基于LSTM、BP神经网络实现电力系统负荷预测(Python代码实现)

简介: 基于LSTM、BP神经网络实现电力系统负荷预测(Python代码实现)

💥1 概述

前馈神经网络的输出只依赖当前输入,但是在文本、视频、语音等时序数据中,时序数据长度并不固定,前馈神经网络的输入输出维数不能任意更改,因此难以适应这类型时序数据的处理。短期电力负荷预测的输入与输出均为时间序列,其本质仍是基于先前元素的序列预测问题,为此需要采用与前馈神经网络不同的方法,进行短期电力负荷预测。

循环神经网络具有记忆功能,可提升网络性能。与前馈神经网络相比,循环神经网络具备可同时接受自身信息与其他神经元信息的神经元,更贴合生物神经网络结构,在文本等序列数据分析中有广泛应用。循环神经网络的参数学习随时间反向传播,错误信息前传递学习,建立长时间间隔的状态间依赖,支持序列数据的分析处理。但随着网络层数增多与时间加长,循环神经网络容易因梯度消失或爆炸问题,导致只能学习短距离依赖,无法解决长距离依赖问题。为了解决循环神经网络的长程依赖问题,在循环神经网络上添加门控机制,实现调度信息积累速度控制,这类方法被称之为基于门控的循环神经网络,例如LSTM长短期记忆网络。LSTM是一种基于RNN的改进模型,通过引入门和单元的概念,解决长距离依赖问题,具有比RNN更强的适应性。LSTM网络的单结构如图1所示。每个神经单元内部结构如图2所示。

每个LSTM神经单元都包含遗忘门、输入门和输出门三个门控结构,以控制数据有信息的换地。其中,遗忘门负责丢弃和保留上一个时刻的有效信息在C{C内,输入门将当前时刻有效信息存放在Ct内,输出门决定神经单元输出中C·的信息。

📚2 运行结果

2.1 LSTM

2.2 BP

部分代码:

draw.iloc[:,0].plot(figsize=(12,6))
draw.iloc[:,1].plot(figsize=(12,6))
plt.legend(('real', 'predict'),loc='upper right',fontsize='15')
plt.title("Test Data",fontsize='30') #添加标题
#展示在测试集上的表现 
draw=pd.concat([pd.DataFrame(y_test),pd.DataFrame(y_test_predict)],axis=1);
draw.iloc[200:300,0].plot(figsize=(12,6))
draw.iloc[200:300,1].plot(figsize=(12,6))
plt.legend(('real', 'predict'),loc='upper right',fontsize='15')
plt.title("Test Data",fontsize='30') #添加标题
#展示在测试集上的表现 
draw=pd.concat([pd.DataFrame(y_train),pd.DataFrame(y_train_predict)],axis=1)
draw.iloc[100:400,0].plot(figsize=(12,6))
draw.iloc[100:400,1].plot(figsize=(12,6))
plt.legend(('real', 'predict'),loc='upper right',fontsize='15')
plt.title("Train Data",fontsize='30') #添加标题
#展示在训练集上的表现 

🌈3 Python代码及数据

🎉4 参考文献

部分理论来源于网络,如有侵权请联系删除。


[1]刘海峰,王艳如.基于LSTM的短期电力负荷预测算法研究[J].现代信息科技,2021,5(23):40-42+47.DOI:10.19850/j.cnki.2096-4706.2021.23.011.


[2]陈振宇,杨斌,阮文俊,沈杰,吴丽莉.基于LSTM神经网络的短期电能负荷预测[J].电力大数据,2021,24(04):8-15.DOI:10.19317/j.cnki.1008-083x.2021.04.002.


[3]胡永迅,姜媛媛,夏玲.基于GA-BP的输电线路负荷预测研究[J].邵阳学院学报(自然科学版),2021,18(03):44-51.

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