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基于mRMR和SVMD-TPA-BiLSTM的短期风电功率预测

邢培宇 魏云冰 胡骅 张文虎

邢培宇, 魏云冰, 胡骅, 张文虎. 基于mRMR和SVMD-TPA-BiLSTM的短期风电功率预测[J]. 上海工程技术大学学报, 2024, 38(4): 414-421. doi: 10.12299/jsues.23-0217
引用本文: 邢培宇, 魏云冰, 胡骅, 张文虎. 基于mRMR和SVMD-TPA-BiLSTM的短期风电功率预测[J]. 上海工程技术大学学报, 2024, 38(4): 414-421. doi: 10.12299/jsues.23-0217
XING Peiyu, WEI Yunbing, HU Hua, ZHANG Wenhu. Short-term wind prediction based on mRMR and SVMD-TPA-BiSTM[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2024, 38(4): 414-421. doi: 10.12299/jsues.23-0217
Citation: XING Peiyu, WEI Yunbing, HU Hua, ZHANG Wenhu. Short-term wind prediction based on mRMR and SVMD-TPA-BiSTM[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2024, 38(4): 414-421. doi: 10.12299/jsues.23-0217

基于mRMR和SVMD-TPA-BiLSTM的短期风电功率预测

doi: 10.12299/jsues.23-0217
基金项目: 国家自然科学基金资助(62173222)
详细信息
    作者简介:

    邢培宇(1998 − ),男,硕士生,研究方向为新能源发电功率预测。E-mail:2390013933@qq.com

    通讯作者:

    魏云冰(1970 − ),男,教授,博士,研究方向为电力系统自动化。E-mail:wei.yunbing@sues.edu.cn

  • 中图分类号: TM614

Short-term wind prediction based on mRMR and SVMD-TPA-BiSTM

  • 摘要: 提出一种基于mRMR和SVMD-TPA-BiLSTM的短期风电功率预测方法。首先,通过逐次变分模态分解(SVMD)对风电功率序列进行降维处理,得到风电功率子序列,与最大相关−最小冗余(mRMR)筛选出的关键气象特征数据结合构成训练集。其次,建立基于时间模式注意力机制(TPA)改进双向长短时记忆(BiLSTM)神经网络的组合模型,利用TPA机制抓取不同时序数据的关联性。最后,将预测分量结果叠加得到最终预测结果。以某风电场的数据集为例,对不同模型进行单步和多步预测试验对比精度,试验表明预测方法能有效刻画风电的分量特性,提高风电功率预测的准确率。
  • 图  1  LSTM单元结构

    Figure  1.  Unit structure of LSTM

    图  2  BiLSTM神经网络结构

    Figure  2.  Structure of BiLSTM memory neural network

    图  3  TPA-BiLSTM组合模型

    Figure  3.  TPA-BiLSTM combination model

    图  4  风电功率预测流程图

    Figure  4.  Flow chart of wind power forecasting

    图  5  风电功率数据

    Figure  5.  Wind power data

    图  6  算子增量变化曲线

    Figure  6.  Variation curve of operator increment

    图  7  SVMD分解时域图

    Figure  7.  VMD decomposition time domain diagram

    图  8  单步试验预测结果

    Figure  8.  Single-step prediction of experimental results

    表  1  气象特征名称及含义

    Table  1.   Name and meaning of meteorological features

    序号 名称 含义
    1~4 $ v_{70}、v_{50}、v_{30}、v_{10} $ 70、50、30、10 m高风向
    5~8 $ D_{70}、D_{50}、D_{30}、D_{10} $ 70、50、30、10 m高风向
    9 $ P $ 气压
    10 $ R_{{\mathrm{h}}} $ 相对湿度
    11 $ c_{{\mathrm{f}}} $ 云量百分比
    12 $ T $ 温度
    13 $ P_{n} $ 降水量
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    表  2  多步预测试验结果

    Table  2.   Multi-step prediction of experimental results

    模型 MAPE/% RMSE/MW
    1步 2步 3步 1步 2步 3步
    SVMD-LSTM(模型一) 4.127 4.587 5.436 4.541 4.952 6.014
    SVMD-BiLSTM(模型二) 3.645 4.142 4.923 4.169 4.582 5.473
    TPA-BiLSTM(模型三) 3.854 4.451 5.257 4.327 4.971 5.842
    EMD-TPA-BiLSTM(模型四) 3.113 3.667 4.261 3.586 4.125 4.782
    SVMD-TPA-BiLSTM(模型五) 2.542 3.176 3.717 2.946 3.481 4.259
    mRMR-SVMD-AM-BiLSTM(模型六) 2.254 2.698 3.191 2.665 3.146 3.629
    mRMR-SVMD-TPA-BiLSTM(本研究) 1.947 2.405 2.884 2.378 2.854 3.321
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2023-10-15
  • 刊出日期:  2024-12-31

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