Collaborative Forecasting Method for Short-term Wind Power Based on Vertical Federated Learning

ZHAO Hanting; ZHANG Yao; HUO Wei; WANG Jianxue; WU Feng; ZHANG Heng

doi:10.7500/AEPS20221229004

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Collaborative Forecasting Method for Short-term Wind Power Based on Vertical Federated Learning

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Collaborative Forecasting Method for Short-term Wind Power Based on Vertical Federated Learning
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 16, Pages: 44-53(2023)
- 作者机构：
  
  1.西安交通大学电气工程学院，陕西省西安市 710049
  2.大航有能电气有限公司，江苏省扬中市 212211
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(51907151);Shaanxi Provincial Natural Science Basic Research Program of China(2023-JC-QN-0391)
- DOI：10.7500/AEPS20221229004
  CLC：
- Received：29 December 2022，
  
  Revised：2023-03-23，
  
  Published Online：20 June 2023，
  
  Published：25 August 2023
- 稿件说明：
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赵寒亭,张耀,霍巍等.基于纵向联邦学习的短期风电功率协同预测方法[J].电力系统自动化,2023,47(16):44-53.

ZHAO Hanting,ZHANG Yao,HUO Wei,et al.Collaborative Forecasting Method for Short-term Wind Power Based on Vertical Federated Learning[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(16):44-53.
赵寒亭,张耀,霍巍等.基于纵向联邦学习的短期风电功率协同预测方法[J].电力系统自动化,2023,47(16):44-53. DOI： 10.7500/AEPS20221229004.

ZHAO Hanting,ZHANG Yao,HUO Wei,et al.Collaborative Forecasting Method for Short-term Wind Power Based on Vertical Federated Learning[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(16):44-53. DOI： 10.7500/AEPS20221229004.

摘要

由于风力资源具有时空相关性，使用邻近场站的相关数据可以提高待预测场站的预测精度。然而不同场站通常分属不同发电集团，由于商业竞争和数据安全考量，彼此难以获得对方的隐私数据。针对上述问题，首先，提出了基于改进

近邻算法的岭回归预测模型；然后

在纵向联邦学习的机制下，采用同步梯度下降算法对所提预测模型进行迭代求解；利用梯度向量可拆分计算的特点，推导了风电预测模型的分布式训练过程和分布式预测过程，将原本的大规模预测问题分解为大量的小规模子问题，且每个子问题由相应的风电场站在本地进行计算。在保证各参与方数据隐私安全的基础上，可以有效利用邻近场站的数据信息，从而提高风电功率预测精度。最后，以实际算例验证了所提方法的有效性。

Abstract

Because of the spatio-temporal correlation of wind resources

the forecasting accuracy of the forecasted wind farm can be improved by using the relevant data of adjacent wind farms. However

different wind farms are often owned by different power generation groups

which do not have access to private data of each other due to commercial competition and data security concerns. To solve these problems

first

a ridge regression forecasting model based on the improved

-nearest neighbor algorithm is proposed in this paper. Then

under the mechanism of vertical federated learning

the synchronous gradient descent algorithm is used to solve the proposed forecasting model iteratively. The distributed training process and the distributed forecasting process of wind power forecasting model are derived by utilizing the separable characteristic of gradient vector calculation. The original large-scale forecasting problem is decomposed into a large number of small-scale subproblems

and each subproblem is calculated locally by the corresponding wind farm. On the basis of ensuring the data privacy and security of all participants

the data information of adjacent wind farms can be effectively used to improve the accuracy of wind power forecasting. Finally

the results of case studies are given to demonstrate the effectiveness of the proposed method

关键词

Keywords

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