基于时序卷积网络与线性残差连接的光伏发电功率预测
Photovoltaic Power Prediction Based on Temporal Convolutional Network and Linear Residual Connections
DOI: 10.12677/AAM.2021.107235, PDF,   
作者: 梁 垚:贵州电网有限责任公司都匀供电局,贵州 都匀;唐学用:贵州电网公司有限责任电网规划研究中心,贵州 贵阳
关键词: 清洁能源时间序列光伏发电残差网络时序卷积网络功率预测因果卷积膨胀卷积Clean Energy Time Series Photovoltaic Power Generation Residual Network Temporal Convolutional Network Power Prediction Causal Convolution Dilated Convolution
摘要: 针对传统神经网络对于多元发电过程数据处理效率低、且容易过拟合的缺陷,提出了一种基于时序卷积网络(TCN)与线性残差连接的光伏功率预测方法。构建时序卷积网络,通过因果卷积与膨胀卷积技巧并行地提取多个时间点间的动态关系,从而在提取非线性时序相关性的同时保持较高的运算效率。引入线性残差连接构建了网络模型输入端与输出端的信息通路,有效地避免了过拟合。以某光伏电站实测数据对所提出方法进行性能验证,所提出的模型的预测结果的均方误差、均方根误差以及平均绝对误差分别为22.63、4.79、2.47,预测性能好于传统方法。
Abstract: Traditional neural networks have low processing efficiency for multi-variable power generation process data and are easy to overfit. In view of this, a photovoltaic power prediction method based on Temporal Convolutional Network (TCN) and linear residual connections is proposed. TCN is constructed to extract the dynamic relationship between multiple time points in parallel through causal convolution and dilation convolution techniques, so as to maintain high computational efficiency while extracting nonlinear temporal correlation. The introduction of linear residual connections constructs an information path between the input and output of the network, effectively avoiding overfitting. The performance of the proposed method is verified by the data collected from a photovoltaic power station. The mean square error, root mean square error, and mean absolute error of the prediction results of the proposed model are 22.63, 4.79, and 2.47, respectively, outperforming traditional methods.
文章引用:梁垚, 唐学用. 基于时序卷积网络与线性残差连接的光伏发电功率预测[J]. 应用数学进展, 2021, 10(7): 2257-2267. https://doi.org/10.12677/AAM.2021.107235

参考文献

[1] 杨国清, 张凯, 王德意, 等. 基于包络线聚类的多模融合超短期光伏功率预测算法[J]. 电力自动化设备, 2021, 41(2): 39-46.
[2] 杨茂, 冯帆. 基于马氏距离相似度量的光伏功率超短期预测方法的研究[J]. 可再生能源, 2021, 39(2): 175-181.
[3] 叶林, 裴铭, 路朋, 等. 基于天气分型的短期光伏功率组合预测方法[J]. 电力系统自动化, 2021, 45(1): 44-54.
[4] 孙志强, 李东阳. 基于时频熵和神经网络的光伏发电功率预测模型[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2020, 51(1): 221-230.
[5] 王哲, 张嘉英, 张彦振. 基于机器学习的光伏输出功率预测方法研究[J]. 计算机仿真, 2020, 37(4): 71-75, 163.
[6] 刘杰, 陈雪梅, 陆超, 等. 基于数据统计特性考虑误差修正的两阶段光伏功率预测[J]. 电网技术, 2020, 44(8): 2891-2897.
[7] 杨莹, 于天洋, 王大维, 等. NWP卡尔曼滤波光伏功率的预测模型[J]. 黑龙江科技大学学报, 2021, 31(1): 92-97.
[8] 马骏, 江锐, 丁倩, 等. 基于多元宇宙优化支持向量机的短期光伏发电功率预测[J]. 热力发电, 2020, 49(4): 87-92.
[9] 俞娜燕, 李向超, 费科, 等. 基于SVR-UKF的光伏电站功率预测[J]. 自动化与仪器仪表, 2020(4): 73-77.
[10] 程亮, 燕林, 谢云明. 基于CKF-SVR的光伏电站发电功率预测方法研究[J]. 电力系统装备, 2020(20): 15-16.
[11] 付宗见, 梁明亮, 王艳萍. 基于遗传算法优化BP神经网络的光伏阵列短期功率预测[J]. 电子器件, 2020, 43(3): 516-521.
[12] 周楠, 徐潇源, 严正, 等. 基于宽度学习系统的光伏发电功率超短期预测[J]. 电力系统自动化, 2021, 45(1): 55-64.
[13] 马磊, 黄伟, 李克成, 等. 基于Attention-LSTM的光伏超短期功率预测模型[J]. 电测与仪表, 2021, 58(2): 146-152.
[14] 杨晶显, 张帅, 刘继春, 等. 基于VMD和双重注意力机制LSTM的短期光伏功率预测[J]. 电力系统自动化, 2021, 45(3): 174-182.
[15] Lea, C., Vidal, R., Reiter, A. and Hager, G.D. (2016) Temporal Convolutional Networks: A Unified Approach to Action Segmentation. European Conference on Computer Vision, Amsterdam, 47-54.
[16] 肖磊, 郭立渌, 甘井中, 等. 基于深度卷积神经网络的轴承故障诊断技术研究[J]. 机床与液压, 2020, 48(18): 183-188.
[17] 成凌飞, 贺扬, 张培玲, 等. 压缩深层神经网络隐藏层维度对其分类性能的影响[J]. 电子科技, 2019, 32(1): 72-75.
[18] He, K., Zhang, X., Ren, S. and Sun, J. (2016) Deep Residual Learning for Image Recognition. Proceedings of the IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, Las Vegas, 27-30 June 2016, 770-778.
[19] Wei, Y., Yuan, Q., Shen, H., et al. (2017) Boosting the Accuracy of Multispectral Image Pansharpening by Learning a Deep Residual Network. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 14, 1795-1799.
[20] 韦哲, 张宇刚, 石栋栋, 等. 基于网格搜索与交叉验证的支持向量机糖尿病并发症诊断预测[J]. 中国医学装备, 2020, 17(8): 8-11.