考虑爬坡特性与预测区间优化的电热水器集群功率区间预测

余洋; 权丽; 贾雨龙; 米增强; 范辉

doi:10.7500/AEPS20191022006

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

考虑爬坡特性与预测区间优化的电热水器集群功率区间预测

新能源电力系统预测技术及其应用 | 更新时间：2025-06-16

- 考虑爬坡特性与预测区间优化的电热水器集群功率区间预测
- Interval Prediction of Aggregated Power for Electric Water Heaters Considering Ramp Characteristic and Prediction Interval Optimization
- 电力系统自动化-方正平台 2021年45卷第1期页码：88-96
- 作者机构：
  
  1.河北省分布式储能与微网重点实验室（华北电力大学），河北省保定市 071003
  2.新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学），河北省保定市 071003
  3.国网河北省电力有限公司，河北省石家庄市 050000
- 作者简介：
  
  余洋(1982—)，男，通信作者，博士，副教授，硕士生导师，主要研究方向：电力储能技术、柔性负荷建模与调度。E-mail：yym0401@163.com
  权丽(1995—)，女，硕士研究生，主要研究方向：柔性负荷预测与调度等。E-mail：1057863783@qq.com
  贾雨龙（1989—），男，博士研究生，主要研究方向：需求响应、负荷聚合建模。E-mail：jiayulong1110@126.com
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2018YFE0122200);国家电网公司科技项目(KJGW2018-014)
- DOI：10.7500/AEPS20191022006
  中图分类号：
- 收稿日期：2019-10-22，
  
  修回日期：2020-02-11，
  
  网络出版日期：2020-06-15，
  
  纸质出版日期：2021-01-10
- 稿件说明：
移动端阅览
余洋,权丽,贾雨龙等.考虑爬坡特性与预测区间优化的电热水器集群功率区间预测[J].电力系统自动化,2021,45(1):88-96.

YU Yang,QUAN Li,JIA Yulong,et al.Interval Prediction of Aggregated Power for Electric Water Heaters Considering Ramp Characteristic and Prediction Interval Optimization[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(1):88-96.
余洋,权丽,贾雨龙等.考虑爬坡特性与预测区间优化的电热水器集群功率区间预测[J].电力系统自动化,2021,45(1):88-96. DOI： 10.7500/AEPS20191022006.

YU Yang,QUAN Li,JIA Yulong,et al.Interval Prediction of Aggregated Power for Electric Water Heaters Considering Ramp Characteristic and Prediction Interval Optimization[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(1):88-96. DOI： 10.7500/AEPS20191022006.

摘要

根据电热水器(EWH)集群功率的波形特征，提出了一种考虑爬坡特性和区间优化的EWH集群功率短期区间预测方法。首先，针对EWH负荷功率的不确定性，提出了一种考虑样本分布多源异构特性的结合集合经验模态分解(EEMD)、主成分分析(PCA)和多核相关向量机(MKRVM)的高精度组合点预测模型。然后，为获得期望预测覆盖率下宽度更窄的预测区间，综合区间预测覆盖率、区间平均宽度和累积宽度偏差等区间评价指标，设计了一种核密度估计(KDE)与粒子群优化相结合的改进预测区间优化方法，改善了MKRVM-KDE区间结构性能，避免了参数选择的随意性。最后，采用EWH聚合功率数据对算法有效性进行了验证。结果表明，该预测方法具有较高的预测精度和较好的清晰度，能够提供高质量的预测区间。

Abstract

According to the waveform feature of the aggregated power for electric water heaters (EWHs)

a short-term interval prediction method is proposed

which considers the ramp characteristic and interval optimization. Firstly

in view of the uncertainty of load power for EWH

a combinatorial point prediction model with high-precision considering multi-source heterogeneous characteristics of the sample distribution is presented

which combines with ensemble empirical mode decomposition (EEMD)

principal component analysis (PCA) and multi-kernel relevant vector machine (MKRVM). Secondly

to obtain a narrower prediction interval with the expected prediction coverage

the evaluation indices of the interval prediction coverage

interval average width

and cumulative width deviation are combined to design an improved prediction interval optimization method integrating the kernel density estimation (KDE) and particle swarm optimization

which enhances the performance of MKRVM-KDE in interval structure and avoids the randomness in parameter selection. Finally

the aggregated power data of EWH is used to verify the effectiveness of the approach. The results show that the prediction method has high prediction accuracy and better clarity

and it can also provide prediction intervals with high quality.

关键词

Keywords

references

陈丽娜，张智晟，于道林 . 基于广义需求侧资源聚合的电力系统短期负荷预测模型［J］. 电力系统保护与控制， 2018 ， 46 （ 15 ）： 45 - 51 .

CHEN Lina ， ZHANG Zhisheng ， YU Daolin . Short-term load forecasting model for power system based on generalized demand-side resources aggregation ［J］. Power System Protection and Control ， 2018 ， 46 （ 15 ）： 45 - 51 .

ZENG Lukun ， SUN Yi ， ZHOU Xingjie ， et al . Demand dispatch in cyber-physical load aggregation system with multilevel incentives ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2018 ， 6 （ 5 ）： 128 - 138 .

戚野白，王丹，贾宏杰，等 . 基于需求响应的集群温控负荷建模及参与低频减载策略研究［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 3 ）： 751 - 759 .

QI Yebai ， WANG Dan ， JIA Hongjie ， et al . Research on under frequency load shedding strategy using aggregated thermostatically controlled loads based on demand response ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 3 ）： 751 - 759 .

HU J ， CAO J ， CHEN M Z Q ， et al . Load following of multiple heterogeneous TCL aggregators by centralized control ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2017 ， 32 （ 4 ）： 3157 - 3160 .

陈中，李云倩，冷钊莹，等 . 典型家用大功率负载精细化建模及能量管理策略［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 22 ）： 135 - 143 .

CHEN Zhong ， LI Yunqian ， LENG Zhaoying ， et al . Refined modeling and energy management strategy of typical household high-power loads ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 22 ）： 135 - 143 .

郝文斌，李银奇，张毓格，等 . 基于需求侧响应的家庭电热水器优化调度［J］. 电力系统保护与控制， 2019 ， 47 （ 2 ）： 95 - 100 .

HAO Wenbin ， LI Yinqi ， ZHANG Yuge ， et al . Optimal dispatch of home electric water heaters based on demand side response ［J］. Power System Protection and Control ， 2019 ， 47 （ 2 ）： 95 - 100 .

李东东，刘洋，林顺富，等 . 典型居民温控负荷建模及聚合特性研究［J］. 电测与仪表， 2017 ， 54 （ 16 ）： 59 - 61 .

LI Dongdong ， LIU Yang ， LIN Shunfu ， et al . Modeling and aggregation characteristics of temperature-controlled load for typical residents ［J］. Electrical Measurement and Instrumentation ， 2017 ， 54 （ 16 ）： 59 - 61 .

马欢，李常刚，刘玉田 . 风电爬坡事件对系统运行充裕性的影响评估［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 4 ）： 41 - 42 .

MA Huan ， LI Changgang ， LIU Yutian . Impact assessment of wind power climbing events on system operational adequacy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 4 ）： 41 - 42 .

HE Y ， ZHENG Y . Short-term power load probability density forecasting based on Yeo-Johnson transformation quantile regression and Gaussian kernel function ［J］. Energy ， 2018 ， 154 ： 143 - 156 .

黎敏，林湘宁，张哲原，等 . 超短期光伏出力区间预测算法及其应用［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 3 ）： 10 - 18 .

LI Min ， LIN Xiangning ， ZHANG Zheyuan ， et al . Ultra short term photovoltaic output interval prediction algorithm and its application ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 3 ）： 10 - 18 .

MAHMOUD T ， DONG Z Y ， MA J . An advanced approach for optimal wind power generation prediction intervals by using self-adaptive evolutionary extreme learning machine ［J］. Renewable Energy ， 2018 ， 126 ： 254 - 258 .

WANG J Y ， GAO Y Y ， CHEN X J . A novel hybrid interval prediction approach based on modified lower upper bound estimation in combination with multi-objective SALP swarm algorithm for short-term load forecasting ［J］. Energies ， 2018 ， 11 （ 6 ）： 1 - 30 .

LUIS G M ， NICOLÁS C ， DORIS S ， et al . Prediction interval methodology based on fuzzy numbers and its extension to fuzzy systems and neural networks ［J］. Expert Systems with Applications ， 2018 ， 119 （ 4 ）： 128 - 141 .

XU Y ， ZHANG M Q ， ZHU Q X ， et al . An improved multi-kernel RVM integrated with CEEMD for high-quality intervals prediction construction and its intelligent modeling application ［J］. Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems ， 2017 ， 171 ： 151 - 160 .

甘迪，柯德平，孙元章，等 . 考虑爬坡特性的短期风电功率概率预测［J］. 电力自动化设备， 2016 ， 36 （ 4 ）： 145 - 150 .

GAN Di ， KE Deping ， SUN Yuanzhang ， et al . Short-term wind power probability prediction considering climbing characteristics ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2016 ， 36 （ 4 ）： 145 - 150 .

SHI Z ， LIANG H ， DINAVAHI V . Direct interval forecast of uncertain wind power based on recurrent neural networks ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2018 ， 9 （ 3 ）： 1177 - 1187 .

刘晓峰，高丙团，罗京，等 . 基于非合作博弈的居民负荷分层调度模型［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 14 ）： 54 - 60 .

LIU Xiaofeng ， GAO Bingtuan ， LUO Jing ， et al . Residential load hierarchical scheduling model based on non cooperative game ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 14 ）： 54 - 60 .

HAIDER Z M ， MEHMOOD K K ， RAFIQUE M K ， et al . Water-filling algorithm based approach for management of responsive residential loads ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2018 ， 6 （ 1 ）： 120 - 125 .

YU Yang ， MI Zengqiang ， ZHENG Xiaoming ， et al . Accommodation of curtailed wind power by electric water heaters based on a new hybrid prediction approach ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2019 ， 7 （ 3 ）： 525 - 537 .

GUPTA G ， RATHEE N . Performance comparison of support vector regression and relevance vector regression for facial expression recognition ［C］// 2016 International Conference on Soft Computing Techniques and Implementations ， October 8 - 10 ， 2015 ， Faridabad， India.

雷亚国，陈吴，李乃鹏，等 . 自适应多核组合相关向量机预测方法及其在机械设备剩余寿命预测中的应用［J］. 机械工程学报， 2016 ， 52 （ 1 ）： 87 - 89 .

LEI Yaguo ， CHEN Wu ， LI Naipeng ， et al . Adaptive multi-core combination correlation vector machine prediction method and its application in residual life prediction of mechanical equipment ［J］. Journal of Mechanical Engineering ， 2016 ， 52 （ 1 ）： 87 - 89 .

吴倩红，高军，侯广松，等 . 实现影响因素多源异构融合的短期负荷预测支持向量机算法［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 15 ）： 67 - 72 .

WU Qianhong ， GAO Jun ， HOU Guangsong ， et al . Short-term load forecasting support vector machine algorithm for multi-source heterogeneous fusion of load factors ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 15 ）： 67 - 72 .

HU Mengyue ， HU Zhijian ， YUE Jingpeng ， et al . A novel multi-objective optimal approach for wind power interval prediction ［J］. Energies ， 2017 ， 10 （ 4 ）： 1 - 4 .

马燕峰，陈磊，李鑫，等 . 基于机会约束混合整数规划的风火协调滚动调度［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 5 ）： 127 - 132 .

MA Yanfeng ， CHEN Lei ， LI Xin ， et al . Rolling dispatch of wind-coal coordinated system based on chance-constrained mixed integer programming ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 5 ）： 127 - 132 .

马燕峰，陈磊，蒋云涛，等 . 基于负载均衡的含风电场电力系统优化调度方法［J］. 电网技术， 2017 ， 41 （ 9 ）： 2784 - 2791 .

Ma Yanfeng ， CHEN Lei ， JIANG Yuntao ， et al . Optimal dispatching method of power system with wind farms based on load balancing ［J］. Power System Technology ， 2017 ， 41 （ 9 ）： 2784 - 2791 .

张东英，代悦，张旭，等 . 风电爬坡事件研究综述及展望［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 6 ）： 1783 - 1786 .

ZHANG Dongying ， DAI Yue ， ZHANG Xu ， et al . Summary and prospect of wind power climbing events ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 6 ）： 1783 - 1786 .

马欢，李常刚，刘玉田 . 风电爬坡事件多级区间预警方法［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 11 ）： 39 - 47 .

MA Huan ， LI Changgang ， LIU Yutian . Multi-level early warning method for wind power ramp events ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 11 ）： 39 - 47 .

孙毅，石墨，许鹏，等 . 基于混合逻辑动态模型的热水器群态势感知及调控策略［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 17 ）： 5043 - 5051 .

SUN Yi ， SHI Mo ， XU Peng ， et al . Situation awareness and control strategy of water heater group based on mixed logical dynamic model ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 17 ）： 5043 - 5051 .

姜杰 . 家用电器智能用电的模型与方法研究［D］. 南京：南京邮电大学， 2016 .

JIANG Jie . Research on the model and method of intelligent electricity use for household appliances ［D］. Nanjing ： Nanjing University of Posts and Telecommunications ， 2016 .

叶林，路朋，滕景竹，等 . 考虑风电功率爬坡的功率预测-校正模型［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 6 ）： 49 - 56 .

YE Lin ， LU Peng ， TENG Jingzhu ， et al . Power prediction and correction model considering wind power ramping events ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 6 ）： 49 - 56 .

LI W Q ， CHANG L . A combination model with variable weight optimization for short-term electrical load forecasting ［J］. Energy ， 2018 ， 164 ： 575 - 593 .

XU Y ， SHEN S Q ， HE Y L ， et al . A novel hybrid method integrating ICA-PCA with relevant vector machine for multivariate process monitoring ［J］. IEEE Transactions on Control Systems Technology ， 2019 ， 27 （ 4 ）： 1780 - 1787 .

刘月峰，赵光权，彭喜元 . 多核相关向量机优化模型的锂电池剩余寿命预测方法［J］. 电子学报， 2019 ， 47 （ 6 ）： 1285 - 1292 .

LIU Yuefeng ， ZHAO Guangquan ， PENG Xiyuan . A lithium-ion battery remaining using life prediction method based on multi-kernel relevance vector machine optimized model ［J］. Acta Electronica Sinica ， 2019 ， 47 （ 6 ）： 1285 - 1292 .

张朝龙，何怡刚，袁莉芬 . 基于EEMD和MKRVM的锂电池剩余寿命预测方法［J］. 电力系统及其自动化学报， 2018 ， 30 （ 7 ）： 38 - 44 .

ZHANG Chaolong ， HE Yigang ， YUAN Lifen . Prediction approach of remaining useful life of lithium-ion battery based on EEMD and MKRVM ［J］. Proceedings of the CSU-EPSA ， 2018 ， 30 （ 7 ）： 38 - 44 .

HANNAH J R R ， ARULDOSS A V T . Training radial basis function networks for wind speed prediction using PSO enhanced differential search optimizer ［J］. PLoS ONE ， 2018 ， 13 （ 5 ）： 12 - 15 .

杨楠，崔家展，周峥，等 . 基于模糊序优化的风功率概率模型非参数核密度估计方法［J］. 电网技术， 2016 ， 40 （ 2 ）： 335 - 340 .

YANG Nan ， CUI Jiazhan ， ZHOU Zheng ， et al . Research on nonparametric kernel density estimation for modeling of wind power probability characteristics based on fuzzy ordinal optimization ［J］. Power System Technology ， 2016 ， 40 （ 2 ）： 335 - 340 .

LI Y Y ， HAN D ， YAN Z . Long-term system load forecasting based on data-driven linear clustering method ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2018 ， 6 （ 2 ）： 306 - 316 .

梁智，孙国强，李虎成，等 . 基于VMD与PSO优化深度信念网络的短期负荷预测［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 2 ）： 598 - 606 .

LIANG Zhi ， SUN Guoqiang ， LI Hucheng ， et al . Short-term load forecasting based on VMD and PSO optimized depth belief network ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 2 ）： 598 - 606 .

GAN D ， WANG Y ， YANG S ， et al . Embedding based quantile regression neural network for probabilistic load forecasting ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2018 ， 6 （ 2 ）： 244 - 254 .

JIANG P ， LI R ， LI H . Multi-objective algorithm for the design of prediction intervals for wind power forecasting model ［J］. Applied Mathematical Modelling ， 2019 ， 67 ： 101 - 122 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

基于天气相似聚类与QRNN的短期光伏功率区间概率预测

基于组合模态分解和深度学习的短期风电功率区间预测