广西师范大学学报(自然科学版) ›› 2025, Vol. 43 ›› Issue (5): 41-51.doi: 10.16088/j.issn.1001-6600.2024090603

• 物理与电子工程 • 上一篇    下一篇

基于CEEMD的分特征组合超短期负荷预测模型

商立群*, 贾丹铭, 安迪, 王俊昆   

  1. 西安科技大学 电气与控制工程学院,陕西 西安 710054
  • 收稿日期:2024-09-06 修回日期:2025-01-17 出版日期:2025-09-05 发布日期:2025-08-05
  • 通讯作者: 商立群(1968—),男,陕西西安人,西安科技大学教授,博士。E-mail:shanglq@xust.edu.cn
  • 基金资助:
    陕西自然科学基金(2021JM-393)

A Combined Ultra-load Forecasting Model Based on CEEMD with Different Characteristics

SHANG Liqun*, JIA Danming, AN Di, WANG Junkun   

  1. School of Electrical and Control Engineering, Xi'an University of Science and Technology, Xi'an Shaanxi 710054, China
  • Received:2024-09-06 Revised:2025-01-17 Online:2025-09-05 Published:2025-08-05

摘要: 电力负荷预测对电力调度和系统安全至关重要。针对超短期负荷预测,本文提出一种结合补充集合经验模态分解(complementary ensemble empirical mode decomposition, CEEMD)与机器学习、智能优化算法的组合预测模型。首先通过CEEMD对原始数据进行分解,再利用排列熵(permutation entropy, PE)阈值进行分量分流。高频信号采用双向长短期记忆网络(bidirectional long short-term memory, BiLSTM)预测,低频信号则通过混合核极限学习机(hybrid kernel extreme learning machine, HKELM)并结合雪消融优化算法(snow ablation optimizer, SAO)进行优化预测。最终,各分量预测结果叠加得到综合预测值。通过实例分析,模型的均方根误差、平均绝对误差和平均绝对百分比误差分别为61.61 kW、43.91 kW和0.38%,显著优于传统模型。实验结果表明,该模型充分发掘数据内在特征、结合各方法预测优势,在超短期负荷预测中具有较高的精度。

关键词: 短期电力负荷预测, CEEMD, 排列熵, 双向长短期记忆网络, 极限学习机, 智能优化算法

Abstract: Electric load forecasting is critical for power dispatch and system security. A combined forecasting model is proposed for ultra-short-term load forecasting, integrating Complementary Ensemble Empirical Mode Decomposition (CEEMD) with machine learning and intelligent optimization algorithms. The model first decomposes the original data using CEEMD, followed by the use of permutation entropy (PE) thresholds to classify the load components for separate forecasting methods. Bidirectional Long Short-Term Memory (BiLSTM) is applied to predict high-frequency components, while low-frequency components are predicted using Hybrid Kernel Extreme Learning Machine (HKELM) optimized by the Snow Ablation Optimizer (SAO). The final forecast is obtained by summing the predicted components. Experimental results show that the model achieves root mean square error of 61.61 kW, mean absolute error of 43.91 kW, and mean absolute percentage error of 0.38%, significantly outperforming traditional models. These results demonstrate that the model effectively captures the inherent features of the data and combines the advantages of various forecasting methods, providing high accuracy and generalizability for ultra-short-term load forecasting.

Key words: short-term electric power load forecasting, CEEMD, permutation entropy, bidirectional long short-term memory (BiLSTM), hybrid kernel extreme learning machine (HKELM), intelligent optimization algorithm

中图分类号:  TM 715

[1] 康重庆, 夏清, 张伯明. 电力系统负荷预测研究综述与发展方向的探讨[J]. 电力系统自动化, 2004, 28(17): 1-11. DOI: 10.3321/j.issn:1000-1026.2004.17.001.
[2] AHMAD N, GHADI Y, ADNAN M, et al. Load forecasting techniques for power system: research challenges and survey[J]. IEEE Access, 2022, 10: 71054-71090. DOI: 10.1109/ACCESS.2022.3187839.
[3] 杨佳泽, 王灿, 王增平. 新型电力系统背景下的智能负荷预测算法研究综述[J]. 华北电力大学学报(自然科学版), 2025, 52(3): 54-67.
[4] 刘杰, 从兰美, 夏远洋, 等. 基于DBO-VMD和IWOA-BILSTM神经网络组合模型的短期电力负荷预测[J]. 电力系统保护与控制, 2024, 52(8): 123-133. DOI: 10.19783/j.cnki.pspc.231402.
[5] 杨维熙, 刘勇, 舒勤. 基于补充集合经验模态分解的短期负荷预测模型[J]. 电网技术, 2022, 46(9): 3615-3623. DOI: 10.13335/j.1000-3673.pst.2021.2583.
[6] 滕陈源, 丁逸超, 张有兵, 等. 基于VMD-Informer-BiLSTM模型的超短期光伏功率预测[J]. 高电压技术, 2023, 49(7): 2961-2971. DOI: 10.13336/j.1003-6520.hve.20222003.
[7] 李俊良, 焦润海, 王双坤, 等. 一种基于误差在线更新的集成负荷预测模型[J]. 中国电机工程学报, 2023, 43(4): 1402-1413. DOI: 10.13334/j.0258-8013.pcsee.212794.
[8] BAHRAMI S, HOOSHMAND R A, PARASTEGARI M. Short term electric load forecasting by wavelet transform and grey model improved by PSO (particle swarm optimization) algorithm[J]. Energy, 2014, 72: 434-442. DOI: 10.1016/j.energy.2014.05.065.
[9] 商立群, 李洪波, 侯亚东, 等. 基于VMD-ISSA-KELM的短期光伏发电功率预测[J]. 电力系统保护与控制, 2022, 50(21): 138-148. DOI: 10.19783/j.cnki.pspc.220140.
[10] 蔡曜, 司玉辉, 王玉琢, 等. 挠性陀螺EMD-ARIMA漂移模型设计与应用[J]. 北京航空航天大学学报, 2024, 50(11): 3434-3444. DOI: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0871.
[11] 邵必林, 纪丹阳. 基于VMD-SE的电力负荷分量的多特征短期预测[J]. 中国电力, 2024, 57(4): 162-170.
[12] 马志侠, 张林鍹, 邱朝洁, 等. 基于CEEMD-SSA-LSTM的园区综合能源系统两阶段优化调度[J]. 高电压技术, 2023, 49(4): 1430-1440. DOI: 10.13336/j.1003-6520.hve.20221303.
[13] 刘东, 周莉, 郑晓亮. 基于SA-DBN的超短期电力负荷预测[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2021, 39(4): 21-33. DOI: 10.16088/j.issn.1001-6600.2020070101.
[14] HOCHREITER S,SCHMIDHUBER J. Long Short-Term Memory[J]. Neural Computation,1997,9(8),1735-1780. DOI: 10.1162/neco.1997.9.8.1735.
[15] LIU Z S, YANG J F. Research on short-term load forecasting based on GWO-BILSTM[J]. Journal of Physics: Conference Series, 2022, 2290(1): 012100. DOI: 10.1088/1742-6596/2290/1/012100.
[16] RAFIEI M, NIKNAM T, AGHAEI J, et al. Probabilistic load forecasting using an improved wavelet neural network trained by generalized extreme learning machine[J]. IEEE Transactions on Smart Grid, 2018, 9(6): 6961-6971. DOI: 10.1109/TSG.2018.2807845.
[17] SHARIATI M, MAFIPOUR M S, GHAHREMANI B, et al. A novel hybrid extreme learning machine-grey wolf optimizer (ELM-GWO) model to predict compressive strength of concrete with partial replacements for cement[J]. Engineering with Computers, 2022, 38(1): 757-779. DOI: 10.1007/s00366-020-01081-0.
[18] 王延峰, 曹育晗, 孙军伟. 基于多策略改进金豺算法优化LSTM的短期电力负荷预测[J]. 电力系统保护与控制, 2024, 52(14): 95-102. DOI: 10.19783/j.cnki.pspc.231431.
[19] 商立群, 黄辰浩, 侯亚东, 等. 采用特征优选和优化深层核极限学习机的短期风电功率预测[J]. 西安交通大学学报, 2023, 57(1): 66-77. DOI: 10.7652/xjtuxb202301007.
[20] DENG L Y, LIU S Y. Snow ablation optimizer: a novel metaheuristic technique for numerical optimization and engineering design[J]. Expert Systems with Applications, 2023, 225: 120069. DOI: 10.1016/j.eswa.2023.120069.
[21] SHERSTINSKY A. Fundamentals of recurrent neural network (RNN) and long short-term memory (LSTM) network[J]. Physica D: Nonlinear Phenomena, 2020, 404: 132306. DOI: 10.1016/j.physd.2019.132306.
[22] 商立群, 李洪波, 侯亚东, 等. 基于特征选择和优化极限学习机的短期电力负荷预测[J]. 西安交通大学学报, 2022, 56(4): 165-175. DOI: 10.7652/xjtuxb202204018.
[23] SU H, ZHAO D, HEIDARI A A, et al. RIME: a physics-based optimization[J]. Neurocomputing, 2023, 532: 183-214. DOI: 10.1016/j.neucom.2023.02.010.
[1] 刘颂凯, 曾羽聪, 张磊, 李彦彰, 王秋杰, 刘龙成, 陈萍, 赵文博. 基于深度极限学习机的暂态稳定预防控制方法[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2025, 43(5): 64-74.
[2] 陈禹, 陈磊, 张怡, 张志瑞. 基于QMD-LDBO-BiGRU的风速预测模型[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2025, 43(4): 38-57.
[3] 许伦辉, 苏楠, 骈宇庄, 林培群. 基于优化极限学习机的公交行程时间预测方法[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2021, 39(5): 64-77.
[4] 刘东, 周莉, 郑晓亮. 基于SA-DBN的超短期电力负荷预测[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2021, 39(4): 21-33.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 钟俏, 陈生龙, 唐聪聪. 水凝胶技术在微藻采收中的应用:现状、挑战与发展分析[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2024, 42(6): 16 -29 .
[2] 施慧露, 莫燕华, 骆海玉, 马姜明. 檵木乙酸乙酯萃取物抑菌活性研究[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2025, 43(1): 1 -8 .
[3] 贺青, 李栋, 罗思源, 贺寓东, 李彪, 王强. 超宽带里德堡原子天线技术研究进展[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2025, 43(2): 1 -19 .
[4] 黄仁慧, 张锐锋, 文晓浩, 闭金杰, 黄守麟, 李廷会. 基于复数协方差卷积神经网络的运动想象脑电信号解码方法[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2025, 43(3): 43 -56 .
[5] 田晟, 熊辰崟, 龙安洋. 基于改进PointNet++的城市道路点云分类方法[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2025, 43(4): 1 -14 .
[6] 黎宗孝, 张健, 罗鑫悦, 赵嶷飞, 卢飞. 基于K-means和Adam-LSTM的机场进场航迹预测研究[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2025, 43(4): 15 -23 .
[7] 宋铭楷, 朱成杰. 基于H-WOA-GWO和区段修正策略的配电网故障定位研究[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2025, 43(4): 24 -37 .
[8] 韩烁, 江林峰, 杨建斌. 基于注意力机制PINNs方法求解圣维南方程[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2025, 43(4): 58 -68 .
[9] 李志欣, 匡文兰. 结合互注意力空间自适应和特征对集成判别的细粒度图像分类[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2025, 43(4): 69 -82 .
[10] 石天怡, 南新元, 郭翔羽, 赵濮, 蔡鑫. 基于改进ConvNeXt的苹果叶片病害分类算法[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2025, 43(4): 83 -96 .
版权所有 © 广西师范大学学报(自然科学版)编辑部
地址:广西桂林市三里店育才路15号 邮编:541004
电话:0773-5857325 E-mail: gxsdzkb@mailbox.gxnu.edu.cn
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发