本發(fā)明屬于建筑冷負(fù)荷預(yù)測(cè)，具體涉及基于組合預(yù)測(cè)模型的建筑冷負(fù)荷預(yù)測(cè)方法和系統(tǒng)、設(shè)備和介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、建筑冷負(fù)荷預(yù)測(cè)是一項(xiàng)至關(guān)重要的技術(shù)，它能夠有效減少中央空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷不確定性，為平衡供需、實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)能源管理系統(tǒng)的最優(yōu)控制提供了關(guān)鍵支持。當(dāng)前，中央空調(diào)系統(tǒng)存在普遍的滯后現(xiàn)象，這就要求研究者采用短期預(yù)測(cè)方法，提前調(diào)整設(shè)備的最優(yōu)設(shè)置，以實(shí)現(xiàn)按需制冷。在實(shí)際應(yīng)用中，為了解決滯后性可能帶來(lái)的不必要能耗浪費(fèi)，研究人員提出了將中央空調(diào)系統(tǒng)的冷負(fù)荷預(yù)測(cè)與節(jié)能優(yōu)化控制相結(jié)合的方法。通過(guò)這種方式，中央空調(diào)系統(tǒng)能夠在滿足建筑冷負(fù)荷需求的前提下，準(zhǔn)確而快速地實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的供需平衡。這種方法已經(jīng)成為中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化的重要方向之一。此外，建筑冷負(fù)荷預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性直接決定了控制策略的有效性，從而直接影響系統(tǒng)的運(yùn)行能耗。因此，為了確保建筑能源系統(tǒng)在運(yùn)行中的穩(wěn)定性和安全性，提高負(fù)荷預(yù)測(cè)的精度已成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。

2、目前在建筑冷負(fù)荷預(yù)測(cè)領(lǐng)域常用的模型主要包括兩類：分別是物理方法預(yù)測(cè)和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)預(yù)測(cè)。物理方法的預(yù)測(cè)精度在很大程度上依賴于建筑系統(tǒng)的詳細(xì)信息，如果物理原理的假設(shè)沒(méi)有滿足，模型性能可能不一致，基于物理方法，研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)了各種建筑能耗模擬軟件，包括energyplus、dest、trnsys等。目前，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法所包含的統(tǒng)計(jì)方法以及基于人工智能的方法在建筑冷負(fù)荷預(yù)測(cè)領(lǐng)域取得較為理想的效果。統(tǒng)計(jì)方法利用建筑歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)、日程數(shù)據(jù)以及天氣數(shù)據(jù)等得出影響負(fù)荷因素和實(shí)際負(fù)荷之間的相關(guān)性來(lái)計(jì)算預(yù)測(cè)方程，這種方法對(duì)歷史數(shù)據(jù)的全面性以及準(zhǔn)確性要求很高，并且難以處理非線性的復(fù)雜問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、對(duì)于復(fù)雜的建筑冷負(fù)荷預(yù)測(cè)問(wèn)題，數(shù)據(jù)往往具有多樣性和復(fù)雜性，單一預(yù)測(cè)模型往往難以完全捕捉到數(shù)據(jù)的特征和規(guī)律，從而導(dǎo)致預(yù)測(cè)效果不佳，因此，提供一種組合預(yù)測(cè)模型的建筑冷負(fù)荷預(yù)測(cè)方法和系統(tǒng)、設(shè)備和介質(zhì)。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供一種基于組合預(yù)測(cè)模型的建筑冷負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：

4、將影響建筑冷負(fù)荷的特征因素的實(shí)際數(shù)據(jù)輸入組合預(yù)測(cè)模型，獲得建筑冷負(fù)荷；

5、所述組合預(yù)測(cè)模型的構(gòu)建過(guò)程為：

6、收集建筑冷負(fù)荷以及各種影響因素的歷史數(shù)據(jù)，對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理得到訓(xùn)練集；

7、將訓(xùn)練集輸入lightgbm算法進(jìn)行訓(xùn)練，確定影響建筑冷負(fù)荷的特征因素；

8、將影響建筑冷負(fù)荷的特征因素的數(shù)據(jù)分別輸入若干個(gè)單一預(yù)測(cè)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)；

9、根據(jù)若干個(gè)單一預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果采用minsse算法確定每個(gè)單一預(yù)測(cè)模型的權(quán)重系數(shù)，構(gòu)建組合預(yù)測(cè)模型。

10、所述影響建筑冷負(fù)荷的特征因素包括t-1時(shí)刻建筑冷負(fù)荷、室外干球溫度、室外露點(diǎn)溫度、t-1時(shí)刻輻射照度、人員流動(dòng)量、室外相對(duì)濕度、圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)、照明設(shè)備使用、t-2時(shí)刻輻射照度和風(fēng)速。

11、所述若干個(gè)單一預(yù)測(cè)模型包括lstm模型、svr模型和cnn模型。

12、所述根據(jù)若干個(gè)單一預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果采用minsse算法確定每個(gè)單一預(yù)測(cè)模型的權(quán)重系數(shù)具體為：

13、若干個(gè)單一預(yù)測(cè)模型加權(quán)系數(shù)滿足以下要求：

14、

15、根據(jù)組合預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)誤差計(jì)算組合預(yù)測(cè)誤差的平方和；

16、

17、設(shè)則得j＝ltel；

18、其中，j為組合預(yù)測(cè)誤差的平方和，et為組合預(yù)測(cè)模型在時(shí)間t的預(yù)測(cè)誤差，t＝1,2,…,p，p是時(shí)間步長(zhǎng)；

19、設(shè)r＝[1kk1]t，確定使組合預(yù)測(cè)誤差的平方和j最小化的加權(quán)系數(shù)向量；

20、minj＝ltel,

21、其中，e為預(yù)測(cè)誤差，r為決定系數(shù)。

22、通過(guò)單一預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)誤差，計(jì)算組合預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)誤差；

23、eit＝(xt-xit)

24、

25、其中，et為組合預(yù)測(cè)模型在時(shí)間t的預(yù)測(cè)誤差，t＝1,2,…,p，p是時(shí)間步長(zhǎng)；eit為第i個(gè)單一預(yù)測(cè)模型在時(shí)間t的預(yù)測(cè)誤差，i＝1,2,…n；xt為時(shí)間t處建筑冷負(fù)荷的實(shí)際值；xit為第i個(gè)單一預(yù)測(cè)模型在時(shí)間t的建筑冷負(fù)荷預(yù)測(cè)值；li為第i單一預(yù)測(cè)模型的加權(quán)系數(shù)。

26、設(shè)若干個(gè)單一預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)誤差向量組線性獨(dú)立，則問(wèn)題的最優(yōu)解和目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值如下：

27、

28、其中，e為預(yù)測(cè)誤差，r為決定系數(shù)。

29、所述構(gòu)建組合預(yù)測(cè)模型，具體為：

30、通過(guò)加權(quán)系數(shù)和單一預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果構(gòu)建組合預(yù)測(cè)模型；

31、

32、其中，為時(shí)間t時(shí)建筑冷負(fù)荷的組合預(yù)測(cè)值，kw；xit為第i個(gè)單一預(yù)測(cè)模型在時(shí)間t的建筑冷負(fù)荷預(yù)測(cè)值。

33、本發(fā)明還提供一種基于組合預(yù)測(cè)模型的建筑冷負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)，包括：

34、預(yù)測(cè)模塊，用于將影響建筑冷負(fù)荷的特征因素的實(shí)際數(shù)據(jù)輸入組合預(yù)測(cè)模型，獲得建筑冷負(fù)荷；

35、數(shù)據(jù)獲取模塊，用于收集建筑冷負(fù)荷以及各種影響因素的歷史數(shù)據(jù)，對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理得到訓(xùn)練集；

36、數(shù)據(jù)篩選模塊，用于將訓(xùn)練集輸入lightgbm算法進(jìn)行訓(xùn)練，確定影響建筑冷負(fù)荷的特征因素；

37、單一預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)模塊，用于將影響建筑冷負(fù)荷的主要因素的數(shù)據(jù)分別輸入若干個(gè)單一預(yù)測(cè)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)；

38、構(gòu)建組合預(yù)測(cè)模型模塊，用于根據(jù)若干個(gè)單一預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果采用minsse算法確定每個(gè)單一預(yù)測(cè)模型的權(quán)重系數(shù)，構(gòu)建組合預(yù)測(cè)模型。

39、本發(fā)明還提供一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述基于組合預(yù)測(cè)模型的建筑冷負(fù)荷預(yù)測(cè)方法的步驟。

40、本發(fā)明還提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述基于組合預(yù)測(cè)模型的建筑冷負(fù)荷預(yù)測(cè)方法的步驟。

41、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

42、本發(fā)明首先對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理來(lái)確保數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可靠性，再通過(guò)lightgbm算法篩選出來(lái)影響建筑冷負(fù)荷的特征因素，剔除影響較小的因素，lightgbm算法能夠保證在處理數(shù)據(jù)的過(guò)程中的速度以及結(jié)果的精確性，然后選取預(yù)測(cè)性能好的單一預(yù)測(cè)模型，利用各個(gè)模型的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，采用minsse算法確定每個(gè)單一預(yù)測(cè)模型的權(quán)重或加權(quán)系數(shù)，并結(jié)合單一預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行加權(quán)平均或其他組合方式來(lái)降低整體預(yù)測(cè)誤差。通過(guò)本發(fā)明方法得到的組合預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)效果好、泛化能力強(qiáng)，能夠有效捕捉到數(shù)據(jù)的特征和規(guī)律，預(yù)測(cè)結(jié)果在整體上與真實(shí)數(shù)據(jù)較為接近，在局部極值處和高負(fù)荷時(shí)間段表現(xiàn)更加穩(wěn)定。

技術(shù)特征：

1.一種基于組合預(yù)測(cè)模型的建筑冷負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于組合預(yù)測(cè)模型的建筑冷負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述影響建筑冷負(fù)荷的特征因素包括t-1時(shí)刻建筑冷負(fù)荷、室外干球溫度、室外露點(diǎn)溫度、t-1時(shí)刻輻射照度、人員流動(dòng)量、室外相對(duì)濕度、圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)、照明設(shè)備使用、t-2時(shí)刻輻射照度和風(fēng)速。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于組合預(yù)測(cè)模型的建筑冷負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述若干個(gè)單一預(yù)測(cè)模型包括lstm模型、svr模型和cnn模型。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于組合預(yù)測(cè)模型的建筑冷負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述根據(jù)若干個(gè)單一預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果采用minsse算法確定每個(gè)單一預(yù)測(cè)模型的權(quán)重系數(shù)具體為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于組合預(yù)測(cè)模型的建筑冷負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，其特征在于，通過(guò)單一預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)誤差，計(jì)算組合預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)誤差；

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于組合預(yù)測(cè)模型的建筑冷負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，其特征在于，設(shè)若干個(gè)單一預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)誤差向量組線性獨(dú)立，則問(wèn)題的最優(yōu)解和目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值如下：

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于組合預(yù)測(cè)模型的建筑冷負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述構(gòu)建組合預(yù)測(cè)模型，具體為：

8.一種基于組合預(yù)測(cè)模型的建筑冷負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括：

9.一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述基于組合預(yù)測(cè)模型的建筑冷負(fù)荷預(yù)測(cè)方法的步驟。

10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述基于組合預(yù)測(cè)模型的建筑冷負(fù)荷預(yù)測(cè)方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于組合預(yù)測(cè)模型的建筑冷負(fù)荷預(yù)測(cè)方法和系統(tǒng)、設(shè)備和介質(zhì)，屬于建筑冷負(fù)荷預(yù)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過(guò)收集建筑的歷史數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理得到訓(xùn)練集；用LightGBM算法對(duì)訓(xùn)練集進(jìn)行訓(xùn)練，確定影響建筑冷負(fù)荷的特征因素；將影響建筑冷負(fù)荷的特征因素的數(shù)據(jù)分別輸入若干個(gè)單一預(yù)測(cè)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)；根據(jù)若干個(gè)單一預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果采用minSSE算法確定每個(gè)單一預(yù)測(cè)模型的權(quán)重系數(shù)，構(gòu)建組合預(yù)測(cè)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。通過(guò)本發(fā)明方法得到的組合預(yù)測(cè)模型具有較好的預(yù)測(cè)效果和較強(qiáng)的泛化能力，能夠有效捕捉到數(shù)據(jù)的特征和規(guī)律，預(yù)測(cè)結(jié)果在整體上與真實(shí)數(shù)據(jù)較為接近，在局部極值處和高負(fù)荷時(shí)間段表現(xiàn)更加穩(wěn)定。

技術(shù)研發(fā)人員：于軍琪,王靖淇,陳博雅,王萌,王登甲
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安建筑科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19