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基于支持向量机的城市燃气日负荷预测方法研究

清华大学 辅仁网/2017-07-07

基于支持向量机的城市燃气日负荷预测方法研究
张超1,2,刘奕1(),张辉1,黄弘1
2. 中国标准化研究院, 北京 100191
Study on urban short-term gas load forecasting based on support vector machine model
Chao ZHANG1,2,Yi LIU1(),Hui ZHANG1,Hong HUANG1
1. Institute for Public Safety Research, Department of Engineering Physics, Tsinghua University, Beijing 100084, China
2. China National Institute of Standardization, Beijing 100191, China

摘要:
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文章导读
摘要天然气是绿色、高效的能源,在工业生产和居民生活中应用日益广泛。天然气日负荷预测有助于科学合理地进行供应调配,预测结果对于实际工作具有重要参考价值。该文采用支持向量机方法对华北某城市的燃气实际日负荷数据进行了分析,建立了城市燃气日负荷预测模型。讨论了影响燃气日负荷变化的若干主要因素及其对燃气负荷预测建模的影响,分析了数据规则化方法对预测模型准确性的影响。该文建立的模型,对于全年负荷的预测误差小于5%; 对于供暖期负荷的预测误差约为2%,结果较好。该文对建模影响因素和预测准确性的讨论,对类似问题有一定借鉴意义。

关键词 燃气负荷预测,支持向量机,数据规则化方法
Abstract:Natural gas is green and efficient energy which is widely used in industrial production and daily life. Daily gas load forecasting is helpful for scientifically and rationally supplying. Therefore, the forecasting results are beneficial to practical work. A forecasting model for daily gas loads was developed based on support vector machine theory. The gas load data of a North-China city were taken as a sample to verify the forecasting accuracy, with the main factors that affect the daily gas load as well as their effects on model accuracies being discussed. Several data normalization methods were used with the forecasting accuracy based on normalization methods analyzed. The developed model performs well with the error less than 5% for the through-year data, and less than 2% for the heating period data. The discussion about forecasting accuracies in this paper may be helpful for similar problems.

Key wordsgas load forecastingsupport vector machinedata normalization method
收稿日期: 2010-10-05 出版日期: 2015-04-16
ZTFLH: 
基金资助:国家自然科学基金资助项目(70833003, 90924001);北京市科技专项(Z09050600910902)
引用本文:
张超, 刘奕, 张辉, 黄弘. 基于支持向量机的城市燃气日负荷预测方法研究[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2014, 54(3): 320-325.
Chao ZHANG, Yi LIU, Hui ZHANG, Hong HUANG. Study on urban short-term gas load forecasting based on support vector machine model. Journal of Tsinghua University(Science and Technology), 2014, 54(3): 320-325.
链接本文:
http://jst.tsinghuajournals.com/CN/ http://jst.tsinghuajournals.com/CN/Y2014/V54/I3/320


图表:
关联因素 相关系数
燃气日负荷-平均温度 0.857
燃气日负荷-天气情况 0.225
燃气日负荷-日期属性 0.004


燃气日负荷与影响因素之间的相关性分析
燃气日负荷与日平均温度之间的关系
基于支持向量机的燃气日负荷预测模型结构图
分量ID 变量 物理意义
1~5 l(d-5)~l(d-1) 前5 d的燃气日负荷
6~10 t(d-5)~t(d-1) 前5 d的日平均温度
11~15 w(d-5)~w(d-1) 前5 d的天气情况
16~20 d(d-5)~d(d-1) 前5 d的日期属性
21 t(d) 当天的平均温度
22 w(d) 当天的天气情况
23 d(d) 当天的日期属性


支持向量机模型的输入向量
影响因子 条目 规则化
数值
影响因子 条目 规则化
数值
日期属性 星期一 0.4 天气情况 0.4
星期二 0.5 多云 0.5
星期三 0.5 0.6
星期四 0.5 小雨 0.7
星期五 0.8 0.8
星期六 1.0 小雪 0.9
星期日 1.0 1.0


影响因子定性信息的量化规则
条目 训练样本 预测时间 eMAPE/%
拟合 2008年7月20日—2009年7月23日 3.71
预测10 d 2008年7月20日—2009年7月13日 2009年7月14日—7月23日 4.28
预测20 d 2008年7月20日—2009年7月03日 2009年7月4日—7月23日 4.80
预测30 d 2008年7月20日—2009年6月23日 2009年6月24日—7月23日 4.62


将全年数据作为训练样本的预测结果
将全年数据作为训练样本,对未来10 d燃气负荷进行预测的结果
将全年数据作为训练样本,对未来10 d、 20 d、 30 d负荷进行预测的结果
起止时间 负荷数
值区间
天数/d 数组ID 拟合
eMAPE/%
预测10 d
eMAPE/%
预测20 d
eMAPE/%
2008年7月20日—2009年7月23日 0.1~1 369 D 3.71 4.28 4.80
2008年7月20日—11月3日 0.1~0.2 107 A 4.03 13.84 10.38
2008年11月4日—11月16日 0.2~0.5 13
2008年11月17日—2009年3月8日 0.5~0.9~0.5 112 C 1.93 3.02 4.20
2009年3月9日—3月25日 0.5~0.2 17
2009年3月26日—7月23日 0.1~0.2 120 B 2.26 4.91 4.54


燃气负荷分组方案及预测结果
全年预测与分组预测的结果对比
不同规则化方法对预测结果准确性的影响
不同组别数值负荷特性对预测结果准确性的影响对比


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