合理，這種能力能夠在預(yù)測的過程中充分的考慮到數(shù)據(jù)中的每個影響因素。另一方面，它改善了傳統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由于考慮過多因素導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性，從而提升了學(xué)習(xí)速度，降低了收斂時間。圖 7. BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的圖

這個實驗將會再后續(xù)的研究中進行。4.8 SSA 降噪效果分析SSA 降噪的本質(zhì)是將信號通過奇異值分解成多組包含不同信息的信號。這組信號是由有用信號和噪聲共同組成的。那么其分解成的重構(gòu)矩陣也是由有用信號和噪聲共同組成的。前面奇異值較大的幾列對應(yīng)的信號認為是有用信號，較小奇異值對應(yīng)的信號反應(yīng)噪聲。在對信號重構(gòu)的時候關(guān)鍵的問題是如何確定選取的子信號的行數(shù)，即有用奇異值的個數(shù)。本文為了驗證 SSA 降噪程度對本文提出的組合模型預(yù)測結(jié)果的影響，做了基于四組數(shù)據(jù)的實驗進行對比：1）未經(jīng)任何處理的原始風(fēng)速數(shù)據(jù)進行模型擬合和訓(xùn)練；2）降噪重構(gòu)時取分解行數(shù)的一半進行組合，即降噪強度為 50%（即前 50 行）成降噪序列；3）降噪強度為 25%（即重構(gòu)時取分解行數(shù)的前 75 行構(gòu)成降噪序列）；4）降噪強度 75%（即取前 25 行構(gòu)成降噪序列）。每組數(shù)據(jù)分別在 SA_GRNN、SA_Elman、SA_BP 和組合模型四種模型上進行模擬對比分析。
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本文編號：2850123