本發(fā)明涉及用電負(fù)荷預(yù)測，更具體地說，它涉及一種基于碳排放因子的用電負(fù)荷預(yù)測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、用電負(fù)荷預(yù)測是電力系統(tǒng)規(guī)劃、運(yùn)營與管理的核心組成部分，其目的在于根據(jù)現(xiàn)有的用電數(shù)據(jù)來預(yù)估未來時(shí)間段內(nèi)電網(wǎng)的用電需求量，確保電力供需平衡以及制定合理的能源政策等?，F(xiàn)有的用電負(fù)荷預(yù)測方法主要包括：時(shí)間序列分析法與回歸分析法；所述時(shí)間序列分析法根據(jù)歷史的用電負(fù)荷數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型來挖掘用電負(fù)荷數(shù)據(jù)內(nèi)部的周期性變化趨勢，從而預(yù)測未來時(shí)間段內(nèi)電網(wǎng)的用電需求量；所述回歸分析法將用電負(fù)荷作為因變量，選取對用電負(fù)荷有顯著影響的因素(天氣情況、節(jié)假日、人口密度等)作為自變量，通過建立數(shù)學(xué)模型來挖掘兩者之間的非線性映射關(guān)系，從而預(yù)測未來時(shí)間段內(nèi)電網(wǎng)的用電需求量。

2、碳排放因子是指消耗單位能源對應(yīng)的溫室氣體排放量，反映了不同能源類型(例如火電、水電、風(fēng)電、光伏等)的電力生產(chǎn)和使用的碳排放強(qiáng)度，能夠評估不同能源類型對環(huán)境的影響，此外，碳排放因子也能間接反映用戶的用電行為以及碳排放政策。

3、然而現(xiàn)有的用電負(fù)荷預(yù)測方法通常缺乏考慮碳排放因子對用電負(fù)荷預(yù)測的影響，導(dǎo)致其預(yù)測精度不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種基于碳排放因子的用電負(fù)荷預(yù)測方法及系統(tǒng)，解決相關(guān)技術(shù)中現(xiàn)有的用電負(fù)荷預(yù)測方法通常缺乏考慮碳排放因子對用電負(fù)荷預(yù)測的影響，導(dǎo)致其預(yù)測精度不高的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明提供了一種基于碳排放因子的用電負(fù)荷預(yù)測方法，包括以下步驟：

3、步驟s101，將待預(yù)測區(qū)域劃分成m個(gè)子區(qū)域；

4、步驟s102，在預(yù)設(shè)時(shí)間段t內(nèi)，按照預(yù)設(shè)時(shí)間間隔t采集m個(gè)子區(qū)域的用電負(fù)荷數(shù)據(jù)和碳排放數(shù)據(jù)；

5、用電負(fù)荷數(shù)據(jù)包括：用電量、用電類型、最大電壓值、最小電壓值、平均電壓值、最大用電功率、最小用電功率、平均用電功率、最大溫度值、最小溫度值和平均溫度值；

6、碳排放數(shù)據(jù)包括：能源類型和碳排放量；

7、步驟s103，對步驟s102中的用電負(fù)荷數(shù)據(jù)和碳排放數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并構(gòu)建特征矩陣；特征矩陣的第i行第j列表示第i個(gè)子區(qū)域在第j個(gè)時(shí)間點(diǎn)的預(yù)處理后的用電負(fù)荷數(shù)據(jù)和碳排放數(shù)據(jù)，其中1≤i≤m，1≤j≤n，n表示時(shí)間點(diǎn)的總數(shù)，n＝t/t；

8、步驟s104，將特征矩陣輸入到用電負(fù)荷預(yù)測模型中，輸出的值表示待預(yù)測區(qū)域在未來時(shí)間段g內(nèi)的用電負(fù)荷。

9、進(jìn)一步地，m、t、t和g均為自定義參數(shù)。

10、進(jìn)一步地，用電類型包括：居民用電、商業(yè)用電和工業(yè)用電，用電類型通過正整數(shù)編碼表示；能源類型包括：煤炭、天然氣和可再生能源，能源類型通過正整數(shù)編碼表示。

11、進(jìn)一步地，碳排放量等于用電量乘以能源類型對應(yīng)的碳排放系數(shù)，其中碳排放系數(shù)通過查詢相關(guān)數(shù)據(jù)庫獲得。

12、進(jìn)一步地，預(yù)處理包括以下步驟：

13、步驟s201，當(dāng)用電負(fù)荷數(shù)據(jù)和碳排放數(shù)據(jù)中存在缺失值，取缺失值的前一個(gè)元素值和后一個(gè)元素值的平均值進(jìn)行填充；

14、步驟s202，刪除用電負(fù)荷數(shù)據(jù)和碳排放數(shù)據(jù)中的異常值；

15、步驟s203，對用電負(fù)荷數(shù)據(jù)和碳排放數(shù)據(jù)中的每一個(gè)元素值進(jìn)行歸一化處理。

16、進(jìn)一步地，歸一化處理的計(jì)算公式如下：

17、

18、其中1≤u≤r，1≤v≤m*n，r表示用電負(fù)荷數(shù)據(jù)和碳排放數(shù)據(jù)的元素的總數(shù)，即r等于13，表示第u個(gè)元素的第v個(gè)元素值進(jìn)行歸一化處理后的值，表示第u個(gè)元素的第v個(gè)元素值，minu和maxu分別表示第u個(gè)元素的最小值和最大值。

19、進(jìn)一步地，用電負(fù)荷預(yù)測模型包括n個(gè)隱藏層，每個(gè)隱藏層包括第一隱藏單元和第二隱藏單元；

20、第一隱藏單元包括m個(gè)通道；

21、第j個(gè)隱藏層的第一隱藏單元的第i個(gè)通道輸入特征矩陣的第j列的第i行的元素值，即第i個(gè)子區(qū)域在第j個(gè)時(shí)間點(diǎn)的預(yù)處理后的用電負(fù)荷數(shù)據(jù)和碳排放數(shù)據(jù)，第j個(gè)隱藏層的第一隱藏單元的第i個(gè)通道輸出中間特征；

22、第j個(gè)隱藏層的第一隱藏單元輸出第一特征；

23、第j個(gè)隱藏層的第二隱藏單元輸入第j個(gè)隱藏層的第一隱藏單元輸出的第一特征，第j個(gè)隱藏層的第二隱藏單元輸出第二特征；

24、第n個(gè)隱藏層的第二隱藏單元輸出的第二特征輸入到分類器中，分類器的分類空間表示待預(yù)測區(qū)域在未來時(shí)間段g內(nèi)的用電負(fù)荷。

25、進(jìn)一步地，用電負(fù)荷預(yù)測模型的第j個(gè)隱藏層的計(jì)算公式包括：

26、第j個(gè)隱藏層的第一隱藏單元的計(jì)算公式包括：

27、

28、其中hj表示第j個(gè)隱藏層的第一隱藏單元輸出的第一特征，表示第j個(gè)隱藏層的第一隱藏單元的第i個(gè)通道輸出的中間特征，表示輸入到第j個(gè)隱藏層的第一隱藏單元的第i個(gè)通道的特征矩陣的第j列的第i行的元素值，和分別表示第j個(gè)隱藏層的第一隱藏單元的第i個(gè)通道的權(quán)重參數(shù)和偏置參數(shù)，concatm表示將m個(gè)通道輸出的中間特征進(jìn)行拼接操作，relu表示relu激活函數(shù)；

29、第j個(gè)隱藏層的第二隱藏單元的計(jì)算公式包括：

30、

31、其中fj、ij、cj、oj和分別表示第j個(gè)隱藏層的第二隱藏單元的遺忘門、輸入門、中間狀態(tài)、中間隱藏狀態(tài)、輸出門和第二特征，wf1、wf2和bf分別表示第j個(gè)隱藏層的第二隱藏單元的遺忘門的第一權(quán)重參數(shù)、第二權(quán)重參數(shù)和偏置參數(shù)，wi1、wi2和bi分別表示第j個(gè)隱藏層的第二隱藏單元的輸入門的第一權(quán)重參數(shù)、第二權(quán)重參數(shù)和偏置參數(shù)，wc1、wc2和bc分別表示第j個(gè)隱藏層的第二隱藏單元的中間狀態(tài)的第一權(quán)重參數(shù)、第二權(quán)重參數(shù)和偏置參數(shù)，wo1、wo2和bo別表示第j個(gè)隱藏層的第二隱藏單元的輸出門的第一權(quán)重參數(shù)、第二權(quán)重參數(shù)和偏置參數(shù)，hj表示第j個(gè)隱藏層的第一隱藏單元輸出的第一特征，表示第j個(gè)隱藏層的第二隱藏單元輸出的第二特征，cj-1表示第j-1個(gè)隱藏層的中間隱藏狀態(tài)，⊙表示逐點(diǎn)相乘，sigmoid表示sigmoid激活函數(shù)，tanh表示雙曲正切激活函數(shù)，c0＝0。

32、進(jìn)一步地，采集待預(yù)測區(qū)域歷史的在時(shí)間段g內(nèi)的用電負(fù)荷作為用于訓(xùn)練用電負(fù)荷預(yù)測模型的訓(xùn)練樣本的樣本標(biāo)簽。

33、本發(fā)明提供一種基于碳排放因子的用電負(fù)荷預(yù)測系統(tǒng)，包括：

34、子區(qū)域劃分模塊，其用于將待預(yù)測區(qū)域劃分成m個(gè)子區(qū)域；

35、數(shù)據(jù)采集模塊，其用于在預(yù)設(shè)時(shí)間段t內(nèi)，按照預(yù)設(shè)時(shí)間間隔t采集m個(gè)子區(qū)域的用電負(fù)荷數(shù)據(jù)和碳排放數(shù)據(jù)；

36、特征矩陣構(gòu)建模塊，其用于對用電負(fù)荷數(shù)據(jù)和碳排放數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并構(gòu)建特征矩陣；

37、用電負(fù)荷預(yù)測模塊，其用于將特征矩陣輸入到用電負(fù)荷預(yù)測模型中，輸出的值表示待預(yù)測區(qū)域在未來時(shí)間段g內(nèi)的用電負(fù)荷。

38、本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明通過采集待預(yù)測區(qū)域的多個(gè)子區(qū)域的用電負(fù)荷數(shù)據(jù)和碳排放數(shù)據(jù)，并通過用電負(fù)荷預(yù)測模型建立其與用電負(fù)荷之間的非線性映射關(guān)系，從而提高用電負(fù)荷的預(yù)測精度。