【光伏风测功率预测】从经验曲线到数据驱动:CNN-LSTM/Transformer 在电站侧的落地实践

1. 为什么“经验曲线”越来越不够用?

在很多风电场、光伏电站,预测的“真实工作流”往往是这样:

  • 电网平台给一条预测;

  • 厂家/自建模型给一条预测;

  • 值班人员再凭经验做一次修正:

    • “今天偏高,整体压一点”;

    • “云多,光伏按 0.7 系数”;

    • “风要起了,晚上拉高一点”。

这套方法在过去能跑起来,是因为系统对新能源的要求还没那么苛刻。现在不一样了:

  • 偏差考核越来越细;

  • 现货/日内交易要求你敢报、会报、报得准

  • 储能、虚拟电厂、辅助服务等业务需要更高频、更稳定的曲线;

  • 最关键:规模越大,经验越不够用

于是“经验曲线”的致命问题暴露出来:

  1. 不可复制:今天这个值班员很准,换人就不准;

  2. 不稳定:遇到极端天气、冷空气、云边,就容易翻车;

  3. 无法量化不确定性:你说“压一点”,到底压多少?凭感觉;

  4. 无法持续迭代:经验不会自

### 使用LSTM进行光伏电站短期功率预测 #### 模型实现 长短时记忆网络(Long Short-Term Memory, LSTM)是一种特殊的循环神经网络(Recurrent Neural Network, RNN),专门设计用于解决传统RNN在长时间序列建模中的梯度消失和爆炸问题。LSTM通过引入门控机制来控制信息流,从而有效捕获时间序列数据中的长期依赖关系[^2]。 以下是基于Python的LSTM模型实现代码示例: ```python import numpy as np from tensorflow.keras.models import Sequential from tensorflow.keras.layers import LSTM, Dense def create_lstm_model(input_shape): model = Sequential() model.add(LSTM(units=50, return_sequences=True, input_shape=input_shape)) model.add(LSTM(units=50)) model.add(Dense(units=1)) # 输出层 model.compile(optimizer='adam', loss='mean_squared_error') return model ``` 此代码定义了一个两层的LSTM网络结构,其中`units=50`表示每层有50个隐藏单元。最后一层是一个密集连接层,用于输出单个数值作为预测结果。 #### 数据处理 为了使LSTM模型能够更好地学习光伏功率的时间特性,通常需要对原始数据进行预处理。具体步骤如下: 1. **归一化**:将输入数据缩放到固定范围(如[0, 1])。这有助于加速模型收敛并提升稳定性。 ```python from sklearn.preprocessing import MinMaxScaler scaler = MinMaxScaler(feature_range=(0, 1)) scaled_data = scaler.fit_transform(data) ``` 2. **构建监督学习格式的数据集**:将时间序列转换为适合训练的形式,即每一组输入对应一个目标值。 ```python def prepare_dataset(scaled_data, time_step): X, y = [], [] for i in range(len(scaled_data)-time_step-1): a = scaled_data[i:(i+time_step), :] X.append(a) y.append(scaled_data[i + time_step, 0]) return np.array(X), np.array(y) time_step = 60 # 假设使用过去60个时刻的数据预测下一个时刻 X_train, y_train = prepare_dataset(train_scaled_data, time_step) X_test, y_test = prepare_dataset(test_scaled_data, time_step) ``` 3. **调整维度**:LSTM期望输入数据具有三维形状 `[样本数, 时间步长, 特征数]`。 ```python X_train = X_train.reshape((X_train.shape[0], X_train.shape[1], data_dim)) X_test = X_test.reshape((X_test.shape[0], X_test.shape[1], data_dim)) ``` #### 模型优化方法 除了基本的LSTM架构外,还可以采用一些技术进一步提升模型性能: - **正则化**:加入Dropout层防止过拟合。 ```python from tensorflow.keras.layers import Dropout model.add(Dropout(rate=0.2)) ``` - **超参数调优**:尝试不同的批量大小、学习率以及层数/节点数量组合以找到最优配置。 - **集成方法**:结合其他算法形成混合框架,例如CNN-LSTMTransformer-LSTM,这些改进版本可以更高效地提取空间与时域特征[^2]。 ---
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