广西师范大学学报(自然科学版) ›› 2026, Vol. 44 ›› Issue (2): 103-114.doi: 10.16088/j.issn.1001-6600.2025022101

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基于IFA-BP神经网络模型的变电站碳排放预测

王巍1, 李智威1, 张赵阳1, 张洪1, 周蠡1, 王振2, 黄放2, 王灿2*   

  1. 1.国网湖北省电力有限公司经济技术研究院,湖北 武汉 430077;
    2.三峡大学 电气与新能源学院,湖北 宜昌 443002
  • 收稿日期:2025-02-21 修回日期:2025-08-28 发布日期:2026-02-03
  • 通讯作者: 王灿(1987—),男,湖北襄阳人,三峡大学副教授,博士。E-mail: xfcancan@163.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(52107108)

Carbon Emission Prediction of Substation Based on IFA-BP Neural Network Model

WANG Wei1, LI Zhiwei1, ZHANG Zhaoyang1, ZHANG Hong1, ZHOU Li1, WANG Zhen2, HUANG Fang2, WANG Can2*   

  1. 1. State Grid Hubei Economic Research Institute, Wuhan Hubei 430077, China;
    2. College of Electrical Engineering and New Energy, China Three Gorges University, Yichang Hubei 443002, China
  • Received:2025-02-21 Revised:2025-08-28 Published:2026-02-03

摘要: 针对现有变电站碳排放量预测模型存在考虑指标较少、数据更新慢等问题,本文提出一种基于改进萤火虫算法(improved firefly algorithm,IFA)优化反向传播(back propagation, BP)神经网络的变电站碳排放预测模型。首先,针对萤火虫算法(firefly algorithm,FA)收敛速度过慢以及易陷入局部最优等问题,引入教与学因子,修改萤火虫位置更新过程,以提高群体适应度。其次,引入IFA算法对BP神经网络模型进行超参数寻优,并构建IFA-BP神经网络预测模型。然后,基于CRITIC法筛选预测模型输入层的关键碳排放指标。最后,利用训练集数据训练预测模型,基于训练好的模型对变电站的碳排放量进行预测。仿真结果表明,相较于3种对比方案,本文IFA-BP神经网络预测模型分别在均方根误差(root mean square error,RMSE)上降低59.61%、15.77%和26.65%,在决定系数(coefficient of determination,R2)上提高5.66%、1.46%和1.15%,充分验证了本文所提变电站碳排放预测模型的可行性与优越性。

关键词: 碳排放, 变电站, 改进萤火虫算法, BP神经网络, 教与学因子

Abstract: To solve the problems of existing carbon emission prediction models such as a limited number of indicators and slow data updates, this article proposes a substation carbon emission prediction model based on the improved firefly algorithm (IFA) optimized BP neural network. Firstly, in response to the slow convergence speed and tendency to fall into local optima in the firefly algorithm (FA), teaching and learning factors are introduced to modify the firefly position update process to improve population fitness. Secondly, IFA is introduced to perform hyper-parameter optimization on the BP neural network model, and an IFA-BP neural network prediction model is constructed. Then, based on the CRITIC method, select key carbon emission indicators for the input layer of the prediction model. Finally, the prediction model is trained using the training set data to predict the carbon emissions of the substation based on the trained model. The simulation results show that compared with the three comparison schemes, the root mean square error (RMSE) of the proposed IFA-BP neural network prediction model decreases by 59.61%, 15.77% and 26.65%, respectively. The coefficient of determination (R2) increases by 5.66%, 1.46% and 1.15%. The feasibility and superiority of the substation carbon emission prediction model proposed in this paper are fully verified.

Key words: carbon emissions, substation, IFA optimization algorithm, BP neural network, teaching and learning factors

中图分类号:  X773; TP183; TM63

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