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专利号: 2021103981589
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-04-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于改进缎蓝园丁鸟算法优化LSSVR的风电功率预测方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1、获取预测目标的风电功率数据,经过处理后将风电功率数据转化为多个子分量、中频分量和低频分量,具体方法为:采用集合经验模态分解EEMD对风电功率进行一次分解,EEMD对目标信号s(t)的分解结果为:

其中,fi(t)为第i个IMF分量,rn(t)为Re分量,n表示IMF的个数;

通过EEMD对原始风电功率数据进行一次分解后,生成频率由高到低的各IMF、Re子序列;

采用小波包分解WPD对IMF1子序列进行二次分解,具体为对IMF1做3层WPD分解,得到W1~W8共8个子分量;

利用t均值检验方法,对IMF2~IMFn、Re子序列进行动态划分,得到中频段、低频段两部分子序列,再分别对两部分子序列通过叠加方式进行叠加,分别重构为一个中频分量和一个低频分量序列;

S2、对步骤S1获得的各分量序列分别进行归一化处理:其中,x、x′分别表示风电功率子序列数据和归一化后的风电功率子序列数据,xmax和xmin分别为选取的子序列数据集中最大、最小值;

从归一化后的各分量序列中选取数据作为训练集,再分别构造各分量的输入、输出矩阵,具体为:

通过对各分量序列连续采样时刻的风电功率序列进行相空间重构,将其转化为输入、输出矩阵,设置相空间嵌入维度m,以风电功率的单步预测为例,训练集可构建的输入、输出矩阵为:

其中,X、Y分别为一个分量序列的输入、输出矩阵,M为训练集的个数,X是(M‑m)×m的矩阵,Y是(M‑m)×1的矩阵,X中的第i行输入是一个由xi,xi+1,xi+2,…,xi+m‑1组成的序列,对应的Y中的第i行输出是xi+m;

S3、利用步骤S2得到的各分量序列的输入、输出矩阵,构造各自的最小二乘支持向量回归LSSVR模型:

其中,γ为正则化参数,σ为核函数宽度,xi和 分别为第i时刻的风电功率输出真实值和预测值,γmin、γmax分别为设定的正则化参数的最小、最大值,σmin、σmax分别为设定的核函数宽度的最小、最大值;

S4、采用改进型缎蓝园丁鸟算法对步骤S3构造的模型进行正则化参数γ、核函数宽度σ寻优,获得优化后的正则化参数γ和核函数宽度σ;

S5、根据步骤S4获得的优化后的正则化参数γ和核函数宽度σ,代入步骤S3建立的模型获得各分量序列的LSSVR预测模型,并根据步骤S2获得的训练集对预测模型进行训练,获得训练好的预测模型;

S6、将预测目标的实时数据输入训练好的预测模型,获得各分量的预测值,并分别进行反归一化处理,得到反归一化后的各分量预测值:x=x′(xmax‑xmin)+xmin其中,x、x′分别表示风电功率子序列数据和归一化后的风电功率子序列数据,xmax和xmin分别为选取的子序列数据集中最大、最小值;

分别将各分量的预测值在对应时刻进行叠加,得到最终各时刻的超短期风电功率预测值。

2.根据权利要求1所述的一种基于改进缎蓝园丁鸟算法优化LSSVR的风电功率预测方法,其特征在于,所述步骤S4中是采用改进的缎蓝园丁鸟算法进行寻优,具体方法为:a)初始化缎蓝园丁鸟算法SBO的相关参数,包括初始化SBO的巢穴数目N、步长上限α、变异概率p、最大迭代次数tmax、比例系数z、个体变异中的标准差s、待优化变量维数及待优化变量的上下限VMAX、VMIN;

b)随机初始化混沌向量,将具有遍历性和随机性的混沌序列引入到缎蓝园丁鸟巢穴的初始化,采用混沌立方映射,对SBO算法的种群进行初始化,混沌立方映射公式如下:3

yn+1=4yn‑3yn

其中,‑1≤yn≤1,n=0,1,2…;

引入混沌序列实现缎蓝园丁鸟算法种群初始化的步骤如下:(i)设置最大迭代次数N‑1,种群规模N;

(ii)随机产生一个D维初始向量Y1=(y11,…,y1j,…,y1D),其中,y1j∈[‑1,1],1≤j≤D,且Y1≠0;

(iii)将Y1代入混沌立方映射公式迭代N‑1次,得到N个混沌向量Yi=(yi1,yi2,…,yiD),i=1,2,…,N,;

(iv)将得到的混沌向量Yi通过下式映射到搜索空间:其中,yij为第i个巢穴的第j维坐标,xij为种群位置Xi中第i个巢穴第j维的坐标,Uj、Lj分别为j维种群位置Xi的上界与下界;

得到N个种群位置Xi=(xi1,xi2,…,xiD),i=1,2,…,N,作为改进型缎蓝园丁鸟算法的初始数据;

通过立方映射得到混沌向量,再将混沌向量映射到搜索空间,从而得到N个巢穴的初始种群X={X1,X2,…,XN};

c)通过适应度函数f(xi),计算所有巢穴个体的代价函数值Fi、所有巢穴个体被选中的概率pi:

式中,f(xi)为第i个巢穴的适应度函数值,i=1,2,…,N;

对所有巢穴个体的代价函数值Fi进行从小到大排序,取其最小值Fmin对应的巢穴位置Xmin作为当前最佳的巢穴位置Xelite,并保留到下一代;

d)定义自适应权重ω,在前半个迭代时期,权重ω以线性递减形式变化,在后半个迭代时期,权重ω以凸函数形式变化:式中,tmax为ISBO算法最大迭代次数,t为当前迭代次数,ωmax、ωmin分别为权重的最大值与最小值;

在改进的SBO算法中,雄鸟通过不断交流学习来更新第t轮的巢穴位置 得到更新后的巢穴位置 表达式如下:

式中,xkj为雄性缎蓝园丁鸟当前随机搜索到的最佳巢穴的第j维元素,k是从所有巢穴个体被选中的概率pi在轮盘赌选择机制下得到的一个巢穴序号;pk为序号k对应巢穴被选中的概率,k=1,…,N;xelite,j为整个种群中最佳巢穴的第j维元素; 为当前第t轮巢穴位置的第j维元素,j=1,…,D;λj为第j维元素的步长因子;ω为自适应权重;α为步长上限;

e)引入变异算子,巢穴以概率分布形式进行随机变异,得到变异后的巢穴位置 变异表达式如下:

s=z×(VMAX‑VMIN)式中,s为标准差;z为比例系数;N(0,1)为标准正态分布的随机数,VMAX、VMIN分别是巢穴位置的上下边界;

f)在变异前后的所有种群中寻找最优巢穴位置,返回步骤c继续迭代,直到满足最大的迭代次数,停止迭代,将最终找到的最优巢穴位置作为待优化选择的参数值。