广西师范大学学报(自然科学版) ›› 2026, Vol. 44 ›› Issue (3): 36-46.doi: 10.16088/j.issn.1001-6600.2025081901

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基于异质集成学习的低温寒潮天气下短期风电功率预测

何昊1, 吴康1, 兰鑫2, 桂小智2, 董优丽3*   

  1. 1.国网江西省电力有限公司电力科学研究院,江西 南昌 330096;
    2.南昌科晨电力试验研究有限公司, 江西 南昌 330096;
    3.湖北工业大学 电气与电子工程学院,湖北 武汉 430068
  • 收稿日期:2025-08-19 修回日期:2025-10-11 出版日期:2026-05-05 发布日期:2026-05-13
  • 通讯作者: 董优丽(1984—),女,湖北武汉人,湖北工业大学讲师,博士。E-mail: dongyouli@hbut.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(52077089);江西省电网公司科技项目(KC2411)

Short-term Wind Power Forecasting Based on Heterogeneous Ensemble Learning Under Low Temperature and Cold Wave Weather

HE Hao1, WU Kang1, LAN Xin2, GUI Xiaozhi2, DONG Youli3*   

  1. 1. Electric Power Research Institute of State Grid Jiangxi Electric Power Co., Ltd., Nanchang Jiangxi 330096, China;
    2. Nanchang Kechen Electric Power Test Research Co., Ltd., Nanchang Jiangxi 330096, China;
    3. School of Electrical and Electronic Engineering, Hubei University of Technology, Wuhan Hubei 430068, China
  • Received:2025-08-19 Revised:2025-10-11 Online:2026-05-05 Published:2026-05-13

摘要: 低温寒潮天气下风电机组的非计划性覆冰停运导致风电场输出功率呈现剧烈波动,传统预测模型难以适应此类极端工况的精度需求。为此,本文提出一种基于异质集成学习的短期功率预测方法。首先,构建小波变换驱动的深度特征提取网络:利用小波变换解耦气象数据的细节分量与趋势分量,分别通过卷积神经网络强化空间局部特征捕获能力,以及长短期记忆网络建模时间依赖特性,再引入交叉注意力机制实现特征的自适应融合;然后,采用异质集成策略构建Stacking框架:联合轻量梯度提升机、极端梯度提升和支持向量回归作为差异化基学习器,充分挖掘特征多样性;以线性回归作为元学习器优化预测的准确性和鲁棒性;最后,基于江西省某风电场冬季运行数据进行实验。结果表明,4 h超前预测的平均绝对误差、均方误差和决定系数分别为0.028、0.119和0.618;本文所提模型在低温寒潮天气下的预测准确性较单一模型及传统集成模型有显著提升。

关键词: 短期风电功率预测, 低温寒潮天气, 覆冰, 异质集成学习, stacking集成

Abstract: Unplanned icing-induced outages of wind turbines during low temperature and cold wave weather lead to severe fluctuations in wind farm power generation, posing significant challenges to the prediction accuracy of traditional models under such extreme operating conditions. To address this issue, this paper proposes a short-term power forecasting method based on heterogeneous ensemble learning. Firstly, it constructs a wavelet transform-driven deep feature extraction network, in which wavelet transform decouples meteorological data into detail components and trend components. These components are processed separately, where Convolutional Neural Networks enhance the capture of spatial local features, while Long Short-Term Memory networks model temporal dependencies, followed by adaptive feature fusion via a cross-attention mechanism. Subsequently, a heterogeneous ensemble strategy builds a Stacking framework combined with Light Gradient Boosting Machine, Extreme Gradient Boosting, and Support Vector Regression serve as diverse Base Learners to fully exploit feature heterogeneity, while linear regression (LR) acts as the meta-learner to optimize prediction accuracy and robustness. Based on the real-world data from a wind farm in Jiangxi province during winter, the proposed method achieves a 4-hour-ahead prediction with mean absolute error, mean squared error, and coefficient of determination of 0.028, 0.119, and 0.618, respectively. The experimental results demonstrate that the proposed model significantly enhances forecasting accuracy under low temperature and cold wave weather conditions compared with both single models and conventional ensemble approaches.

Key words: short-term wind power forecasting, low temperature and cold wave weather, ice coating, heterogeneous ensemble learning, stacking ensemble

中图分类号:  TM614; TP18

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