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专利号: 202110414525X
申请人: 西安建筑科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-11-22
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.考虑频域分解后数据特征的空调冷负荷预测方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、将影响负荷的因素通过RF算法对每个变量的特征重要度进行排序用于特征选择,将负荷序列重要度大于设定阈值的因素作为输入变量;

S2、利用变分模态分解技术将原始负荷序列分解成两个固有模态函数IMF1和IMF2以及误差序列ERR;

S3、对步骤S2得到的IMF1子序列进行ADF检验,检验结果为非线性非平稳子序列,并将步骤S1得到的输入变量作为输入,对固有模态函数IMF1建立最小二乘支持向量机预测模型,得到IMF1子序列的预测分量;

S4、对步骤S2得到的IMF2子序列进行ADF检验,检验结果为线性平稳子序列,并将步骤S1得到的输入变量作为输入,对固有模态函数IMF2建立极端梯度提升决策树预测模型,得到IMF2子序列的预测分量;

S5、对步骤S2得到的表现出高斯噪声部分的误差序列ERR的概率分布进行正态拟合得到ERR序列的概率分布预测模型,确定误差序列ERR子序列的预测分量;

S6、将步骤S3得到的IMF1子序列的预测分量,步骤S4得到的IMF2子序列的预测分量和步骤S5得到的误差序列ERR子序列的预测分量叠加后输出得到最终冷负荷预测值。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤S2中,利用VMD技术将原始负荷序列分解成离散的子序列具体为:S201、构造变分问题,原始负荷序列被分解为3个分量,保证分解序列为具有中心频率的有限带宽的模态分量,同时各模态的估计带宽之和最小,约束条件为所有模态之和与原始信号相等,得到相应的约束变分问题;

S202、引入二次惩罚因子α拉格朗日乘子λ,将步骤S201得到的约束变分问题转换为无约束变分问题;

S203、迭代更新步骤S202转换的无约束变分问题中的uk和ωk,得到各模态分量最优解;

S204、当步骤S203各模态分量最优解满足约束条件 后,输出最终模态分量, 为第n次迭代得到的分量, 为第n+1次迭代得到的分量,k为模态分量数,e>0为判别精度。

3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,步骤S203中,各模态分量最优解:其中, 为分别为第n+1次迭代得到的分量和表当前模态函数功率谱的重心, 为原始负荷序列的傅里叶变换, 为ui(ω)的傅里叶变换, 为Lagrange惩罚算子,n代表迭代次数,α为二次惩罚因子。

4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤S3中,建立LSSVM预测模型具体为:S301、给定训练数据集{(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)},xi是第i个输入样本,yi是输出变量,将核函数映射在高维空间中构造回归函数y(x);

S302、根据结构风险最小准则求解回归函数中的权向量ω和偏差参数b;

S303、构造拉格朗日函数L(ω,b,ξ,α)求解步骤S301中回归函数的最优解,ξ为松弛变量,α为Lagrange乘子;

S304、根据KKT条件分别求解L(ω,b,ξ,α)对(ω,b,ξ,α)的偏微分;

S305、通过计算步骤S304中4个参数的偏导为0,消除参数松弛变量ξi和权向量ω后得到线性方程组;

S306、通过求解步骤S305中的方程组得到α和b的值,确定LSSVM预测模型。

5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,步骤S302中,最优ω和b计算如下:T

s.t.yi=ω·φ(xi)+b+ξi

其中,γ为正则化参数,ξi为松弛变量,用来衡量训练样本偏离程度;n为训练样本数。

6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,步骤S306中,LSSVM预测模型的输出为:其中,αi为对应于xi的Lagrange乘子,k(x,xi)为核函数矩阵,b为偏差参数,n为样本数量。

7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤S4中,利用极端梯度推进决策树回归算法,将CART结合起来,得到一个高精度的XGBoost预测模型,具体为:S401、调整树深度、学习速率和迭代次数;

S402、构造目标函数,包括损失函数与正则项两部分,得到训练模型,损失函数采用具有一阶项与二次项的均方根误差,正则项关联模型的复杂度,优化最小正则项;

S403、预测模型搭建为迭代的过程,在每一次迭代开始之前,计算损失函数在每个训练样本点的一阶导数和二阶导数,每次迭代通过贪心策略生成新的决策树,通过对叶子节点对应的参数值计算每个叶节点对应的预测值;

S404、将步骤S403新生成的决策树添加到步骤S402的训练模型中;

S405、判断步骤S402所构建的目标函数是否达到最小,若是,则执行步骤S406,若否,则执行步骤S402;

S406、将验证数据集中的特征数据输入训练模型,计算评价指标,判断评价指标是否满足要求值,若是,则保存预测模型,若否,执行步骤S401。

8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,步骤S406中,令 对ωj求导,获得目标函数的最优解 及最优权重 如下:

其中, 为目标函数的最优解,Gj为一阶导数之和,ωj为权重,T为叶子节点个数,Hj为二阶导数之和,λ和γ为控制参数, 为最优权重。

9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤S5中,分别统计ERR序列的频率直方图及拟合概率分布,设定正态分布为待检验的分布类型,对ERR作出相应的正态Q‑Q图及去趋势正态Q‑Q图。

10.一种考虑频域分解后数据特征的空调冷负荷预测系统,其特征在于,包括:筛选模块,将影响负荷的因素通过RF算法对每个变量的特征重要度进行排序用于特征选择,将负荷序列重要度大于设定阈值的因素作为输入变量;

分解模块,利用变分模态分解技术将原始负荷序列分解成两个固有模态函数IMF1和IMF2以及误差序列ERR;

第一检验模块,对分解模块得到的IMF1子序列进行ADF检验,检验结果为非线性非平稳子序列,并将筛选模块得到的输入变量作为输入,对固有模态函数IMF1建立最小二乘支持向量机预测模型,得到IMF1子序列的预测分量;

第二检验模块,对分解模块得到的IMF2子序列进行ADF检验,检验结果为线性平稳子序列,并将筛选模块得到的输入变量作为输入,对固有模态函数IMF2建立极端梯度提升决策树预测模型,得到IMF2子序列的预测分量;

第三检验模块,对分解模块得到的表现出高斯噪声部分的误差序列ERR的概率分布进行正态拟合得到ERR序列的概率分布预测模型,确定误差序列ERR子序列的预测分量;

预测模块,将步骤第一检验模块得到的IMF1子序列的预测分量,第二检验模块得到的IMF2子序列的预测分量和第三检验模块得到的误差序列ERR子序列的预测分量叠加后输出得到最终冷负荷预测值。