基于空间深度置信网络的风速预测优化方法
2022年电子技术应用第8期
许皓宇1,薛 巍1,张 涛1,谢洪亮2
1.清华大学 计算机科学与技术系,北京100084;2.远景能源(南京)软件技术有限公司,上海200050
摘要:风能是目前应用最为广泛、技术最为成熟的可再生能源。为了保证风电场的稳定和安全运行,风速的准确预测至关重要。除传统的数值天气预报以外,机器学习技术已经广泛应用于不同时间尺度的风速预测。然而这些工作大多局限于单一地点的风速序列分析,没有考虑和利用风速的空间相关性。对此,使用深度置信网络(Deep Belief Network,DBN)对同一区域内多个地点的风速序列进行空间相关性特征识别。在训练过程中,深度置信网络充分挖掘了该区域内历史风速的联合分布,借此改善未来的风速预测。多组风速预测实验表明,空间深度置信网络能够有效降低风速的预测误差,经过空间深度置信网络重构后的风速预测误差平均降低了0.4 m/s。
中图分类号:TP181
文献标识码:A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.212141
中文引用格式:许皓宇,薛巍,张涛,等. 基于空间深度置信网络的风速预测优化方法[J].电子技术应用,2022,48(8):111-116,122.
英文引用格式:Xu Haoyu,Xue Wei,Zhang Tao,et al. The improvement of wind speed prediction using spatial deep belief network[J]. Application of Electronic Technique,2022,48(8):111-116,122.
文献标识码:A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.212141
中文引用格式:许皓宇,薛巍,张涛,等. 基于空间深度置信网络的风速预测优化方法[J].电子技术应用,2022,48(8):111-116,122.
英文引用格式:Xu Haoyu,Xue Wei,Zhang Tao,et al. The improvement of wind speed prediction using spatial deep belief network[J]. Application of Electronic Technique,2022,48(8):111-116,122.
The improvement of wind speed prediction using spatial deep belief network
Xu Haoyu1,Xue Wei1,Zhang Tao1,Xie Hongliang2
1.Department of Computer Science and Technology,Tsinghua University,Beijing 100084,China; 2.Envision Energy Software Technology Limited,Shanghai 200050,China
Abstract:Wind energy is the most widely used renewable energy. Accurate wind speed prediction is critical for the safety and stability of wind power system. Besides traditional numerical weather prediction, the machine learning technique has been used in wind speed prediction of different time scales. However, most previous studies focused on the wind speed sequence of single station and ignored the spatial dependency and correlation of wind. To improve the prediction with spatial information, this paper tries to extract the wind spatial correlation features in one region area and reconstruct the wind speed using deep belief network(DBN). The experiment results of different regions prove that the spatial deep belief network can reduce the prediction error significantly and increase the accuracy of wind speed prediction by 0.4 m/s on average.
Key words :deep belief network;wind speed prediction;Gaussian process regression
0 引言
随着环境污染以及能源紧缺问题的加剧,风能作为一种可再生的清洁能源在世界各国得到了迅速的发展。目前,风力发电在我国的电源结构占比已超过了核能,仅次于火力和水力发电。而在欧美各国,风力发电的总电量占比已经超过10%。风速变化非常剧烈,具有很强的波动性和随机性,导致风力发电无法保证稳定的输电功率,为保证供电网络的稳定,大量的风电能源被浪费。同时,由于风力资源的不稳定,一旦风电功率达到穿透功率,将严重威胁电网的安全运行。风速和风功率的准确预测对于风能的进一步的开发和利用至关重要。
目前,针对风速的长短期预测已经进行了大量的研究。传统的数值天气预报以大气动力学方程为基础,从当前天气状态逐步向前迭代积分来预报未来的风速。数值天气预报模式包含了大规模偏微分方程求解,需要消耗大量的计算资源。随着人工智能和机器学习技术的快速发展,将基于数据的机器学习技术应用于风速预测得到了逐步深入的研究。
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作者信息:
许皓宇1,薛 巍1,张 涛1,谢洪亮2
(1.清华大学 计算机科学与技术系,北京100084;2.远景能源(南京)软件技术有限公司,上海200050)
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