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专利号: 2022107400245
申请人: 浙江机电职业技术学院
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:2024-08-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于DNA发夹变异的GWO优化Elman的电力负荷预测方法,其特征在于,构建Elman电力负荷预测模型并利用改进的灰狼算法对Elman电力负荷预测模型的参数进行寻优,所述改进的灰狼算法为采用DNA发夹变异作用于灰狼算法上,方法包括如下步骤:步骤1:获取电力负荷数据集:对电力负荷样本数据进行预处理和归一化,将样本集数据处理后划分为训练数据集、测试数据集;

步骤2:建立电力负荷Elman神经网络模型,确定神经元的输入和输出数据;

步骤3:确定电力负荷Elman神经网络的隐含层神经元个数;

步骤4:初始化寻优参数,即设置步骤3所确定的Elman神经网络的初始权值和阈值为待寻优参数;

步骤5:确立适应度函数,即优化算法的评价函数;

步骤6:利用训练数据集对Elman神经网络模型进行训练,在训练过程中采用DNA发夹变异操作灰狼算法对参数进行优化,得到最优的权值和阈值;

所述改进的灰狼算法具体步骤如下:

步骤6.1:设置DNA发夹变异操作灰狼算法的运行参数,包括:种群个数N,最大进化代数G,个体编码长度L,变量的个数M,变异概率pm,算法迭代的终止条件,一般为达到最大迭代次数或设定的寻优精度;

步骤6.2:对要进行寻优的M个权值和阈值进行编码,随机生成大小为N个的初始种群,每个参数被编码为长度为L的子序列,且由整数集{0,1,2,3}表示,则每个个体被编码后的DNA序列长度为L×M;

步骤6.3:将种群中的个体解码为对应的Elman神经网络寻优的权值和阈值,采用Elman神经网络对样本数据训练,将得到的电力负荷预测数据与实际数据的误差平方和的平方根作为DNA发夹变异GWO寻优的适应度函数;

步骤6.4:计算所有个体的适应度函数值,轮盘赌选择个体,并将选中的个体按适应度函数值进行排序,适应度较优的前70%的个体为优质个体,排名后30%的个体为有害个体,并且取前三个最优的个体,标记为 , , ;

步骤6.5:随机生成概率 ,以此决定有害个体是否参与变异,具体为:a) 若r>pm,则不进行变异操作,直接计算该个体可能更新的位置,具体为:a1) 分别计算该个体距离三匹头狼 , , 的距离Dk, ,个体当前位置为X,

a2) 根据Dk计算个体可能更新的位置 ,计算公式为:,

其中,

式中, ,a随着迭代次数增加,由2线性衰减到0;

b) 若r<pm,则执行变异操作,具体步骤为:

b1) 定义该个体第一个碱基的序列号为c1=1;

b2) 从序列号为c1+1开始遍历,找到第一个与序列号为c1的碱基互补的碱基,定义其序列号为c2;

b3) 将位于c1和c2之间的所有碱基位进行逆序排列;

b4) 将逆序得到的碱基位分别用其对应的互补碱基代替,最后,令c1=c2+1,重复执行以上步骤,直至遍历完所有的c1;至此,得到变异后新的子代个体 ;

b5) 分别计算该新个体距离三匹头狼 , , 的距离Dk, ,β,,个体当前位置为b6) 根据Dk计算个体可能更新的位置 ,计算公式为:,

其中,

式中, ,a随着迭代次数增加,由2线性衰减到0;

步骤6.6 若当前种群达到迭代次数或达到要求的精度,则获得最优的Elman网络权值和阈值,否则,返回步骤6.2;

步骤7:利用测试数据集对训练调整后的Elman神经网络模型进行测试;采用所得模型对电力负荷进行预测。

2. 根据权利要求1所述的基于DNA发夹变异的GWO优化Elman的电力负荷预测方法,其特征在于,所述的DNA发夹变异为:随机选择一个DNA序列作为父代个体,定义第一个碱基的序列号为c1=1,从序列号为c1+1开始遍历,直到找到第一个与序列号为c1的碱基互补的碱基,定义其序列号为c2,如果找不到c2,则重新选择DNA序列,直到找到为止;然后,将位于c1和c2之间的所有碱基位进行逆序排列,最后,将逆序得到的碱基位分别用其对应的互补碱基代替;最后,令c1= c2+1,重复执行以上步骤,直至遍历完所有的c1;至此,得到变异后新的子代个体。

3.根据权利要求1所述的基于DNA发夹变异的GWO优化Elman的电力负荷预测方法,其特征在于,所述电力负荷样本数据包括5个输入和一个输出数据,输入的形式如下:式中,p(t)表示t时刻的温度,h(t)表示t时刻的湿度,r(t)表示t时刻的降水量,l(t‑

1)、l(t‑2)和l(t‑3)分别表示t‑1、t‑2和t‑3时刻的电力负荷值;

输出为t时刻的电力负荷数据;

所述预处理为:对样本中缺失的数据或异常数据采用线性插值法进行填充或替换。

4.根据权利要求1所述的基于DNA发夹变异的GWO优化Elman的电力负荷预测方法,其特征在于,所述Elman电力负荷预测模型基于Elman神经网络构建,如下:式中,k表示时刻,xc(k),u(k‑1),x(k),y(k)分别表示m维反馈状态向量,n维输入向量,m维隐含层节点向量,1维输出向量; , 和 分别表示承接层到隐含层、输入层到隐含层、隐含层到输出层的连接权值矩阵; b1和b2分别是输入层和隐含层的阈值;f为隐含层的传递函数,g为隐含层输出的线性组合表达式。