本發(fā)明涉及氣象數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)，具體涉及一種基于混合深度學(xué)習(xí)模型的風(fēng)電電量預(yù)測(cè)方法。
背景技術(shù)：
1、隨著風(fēng)電在電力系統(tǒng)中的比重日益增加，對(duì)未來(lái)10天至15天（即中期至長(zhǎng)期）的風(fēng)電電量進(jìn)行精確預(yù)測(cè)，已成為確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和優(yōu)化能源市場(chǎng)調(diào)度的關(guān)鍵技術(shù)支撐。然而，由于中長(zhǎng)期氣象演變的不確定性，現(xiàn)有預(yù)測(cè)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，核心在于跨時(shí)域氣象數(shù)據(jù)的知識(shí)斷層以及分段功率特性的物理不連續(xù)性。
2、首先，在中期預(yù)測(cè)時(shí)域內(nèi)，氣象產(chǎn)品的預(yù)報(bào)精度隨時(shí)長(zhǎng)增加呈非線性衰減。特別是當(dāng)預(yù)報(bào)時(shí)域超過(guò)10天后，全球預(yù)報(bào)系統(tǒng)（gfs）等產(chǎn)品不僅時(shí)間分辨率較低（如6h），且存在顯著的系統(tǒng)性漂移?，F(xiàn)有的時(shí)序降尺度方法多為孤立處理，未能考慮到短期高精度訂正數(shù)據(jù)對(duì)中期低分辨率數(shù)據(jù)的錨定作用。在實(shí)際調(diào)度中，如果缺乏一種有效的跨時(shí)域先驗(yàn)指導(dǎo)機(jī)制，將導(dǎo)致10天前后的預(yù)測(cè)結(jié)果在交接時(shí)刻出現(xiàn)明顯的邏輯斷層，嚴(yán)重影響電量預(yù)測(cè)的連續(xù)性。
3、其次，現(xiàn)有的多源氣象數(shù)據(jù)融合技術(shù)未能充分利用不同預(yù)報(bào)時(shí)域的互補(bǔ)性。在短期時(shí)域（0-10天），數(shù)值天氣預(yù)報(bào)（nwp）雖可經(jīng)元學(xué)習(xí)訂正達(dá)到較高精度，但這種訂正經(jīng)驗(yàn)未能轉(zhuǎn)化為指導(dǎo)中期（10-15天）gfs數(shù)據(jù)校準(zhǔn)的先驗(yàn)知識(shí)。當(dāng)前技術(shù)缺乏一種能夠量化“短期指導(dǎo)中期”權(quán)重的創(chuàng)新約束參數(shù)，導(dǎo)致中期風(fēng)速訂正過(guò)程缺乏物理依據(jù)，無(wú)法有效修正gfs在長(zhǎng)時(shí)效下的路徑偏差。
4、最后，在風(fēng)電功率建模層面，風(fēng)機(jī)輸出特性隨風(fēng)速區(qū)間呈現(xiàn)高度異質(zhì)性。沿海等地區(qū)風(fēng)速分布廣，低風(fēng)速段與高風(fēng)速段的功率波動(dòng)機(jī)理完全不同。采用單一模型難以平衡低風(fēng)速的穩(wěn)定性與高風(fēng)速的靈敏度，而簡(jiǎn)單的分段建模又極易在風(fēng)速切換閾值附近產(chǎn)生預(yù)測(cè)功率的“臺(tái)階式”跳變?，F(xiàn)有技術(shù)缺乏一種帶有銜接平滑懲罰機(jī)制的損失函數(shù)，無(wú)法在數(shù)學(xué)層面保證分段模型在切換邊界處的物理一致性。
5、綜上所述，為了解決上述技術(shù)難題，迫切需要一種集成跨時(shí)域先驗(yàn)指導(dǎo)機(jī)制、分段式混合架構(gòu)以及帶平滑約束優(yōu)化的風(fēng)電電量預(yù)測(cè)方法，以滿足復(fù)雜氣象環(huán)境下對(duì)10-15天中長(zhǎng)期電量預(yù)測(cè)的精度要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明目的：在于提供一種基于混合深度學(xué)習(xí)模型的風(fēng)電電量預(yù)測(cè)方法，該方法旨在解決沿海風(fēng)電場(chǎng)中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)精度衰減與模型切換跳變的難題，實(shí)現(xiàn)未來(lái)10-15天風(fēng)電電量的精細(xì)化預(yù)測(cè)。
2、為實(shí)現(xiàn)以上功能，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種基于混合深度學(xué)習(xí)模型的風(fēng)電電量預(yù)測(cè)方法，針對(duì)目標(biāo)風(fēng)電場(chǎng)，執(zhí)行如下步驟s1-步驟s4，完成10-15天風(fēng)電電量預(yù)測(cè)：
3、步驟s1：構(gòu)建目標(biāo)風(fēng)電場(chǎng)的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集，包括實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)、全球預(yù)報(bào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)；經(jīng)過(guò)時(shí)空對(duì)齊與噪聲清洗，并進(jìn)行預(yù)處理，形成標(biāo)準(zhǔn)輸入張量；
4、步驟s2：基于標(biāo)準(zhǔn)輸入張量，將風(fēng)速訂正任務(wù)劃分為短期階段與中期階段，針對(duì)0-10天的短期階段，基于元學(xué)習(xí)器構(gòu)建天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)風(fēng)速訂正模型，針對(duì)10-15天的中期階段，基于殘差學(xué)習(xí)模型，構(gòu)建全球預(yù)報(bào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)風(fēng)速降尺度與校正模型，分別輸出風(fēng)速訂正產(chǎn)品，作為輸入風(fēng)速；
5、步驟s3：基于輸入風(fēng)速，根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)功率曲線，將風(fēng)速區(qū)間劃分為低風(fēng)速段和高風(fēng)速段；針對(duì)低風(fēng)速段，基于多層感知機(jī)直接預(yù)測(cè)模型構(gòu)建低風(fēng)速段預(yù)測(cè)模型，針對(duì)高風(fēng)速段，基于xgboost模型構(gòu)建高風(fēng)速段預(yù)測(cè)模型，對(duì)低風(fēng)速段預(yù)測(cè)模型、高風(fēng)速段預(yù)測(cè)模型進(jìn)行訓(xùn)練和參數(shù)優(yōu)化，輸出風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)預(yù)測(cè)功率；
6、步驟s4：針對(duì)目標(biāo)風(fēng)電場(chǎng)，判定輸入風(fēng)速所屬的風(fēng)速段，計(jì)算分段融合功率，進(jìn)一步計(jì)算目標(biāo)預(yù)測(cè)時(shí)刻或多個(gè)未來(lái)時(shí)刻的風(fēng)電電量預(yù)測(cè)值，完成10-15天風(fēng)電電量預(yù)測(cè)。
7、有益效果：相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括：
8、1、構(gòu)建了基于跨時(shí)域先驗(yàn)指導(dǎo)系數(shù)的級(jí)聯(lián)訂正架構(gòu)，跨時(shí)域先驗(yàn)指導(dǎo)系數(shù)隨預(yù)報(bào)步長(zhǎng)動(dòng)態(tài)調(diào)整，量化了短期知識(shí)向中期預(yù)報(bào)外推過(guò)程中的約束強(qiáng)度，解決了傳統(tǒng)降尺度方法中存在的時(shí)域銜接斷層問(wèn)題；
9、2、實(shí)現(xiàn)了基于風(fēng)機(jī)功率曲線物理特性的精準(zhǔn)分段預(yù)測(cè)機(jī)制，本發(fā)明突破了單一模型處理全風(fēng)速段的局限，通過(guò)風(fēng)速與風(fēng)機(jī)功率關(guān)聯(lián)特性進(jìn)行深度解構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)測(cè)模型與物理特性的高度耦合；
10、3、引入了雙目標(biāo)聯(lián)合優(yōu)化策略，本發(fā)明在模型訓(xùn)練階段創(chuàng)新性地提出基于雙目標(biāo)損失函數(shù)的參數(shù)優(yōu)化方法，通過(guò)在平均絕對(duì)誤差（mae）的基礎(chǔ)上引入分段協(xié)同懲罰項(xiàng)，構(gòu)建了統(tǒng)一的優(yōu)化框架，有效消除了分段預(yù)測(cè)中常見(jiàn)的“臺(tái)階式”數(shù)值跳變，顯著提升了10-15天全風(fēng)速時(shí)域風(fēng)電電量預(yù)測(cè)的魯棒性與平滑度。
1.一種基于混合深度學(xué)習(xí)模型的風(fēng)電電量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，針對(duì)目標(biāo)風(fēng)電場(chǎng)，執(zhí)行如下步驟s1-步驟s4，完成10-15天風(fēng)電電量預(yù)測(cè)：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于混合深度學(xué)習(xí)模型的風(fēng)電電量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟s1的具體步驟如下：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于混合深度學(xué)習(xí)模型的風(fēng)電電量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟s2的具體步驟如下：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于混合深度學(xué)習(xí)模型的風(fēng)電電量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟s2.2的具體步驟如下：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于混合深度學(xué)習(xí)模型的風(fēng)電電量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟s2.3的具體步驟如下：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于混合深度學(xué)習(xí)模型的風(fēng)電電量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟s3的具體步驟如下：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于混合深度學(xué)習(xí)模型的風(fēng)電電量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟s4的具體步驟如下：