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专利号: 2021109812264
申请人: 武汉科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:授权未缴费
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-08-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于CNN-LSTM及深度学习的时空组合预测方法,其特征在于,包括如下步骤:S1、通过MI互信息算法对原始数据集的时间和空间相关性进行分析,消除数据间的冗余信息,对原始数据进行降维;

S2、建立MI-CNN-LSTM模型,对步骤S1降维后的数据进行预测,其中,CNN网络用于提取各站点空间信息,LSTM网络用于获取时间序列数据间的依赖信息;

S3、在LSTM网络的LSTM层与输出层之间增加AT层,得到MI-CNN-ALSTM模型,并对训练集数据进行模型学习;

S4、引入PSO算法对训练参数寻优,得到MI-CNN-ALSTM-PSO模型;

S5、通过MI-CNN-ALSTM-PSO模型对测试集进行预测,得到最终的预测值;

其中,步骤S1中,原始数据集是采集的过去t小时内n个站点的m维特征的风电数据,表示为:X=(X

上式中,n为观测站点编号,t为观测时间序列的窗口长度,m为数据特征维度;

则t时刻特征数据描述为:

上式中,WP为风电功率,WS为风速,WD为风向,TE为温度,PA为气压,DE为空气密度,i为站点编号;

步骤S2中,LSTM网络内部包括三个门结构和一个用于存储记忆的状态模块;

设C

遗忘门:用于控制上一单元状态Cf

输入门:用于控制哪些信息被加入到本单元中,其表达式如下:i

单元存储的状态信息:用于根据f输出门:用于将C

h

其中,W

传统的LSTM网络结构包括输入层、LSTM层和输出层,输出层则依据下式将hy

上式中,W

步骤S3中,在LSTM网络的LSTM层与输出层之间增加AT层之后,通过下式得到注意力机制矢量G上式中,

依据下式将G

根据步骤S2中的y

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤S2中,将n个站点的m维特征数据组成n行m列矩阵,并将t个时刻的矩阵构造为时间分布层;

CNN网络的输入层维度为n×m×t,卷积层特征图的输出上式中,X

CNN池化层通过滤波器和滑动窗口步长进行降维下采样,再通过展平层将数据展平为一维阵列

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤S4具体包括如下步骤:S41、初始化:随机初始化粒子参数PS42、迭代:每个粒子在探索空间中单独的搜寻最优解,将其记录为当前个体极值,迭代函数如下:x

上式中,v

S43、寻优:每个粒子单独进行寻优,并将个体极值与整个粒子群里的其他粒子共享,找到最优的那个个体极值作为整个粒子群的当前全局最优解;

S44、评估:每次迭代过程均对组合模型进行训练并计算出预测值及评价指标RMSE;

S45、停止迭代:MI-CNN-ALSTM-PSO模型在搜索过程中达到最大迭代次数且满足RMSE最优则停止,否则返回步骤S42继续更新粒子。