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        淺析神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測輸電線路覆冰厚度

        2017-12-18 01:10:36容潔1鄧鵬飛2
        消費導(dǎo)刊 2017年19期
        關(guān)鍵詞:模型

        容潔1. 鄧鵬飛2.

        1.中國水電八局有限公司高級技工學(xué)校/湖南省水利水電建設(shè)工程學(xué)校

        2.國家電網(wǎng)湖南省電力公司永州分公司

        淺析神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測輸電線路覆冰厚度

        容潔1. 鄧鵬飛2.

        1.中國水電八局有限公司高級技工學(xué)校/湖南省水利水電建設(shè)工程學(xué)校

        2.國家電網(wǎng)湖南省電力公司永州分公司

        輸電線路累積覆冰一旦達(dá)到一定的極限厚度形成冰災(zāi)會對電網(wǎng)設(shè)計和穩(wěn)定運行帶來巨大威脅,線路建設(shè)初期若未能考慮極端覆冰情況則極易造成線路倒塌、供電中斷等重大影響,因此,科學(xué)合理的對短期輸電線路覆冰厚度進(jìn)行預(yù)測和長期輸電線路的極值覆冰進(jìn)行準(zhǔn)確估計是電網(wǎng)規(guī)劃人員確定線路規(guī)劃設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)所必須解決的一個重要難題。每一種特定的模型都包含了一定的樣本信息,單個模型一般難以全面地反映變量間的相互變化規(guī)律。如果對多種預(yù)測模型進(jìn)行有機(jī)組合,它就能夠十分有效的利用多種有用信息,全面而準(zhǔn)確的地反映系統(tǒng)的變化規(guī)律,減少數(shù)據(jù)變化的隨機(jī)性,從而提高預(yù)測精度。本文中建立的灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組合預(yù)測模型采用典型的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),即輸入層、隱含層、輸出層,既把灰色GM(1,1)、DGM(2,1)和Verhulst模型所得到的預(yù)測值作為輸入層,采用一個隱含層,傳遞函數(shù)為“S”型函數(shù)和輸出層,輸出G-ANN組合預(yù)測值,模型結(jié)構(gòu)見圖1。

        圖1 灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組合預(yù)測結(jié)構(gòu)圖

        本文中所建立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型采用較為常見的3層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。其中由于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的非線性映射能力和柔和的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),能夠精確地完成任意的連續(xù)映射關(guān)系。把GM(1,1)預(yù)測模型、DGM(2,1)以及Verhulst模型所得到的預(yù)測值作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入,采用一個隱含層,隱含層的神經(jīng)元數(shù)目l一般參照公式,其中,m為輸入層神經(jīng)元數(shù);n為輸出層神經(jīng)元數(shù);a為0~10之間的常數(shù),傳遞函數(shù)為Sigmoid型函數(shù),輸出G-ANN的預(yù)測值,具體建模的主要步驟如下:

        1.分別采用這3種常用的灰色模型對輸電線路覆冰厚度進(jìn)行預(yù)測,得到各自灰色系統(tǒng)的預(yù)測值。

        2.然后再將該3種灰色模型的預(yù)測值作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸入,選擇網(wǎng)絡(luò)類型和結(jié)構(gòu)。

        3.利用實測數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練和測試。

        4.利用訓(xùn)練過且符合誤差范圍的網(wǎng)絡(luò),得到合適的連接權(quán)系數(shù)和閾值,然后由傳遞函數(shù)“S”進(jìn)行未來短期內(nèi)輸電線路覆冰厚度的預(yù)測。

        在預(yù)測中采用三層前向前饋網(wǎng)絡(luò),分別為輸入層、隱含層和輸出層,輸入層的節(jié)點數(shù)為輸入矢量的分量數(shù),取為5,輸出層節(jié)點數(shù)為1,即輸電線路覆冰厚度。隱含層的節(jié)點數(shù)由訓(xùn)練仿真情況取為9。由于節(jié)點輸出值在[0,1]之間,故對訓(xùn)練樣本的輸入量和輸出量均做以下初始化處理:

        式中:xp為實際值;xn為初始化后的值;a值可取在0到xp的最小值之間;b值可取為xp的最大值。

        圖2 組合灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測算法流程

        將GM(1, 1)、Verhulst 和DGM(1, 1)模型分別對覆冰增長趨勢進(jìn)行建模所得到的結(jié)果,進(jìn)行歸一化處理后作為輸入向量,歸一化范圍為[0.2-0.8],歸一化方程見式(式2)。將輸電線路覆冰厚度增長趨作為輸出向量,從而建立了G-ANN模型,預(yù)測流程圖如上圖2所示。

        選擇與預(yù)測值最近的N個已知值作為樣本,即把最近的n個已知值作為輸出,采用不同的灰色模型對這n個已知值分別進(jìn)行預(yù)測,其預(yù)測值即為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入,由此對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練。對于訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),當(dāng)輸入端為各種灰色模型的預(yù)測值時,其輸出即為用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組合后的預(yù)測值。

        通過對上述分析研究表明:

        1.基于組合灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測模型的預(yù)測結(jié)果與實際覆冰數(shù)據(jù)基本吻合,可以被用來對短期輸電線路短期覆冰厚度進(jìn)行預(yù)測,為覆冰厚度的短期預(yù)測提供了新的途徑。

        2.對于不同輕重覆冰區(qū)環(huán)境下,該模型均能對輸電線路覆冰厚度進(jìn)行有效預(yù)測,不存在環(huán)境差別,通過輕重覆冰區(qū)預(yù)測值與實際值對比驗證了該模型的準(zhǔn)確性和適用性。

        3.該模型兼顧了覆冰指數(shù)增長和呈“S曲線”增長趨勢,優(yōu)于傳統(tǒng)單一的灰色預(yù)測模型,有效地提高了架空輸電線路覆冰增長趨勢預(yù)測的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性,在覆冰多發(fā)季節(jié)、多發(fā)地區(qū),應(yīng)用該預(yù)測模型能夠更好的指導(dǎo)輸電線路抗冰工作,為電力運行部門在短時間內(nèi)進(jìn)行科學(xué)決策提供了有力支持。

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