基于遗传程序设计的电力系统负荷建模
电力系统中的负荷预测模型建立
电力系统中的负荷预测模型建立随着经济的发展和人民生活水平的提高，我们对电力的需求越来越大。
而如何高效地建立电力系统的负荷预测模型，成为了电力系统建设和运营中的关键问题。
负荷预测模型是指根据电力系统的历史数据和一些已知的因素，预测未来一段时间内的用电负荷量。
负荷预测模型对于电力生产和供应管理非常重要，因为他们需要提前知道未来几小时或几天的用电量，以便告知发电厂在什么时间以什么功率应该生产电力，以及在什么地方输送电力。
负荷预测模型因此能够提高电力生产的效率和运营的可靠性。
电力系统中的负荷预测模型主要分为三种，分别是统计模型，基于机器学习的模型以及基于深度学习的模型。
I. 统计模型统计模型是最传统的负荷预测方法。
这类模型主要利用历史数据来计算出有关负荷量的统计特征。
例如平均值、方差等。
然后基于这些统计特征来预测未来的负荷量。
常见的统计模型有回归模型、时间序列模型、指数平滑模型等。
1. 回归模型回归模型是根据已有的历史数据，找到数据中的某些关键特征，从而建立一个数学模型，用来预测未来的数值。
这些关键特征可以是时间、温度、天气情况等因素。
常见的回归模型有线性回归和非线性回归。
2. 时间序列模型时间序列模型是利用时间先后关系，预测未来的负荷量。
时间序列模型**将负荷量视为时间的函数**，并通过对时间序列分析，如自相关函数和根据ACF图形识别主要周期模式，来建立模型。
常用的时间序列模型有ARIMA、ARMA、SARIMA等。
3. 指数平滑模型指数平滑模型是利用历史负荷量，来获取一个加权平均值，并且每个历史期数都被赋予不同的权重。
这些权重根据过去负荷量的变异情况来决定。
常见的指数平滑模型包括简单指数平滑模型，加权移动平均模型，双指数平滑模型等。
II. 基于机器学习的模型机器学习是利用计算机技术和数据挖掘算法从大量数据中抽取出特征变量，训练模型，从而实现对未知数据的预测。
基于机器学习的负荷预测模型通常采用回归算法，如线性回归、支持向量机、决策树、随机森林等。
电力系统中的负荷建模技术
电力系统中的负荷建模技术在当今高度依赖电力的社会中，电力系统的稳定运行至关重要。
而负荷建模技术作为电力系统分析与控制中的关键环节，对于准确评估电力系统的性能、规划电力网络以及保障供电的可靠性具有极其重要的意义。
那么，什么是电力系统中的负荷建模呢？简单来说，负荷建模就是对电力系统中用户所消耗的电力负荷特性进行数学描述和建模。
这就好比我们要了解一个人的行为习惯，需要对他的日常活动进行观察和总结一样。
在电力系统中，负荷并不是一成不变的，它会随着时间、季节、天气等因素而发生变化。
比如在炎热的夏天，空调的使用量会大幅增加，导致电力负荷急剧上升；而在深夜，大多数用户都在休息，负荷则相对较低。
因此，准确地建立负荷模型，对于电力系统的运行和规划是非常必要的。
负荷建模的方法多种多样，常见的有统计综合法、总体测辨法以及故障拟合法等。
统计综合法是通过对大量用户的用电数据进行统计分析，综合得出负荷的特性模型。
这种方法就像是对一个群体的行为进行大数据分析，找出普遍规律。
首先，需要收集各类用户的用电设备信息、使用时间等详细数据。
然后，根据这些数据，计算出不同类型用户在不同时间段的负荷特性。
最后，将这些特性综合起来，形成整个电力系统的负荷模型。
这种方法的优点是能够较为全面地考虑各种用户的情况，但缺点是数据收集的工作量巨大，而且对于一些新兴的用电设备和用电行为可能难以准确预测。
总体测辨法是通过在实际电力系统中进行测量和辨识，获取负荷的模型参数。
想象一下，我们在电力系统中安装各种测量仪器，实时监测负荷的变化情况，然后通过特定的算法和软件对这些数据进行分析和处理，从而得到负荷模型。
这种方法的优点是能够直接反映实际负荷的特性，但也存在一些局限性，比如测量误差可能会影响模型的准确性，而且对于复杂的电力系统，测量和辨识的难度较大。
故障拟合法则是通过对电力系统故障时的负荷响应数据进行分析，来建立负荷模型。
当电力系统发生故障时，负荷会出现相应的变化，通过研究这些变化，可以了解负荷的动态特性。
电力系统的负荷特性分析与建模研究
电力系统的负荷特性分析与建模研究一、引言在当今社会，电力系统作为重要的基础设施，为各个行业的发展提供了可靠的电能供应。
然而，电力系统的负荷特性对于系统的运行和规划至关重要。
负荷特性的分析与建模研究可以为电力系统运行和规划提供重要的支持，并且对于优化系统运行、提高系统效率和确保供电可靠性具有重要意义。
二、电力系统负荷特性分析方法1. 传统的负荷特性分析方法a. 统计分析方法：基于历史数据进行统计分析，如负荷曲线的频率分布、负荷的峰谷差等。
b. 统计模型方法：通过建立统计模型，如ARIMA模型、灰色模型等，对负荷特性进行研究。
2. 基于智能算法的负荷特性分析方法a. 神经网络方法：基于神经网络的负荷预测模型，通过学习历史负荷数据，实现对未来负荷的预测。
b. 遗传算法方法：通过对电力系统负荷进行遗传算法优化，实现对负荷特性的分析和改进。
三、电力系统负荷特性的建模研究1. 静态模型a. 基于负荷历史数据的分布模型：通过统计分析历史负荷数据的分布特性，建立负荷概率分布模型。
b. 基于负荷特征的聚类模型：根据负荷特性的相似性将负荷分为若干类别，并建立相应的负荷模型。
2. 动态模型a. 基于时间序列的模型：通过时间序列分析方法，如ARIMA模型，建立负荷的长期和短期预测模型。
b. 基于回归分析的模型：通过回归分析方法，建立负荷与其他因素的关系模型，实现对负荷的预测和仿真。
四、电力系统负荷特性分析与建模在电力系统运行中的应用1. 负荷预测与调度a. 基于负荷特性的负荷预测：通过对负荷特性进行分析，建立负荷预测模型，为电力系统的调度提供准确的负荷预测结果。
b. 负荷平衡与调整：通过对负荷特性的分析，确定合适的负荷平衡策略，实现电力系统的负荷平衡与调整。
2. 电力系统规划与设计a. 负荷增长预测：通过负荷特性的分析和建模，预测电力系统未来负荷的增长趋势，为电力系统规划和设计提供依据。
b. 电力系统扩容与优化：通过负荷特性分析与建模，发现电力系统中存在的负荷不均衡问题，并对电力系统进行扩容与优化。
电力系统中的电力负荷建模与预测
电力系统中的电力负荷建模与预测概述电力负荷的准确建模与预测是电力系统运行和规划中的关键问题。
它不仅对电网的稳定运行和资源优化具有重要意义，还对新能源发展、能源消耗的节约以及电力市场的运行等产生深远影响。
本文将从电力负荷的建模方法、预测技术以及应用领域等方面进行论述，旨在全面介绍电力负荷建模与预测的相关内容。
电力负荷建模方法电力负荷建模是对电力负荷进行数学或统计方法描述的过程。
为了准确地模拟和预测电力负荷的变化，需要综合考虑多个因素，如时间、天气、经济和社会等。
以下是几种常见的电力负荷建模方法。
1. 统计建模统计建模是利用历史数据对电力负荷进行建模和预测的方法之一。
该方法通过分析历史数据的变化趋势和周期性，运用数学统计学的知识来建立模型。
常见的统计建模方法包括时间序列分析、回归分析和灰色系统理论等。
这些方法能够较好地捕捉到电力负荷的变化规律，但对于异常情况（如节假日、突发事件）的预测能力有限。
2. 人工智能建模人工智能建模是近年来应用广泛的一种电力负荷建模方法。
它利用人工智能算法，通过对大量数据的学习和训练，构建出适应性较好的负荷预测模型。
人工智能方法包括神经网络、支持向量机和遗传算法等，并且可以根据实际需要灵活选用不同的算法。
相比于传统的统计方法，人工智能方法更具有适应性和鲁棒性，能够更好地处理非线性和非稳态的负荷数据。
电力负荷预测技术电力负荷预测是对未来一段时间内电力负荷进行估计的过程。
准确的负荷预测有助于电网的运行调度和电力市场的交易决策。
以下是几种常见的电力负荷预测技术。
1. 基于统计学方法的负荷预测基于统计学方法的负荷预测是一种常见且有效的预测技术。
通过对历史数据的分析，结合时间序列分析、回归模型等统计学方法，对未来的负荷进行预测。
这种方法较为简单，计算速度快，适用于确定性负荷预测，但对于非线性和非稳态的负荷数据效果较差。
2. 基于人工智能方法的负荷预测基于人工智能方法的负荷预测是近年来研究热点之一。
电力系统中的电力负荷预测方法与算法研究
电力系统中的电力负荷预测方法与算法研究引言：在电力系统中，准确预测电力负荷对于实现稳定和可靠的电力供应至关重要。
电力负荷预测是指根据过去的用电数据和相关的环境和经济因素，预测未来一段时间（如天、周、月）内的电力负荷情况。
准确的负荷预测可以帮助电力公司优化电力调度，合理安排发电和输电，有效解决电力供需平衡问题，提高电网运行效率和经济性。
一、传统的电力负荷预测方法：1. 时间序列方法：时间序列方法是一种常用的负荷预测方法，其基本思想是通过分析负荷历史数据的变化趋势、周期性和规律性，预测未来的负荷情况。
常用的时间序列方法包括ARIMA模型、指数平滑模型和季节性分解方法等。
这些方法适用于短期负荷预测，但对于长期预测效果不佳。
2. 统计回归方法：统计回归方法通过建立负荷与相关因素（如气温、湿度、日照等）之间的函数关系，进行负荷预测。
常用的统计回归方法包括多元线性回归分析、多元非线性回归分析和逐步回归分析等。
这些方法适用于中期和长期负荷预测，并且考虑了外部因素的影响，但要求提供大量的相关数据。
二、基于机器学习的电力负荷预测方法：1. 神经网络方法：神经网络方法通过构建具有多层隐含层的人工神经网络模型，通过学习历史数据中的模式和规律，进行负荷预测。
常用的神经网络方法包括BP神经网络、RBF神经网络和CNN神经网络等。
这些方法适用于短期和中期负荷预测，可以更好地捕捉负荷的非线性关系。
2. 支持向量机方法：支持向量机方法通过将负荷预测问题转化为一个优化问题，通过寻找一个最优的超平面，将不同类别的样本分开。
常用的支持向量机方法包括线性支持向量机、非线性支持向量机和径向基函数支持向量机等。
这些方法适用于中期和长期负荷预测，并且具有较好的泛化能力。
3. 遗传算法方法：遗传算法方法通过模拟自然界的遗传和进化过程，寻找最优的解决方案。
常用的遗传算法方法包括基于交叉、变异和选择等操作的进化算法和遗传规划算法等。
这些方法适用于长期负荷预测，可以考虑多个因素之间的复杂关系。
数学建模优秀论文--基于遗传算法的机组组合问题的建模与求解
数学建模优秀论文--基于遗传算法的机组组合问题的建模与求解摘要本文针对当前科技水平不足以有效存储电力的情况下产生的发电机机组组合的问题，考虑负荷平衡、输电线传输容量限制等实际情况产生的约束条件，建立机组组合优化模型，追求发电成本最小。
同时采用矩阵实数编码遗传算法（MRCGA）和穷举搜索算法，利用MATLAB 7.0.1和C++编程，分别对模型进行求解，并对所得结果进行分析比较，以此来帮助电力部门制定机组启停计划。
首先，建立发电成本最小目标函数和各项约束条件的数学表达式。
其中机组空载成本和增量成本之和随该机组发电出力增长呈折线关系，在分析计算时为了简便，本文采用一条平滑的二次曲线来近似代替。
对于问题1，选取相应的约束条件对目标函数进行约束，从而给出优化模型Ⅰ。
由于问题1的求解规模很小，所以采用穷举搜索算法，利用C++编程求解，得到了3母线系统4小时的最优机组组合计划（见表一）。
对于问题2，在优化模型Ⅰ的基础上，增加最小稳定运行出力约束、机组启动和停运时的出力约束以及机组最小运行时间和最小停运时间约束这三个约束条件，建立了优化模型II。
同时采用遗传算法和穷举搜索算法，利用MATLAB和C++编程，分别对模型进行求解，部分结果如下：发电总成本（单位：元）矩阵实数编码遗传算法6780穷举搜索算法6820在对所得结果进行了分析比较，重新制定了3母线系统4小时最优机组组合计划（见表三）。
对于问题3，用IEEE118系统对优化模型II进行测试。
由于求解规模巨大，同样采用遗传算法和穷举搜索算法，利用MATLAB和C++编程，分别对模型进行求解，部分结果如下：发电总成本（单位：百万）矩阵实数编码遗传算法 2.034穷举搜索算法 2.135在对所得结果进行比较时发现对于大规模问题，遗传算法优势明显，将其求解结果作为24小时的最优机组组合计划（见附录）。
最后，我们就模型存在的不足之处提出了改进方案，并对优缺点进行了分析。
基于感应电动机的负荷模型参数辨识研究
基于感应电动机的负荷模型参数辨识研究xx学院毕业设计(论文)开题报告题目：基于感应电动机的负荷模型参数辨识研究课题类别：设计学生姓名：学号：班级：专业（全称）：指导教师：2010年 4月一、本课题设计（研究）的目的：(1)了解电力系统负荷建模重要性的基础上，掌握电力负荷模型的基本概念及分类，重点掌握静态负荷模型、动态负荷模型并建立综合负荷的概念。
(2)了解电力系统负荷建模的方法及研究现状的基础上，重点研究动态负荷模型中的感应电动机模型。
(3)掌握感应电动机模型的结构特点及待辨识参数的物理意义。
(4)理解感应电动机负荷模型参数辨识实现过程，通过感应电动机的三种综合负荷模型对样本进行参数辨识，以比较和分析这三种模型对实际综合负荷的描述效果。
二、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）：随着我国主要电网互联进程的推进，电网的复杂程度愈来愈高，其动态稳定性及电压稳定性问题愈来愈突出，负荷模型对系统计算结果的影响已变得不容忽视。
在东北—华北交流联网系统稳定性分析和东北—华北联网工程调试等工程项目的研究中，采用的负荷模型和参数严重地影响了系统稳定性计算结果的可信度，给决策方案的取舍带来了一定困难。
为了解决这一问题，必须探索适用于我国现阶段大规模互联电网的负荷模型和建模方法。
由于电力系统数字仿真已被广泛应用于电力系统的规划、设计、运行和研究等领域，数字仿真结果常常被作为相关决策的依据，因此仿真的准确度愈来愈受到重视。
随着研究的深入，最后将负荷模型从恒电流模型改成电动机加上某种静态负荷的模型后，仿真结果才与现场记录相一致，这充分说明目前用于电力系统动态仿真模型或参数改进而建立和使用基于实测数据的负荷模型具有十分重要的现实意义。
目前，负荷建模方法可归纳为两类，即统计综合法和总体测辨法。
在过去的 20 年中，对于采用上述两种方法进行负荷建模的研究已取得了许多成果。
由于电网运行水平越来越接近于极限以及大量电力电子设备的涌现，导致了20世纪70—80年代建立的负荷模型已不适用于电力系统动态仿真。
基于遗传优化神经网络的电力系统短期负荷预测
（ 昌学院电气与信 息工程 学院，河南 许 昌 ４ １ ０） 许 ６００ 摘要 ：电力 系统短期 负荷预测是电力系统运行 管理 和实时控 制所必须的基本 内容 ，预测结果 的准确性对 电力 系统的安全 、优
质 ，经济运 行具有重要 意义。通过 非参数预 测法建立 电力系统短期 负 荷预测模型 ，以此作为 Ｅｍｎ 经 网络训练 的样本集， ｌ 神
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｓ ｏ ｔ ｅ ｍ ａ ｏ ｅ ａ ｔ ｇ ｉ ｎ ａ ｎ ａ ｏ ｕ ｎ ｎ ｎ ｏ ｔ ｌ ｎ ｎ ｐ ｗｅ ｙ ｔ ｍ ｄ ｔ ｅ ｖ ｒ ｃｔ ｆ ｏ ｅ ａ ｔ ｇ ｓ ｒ ｃ ： ｈ ｒ— ｒ ｌ ｄ ｆ ｒｃ ｓ ｎ ｓｆ ｄ ｍｅ ｔｌｆ ｒｒ ｎ ｉ ｇ ａ ｄ ｃ ｎ ｏ ｌ ｇ ｉ ｏ ｒｓ ｓｅ ａ ｅ ａ ｉ ｏ ｒ ｓ ｎ ｔ ｏ ｉ ｕ ｒ ｉ ｎ ｈ ｙ ｆ ｃ ｉ
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基于遗传程序设计的电力系统负荷建模
发表时间：2017-01-19T17:36:09.753Z 来源：《电力设备》2016年第22期作者：高戟
[导读] 随着现代科学技术的不断发展，各式各样的负荷预测数学模型不断涌现，但是他们都有各自的使用条件。
（国网浙江瑞安市供电有限责任公司浙江温州 325200）
摘要：随着现代科学技术的不断发展，各式各样的负荷预测数学模型不断涌现，但是他们都有各自的使用条件。
如回归分析方法对于不同趋势的历史负荷曲线，需要选择不同的回归函数，这将会对预测的准确度产生一定程度的影响，而且往往这些历史负荷曲线非线性程度又比较复杂，选择起来也会非常困难，而遗传程序设计方法无需人为选择数学模型，它能够根据与问题有关的终结点集和函数集，自动生成与历史数据相拟合的函数表达式，从而可以预测出负荷的未来趋势，有效地避免了经验需求和假设。
关键词：电力系统；遗传程序设计方法；应用
遗传程序设计是基于遗传算法的一种进化算法，具有自组织、自学习和自适应性，作为一种自动编程技术，试图研究计算机怎样在没有人工干预的情况下根据客观环境自动解决问题。
它采用生物界的自然选择原理和进化理论，用层次化的树形结构表达问题，从随机产生的初始群体出发，用适应度来衡量个体的优劣，对每一代个体都采用复制、交叉、变异等操作，经若干代的进化得出给定问题的最优解，也就是适应度最优的个体。
1 电力系统的负荷模型
负荷建模工作中通常所谓的负荷指的是由母线供电的各类用电设备、配电网络和接入该变电站（母线）的电源的综合。
负荷模型则是负荷的功率随系统的电压U和频率f的变化而变化的数学表达式。
按照模型是否反映负荷的动态行为，可分为静态负荷模型（LOADMODEL）和动态负荷模型（STATICLOADMODEL），前者反映的是母线功率（有功、无功）随电压和频率变化而变化的特性，通常用代数方程来表示，后者反应的则是母线负荷功率随系统的电压U、频率f和时间t的变化而变化的特性，重点强调对时间的记忆性，不仅与当前的电压和频率有关，而且与历史电压和频率值也有关，因此通常用微分方程、差分方程等非线性方程来描述动态负荷模型。
具有记忆性的电力系统负荷成分主要是感应电动机，因此动态负荷模型的结构形式通常用感应电动机的数学模型来表示。
2 遗传程序设计的原理与结构
遗传程序设计是只有在计算机时代才能实现的一种搜索解题方法[3]。
首先随机产生一个适合于给定问题的搜索空间，构成搜索空间的个体都有一个适应度值，然后通过自然选择原理，用遗传算子根据适应度对个体进行处理，产生下一代搜索空间，这样一直进化下去，给定问题的最优解或次优解必将出现在某代搜索空间中。
组成搜索空间的个体采用一种层次结构可变的分析树来表示，树的节点由终结点集和函数集中的元素组成。
如图1所示函数f(x，y，z)=(x+ y)＊ z+ sin(x)的分析树表示形式：
其中终结点集是组成所给问题的最基本元素的集合，包括变量和常量。
函数集是对终结点进行运算的连接运算符集合，包括算术运算符、标准数学函数、逻辑运算符和条件表达式等可能的可定义数学函数，而且函数的返回值必须仍属于终结点集，即满足相对于终结点集的封闭性。
3 用于负荷建模的遗传程序设计
3.1 进化计算
进化计算（Evolutionary Algorithms）是根据自然界生物的生命发展过程建立起来的计算理论，建立在进化理论的基础之上，采用自然界“优胜劣汰”的思想。
虽然进化算法有有多分支，主要包括遗传算法（Genetic Algorithms，简称 GA）、进化策略（Evolution Strategies，简称 ES）、进化规划（Evolutionary Planning，简称 EP）、进化程序设计（Evolution Programming，简称 EP）四大方面。
GA 注重对染色体的操作，ES 则强调个体的行为变化，而 EP 主要强调种群的行为变化。
3.2 遗传程序设计
遗传程序设计，也称为遗传规划（Genetic Programming，简称 GP）是在遗传算法的基础上引入自动程序设计的一中新型进化算法，它的最大特点是采用层次化的结构表达问题，克服了遗传算法不能描述计算机程序和层次化的问题以及缺乏动态可变性的缺点，能够根据环境状态自动的改变程序结构和大小，在数据挖掘方面具有显著的优点。
它的基本原理是：首先随机产生一个适应于给定问题环境的初始种群，这个种群中的每一个个体都对应一个适应度，然后按照达尔文“适者生存，优胜劣汰”的标准，选择适应度高的个体直接通过复制进入下一代种群，对其它的个体则根据自然界的进化理论通过一些遗传操作（如变异、交换等）得到高适应度的个体，如此一直进化下去，直到得到给定问题的解或满足某一终止条件之后进化停止。
3.3 遗传程序设计的基本参数
系统中有些参数对程序的进化结果有着至关重要的作用。
因此，在程序开始之前，首先需要对这些参数进行设置。
1）种群规模：随机产生的初始种群如果不加以限制就会无限制的任意生长，如果种群数目过大不仅浪费存储空间，而且也会大大增加程序的计算时间，因此需要根据实际情况规定种群规模从而控制种群进化过程中每一代的个体数目。
通常的做法是，根据问题的难易程
度，先任意设一个数值，如果进化结果不够理想，可以适当的增大种群规模以便加大问题的搜索空间，得到问题的最优解。
（2）最大树深：限定算法树的最大深度，防止算法树过于复杂。
不管程序如何进化，树的最大深度都不能超过这个数字。
（3）最大进化代数：如果采用的是当迭代次数达到规定最大容许进化代数G时，停止进化的终止准则，需要对最大容许进化代数G进行设置以便终止运行程序。
（4）交叉率：指的是交叉算子在整个遗传算子中所占的比例。
因为交叉是遗传程序设计的主要进化方法，因此，交叉率一般都设置在0.8及以上。
（5）复制率和变异率：分别指的是复制算子和突变算子在整个遗传算子中的比例，一般情况下它们的数值都在0.1以下。
电力系统负荷建模是一项复杂的课题，国内外众多学者对其的研究从来没有停止过，截止目前，也没有一个能够完全适用电力系统数字仿真和描述负荷动、静态特性的成熟的模型结构或建模准则。
本文所做的工作也仅仅是一个尝试，还有很多问题亟待解决。
（1）本文只实现了电力系统的静态负荷建模工作，没有涉及动态负荷建模，但是现代电力系统中，负荷中电动机的成分越来越多，并且随着电网复杂度的加深，电网的动态稳定性问题更加突出，因此利用GP建立动态模型是下一步努力的方向。
（2）由于遗传程序设计本身存在的收敛性差等缺点会导致在某些情况下无法建立能准确反映实际情况的模型结构，下一步可以考虑用改进过的遗传程序设计来提高所建立负荷模型的精度。
参考文献：
[1] 张超慧. 基于遗传程序设计的电力系统负荷建模[D]. 郑州大学,2014.
[2] 范新桥. 遗传程序设计在电力系统短期负荷预测中的应用[D]. 河北农业大学,2008.
[3] 秦贞良. 冲击负荷建模及电能质量分析[D]. 山东大学,2014.。