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1、第25卷第2期河南工程學院學報(自然科學版)V0l_25．No．22013年6月JOURNALOFHENANINSTITUTEOFENGINEERINGJun．2013燃氣日用氣負荷預測模型的研究張鴻彥(河南工程學院軟件學院，河南鄭州451191)摘要：分析了北方城市的日用氣負荷特點，分別介紹了小波理論和神經網絡理論等技術，并對日用氣負荷中的關鍵技術如網絡結構及輸入神經元的確定、小波基函數(shù)的選擇及分解尺度的確定、激勵函數(shù)的選擇、數(shù)據(jù)的歸一化等進行了詳細分析，提出了適合我國北方城市的日用氣負荷預測模型．關鍵詞：日用氣負荷；多分辨小波；神經網絡；預測模型中圖分類號：TU996文
2、獻標志碼：A文章編號：1674—330X(2013)02—0028—06為了緩解能源緊張的局面、減少環(huán)境污染，我國正在加緊建設天然氣管網，力爭以純凈的天然氣代替煤炭等高污染能源．“西氣東輸”是最具有標志性的工程，供氣系統(tǒng)具有管徑大、距離長和網絡化等特點．針對這一復雜的供氣網絡，調度儲氣、調壓峰值等工作都面臨著巨大的挑戰(zhàn)．1應用小波神經網絡進行燃氣日負荷預測在燃氣負荷預測中應用多分辨小波網絡主要基于以下考慮：(1)多分辨小波網絡的參數(shù)和結構是根據(jù)樣本的分布和逼近誤差的要求確定的，其激勵函數(shù)可以采用尺度函數(shù)和正交小波基函數(shù)，可以利用多分辨小波分析將負荷序列分解至同等層次，分層遞
3、階地確定網絡參數(shù)]．(2)一般北方城市的燃氣日負荷序列隨季節(jié)的變化呈多周期性變化，而利用多尺度函數(shù)“由粗到細”逼近原始信號是多分辨小波神經網絡的特點，在復雜時間序列分析方面比傳統(tǒng)的學習策略精確度更高．(3)燃氣負荷除了隨季節(jié)周期性變化外，也會受天氣、節(jié)日等因素的影響，所以燃氣負荷變化也呈現(xiàn)一定的隨機性，傳統(tǒng)的預測方法如線性回歸分析法、指數(shù)平滑法等都無法全面描述其變化規(guī)律．所以，采用小波神經網絡對燃氣日負荷進行預測具有很大的發(fā)展空間．2預測模型的結構日用氣負荷預測模型框架如圖1所示．S是輸人數(shù)據(jù)，表示燃氣負荷歷史數(shù)據(jù)；。是分解后的低頻信號，d～d，表示分解后的高頻信號b中i表
4、示層數(shù)，表示預測方法，所以圖1預測模型結構圖Fig．1Structureofforecastingmodelbb，??表示第一種預測方法在每層的預測結果，b收稿日期：2013—03—11基金項目：河南省教育廳科學技術研究重點項目(13A520016)作者簡介：張鴻彥(1977一)，女，山西平遙人，講師，碩士，主要從事人工智能方面的研究第2期張鴻彥：燃氣日用氣負荷預測模型的研究·29·b。，?，b。表示每種預測方法對第一層的預測結果，以此類推；y。，Y，?，Y(n為單一預測方法的個數(shù))表示燃氣日用氣負荷序列進行小波變換后使用每個單一預測方法進行預測的結果；y為最終預測結果．3
5、預測步驟應用小波神經網絡進行燃氣日負荷預測的步驟如下：(1)確定小波網絡結構，也就是根據(jù)燃氣日用氣負荷的特點建立合理的網絡結構；(2)確定小波神經網絡的輸入節(jié)點數(shù)；(3)輸人歷史數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)的預處理，形成訓練集和測試樣本集；(4)小波基函數(shù)的選擇；(5)使用歷史數(shù)據(jù)訓練小波網絡，并用訓練好的網絡對燃氣日用氣負荷進行預測；(6)預測結果的分析和比較．4關鍵技術4．1城市燃氣日負荷特性城市燃氣日負荷的隨機性和波動性非常明顯，其主要影響因素有氣象條件和日期類型兩個．在各種氣象因素中，對日用氣負荷影響最大的是溫度，特別是Et平均溫度．引入相關系數(shù)R，平均溫度與燃氣Et用氣負荷與之
6、間的關系可用下式表示：∑(一)(—)R=——=二二二i=二l二二二二二二二二-—_==============，(1)√(一)√(—)式中，R為相關系數(shù)，表示日負荷序列，x是Et負荷序列的均值，代表日平均溫度，指平均溫度序列的均值．根據(jù)式(1)計算得出，夏季R=一0．2485，冬季R=一0．5963，表示日平均氣溫與燃氣Et用氣負荷為負相關，即日用氣負荷隨溫度的升高而降低，隨著溫度的降低而增大．并且對該城市而言，冬季Et負荷對溫度的敏感度比夏季要高．除氣象條件外，Et期類型也是影響日用氣負荷的重要因素之一．受工業(yè)生產安排、生活習慣等因素的影響，日用氣負荷在春節(jié)、五一、十一等
7、重大節(jié)假日時會發(fā)生較大變化，負荷曲線也會發(fā)生大幅度、長時間的變形，春節(jié)期間尤為明顯j．北方某省會城市2009-2012年春節(jié)期間的日用氣負荷波動曲線如圖2所示．35o0()0030o0Oo0廣弋／＼妒250oO00{■＼—～一一2O【x】Ooo竹一=≥=：==：=———2=暖l5()()()()0v—-‘‘‘●rrrr1()()0o(x】50o()o00泛／，日期圖2春節(jié)期間燃氣日用氣負荷曲線Fig．2Dailygasloadinthespringfestival第2期張鴻彥：燃氣日用氣負荷預測模型的研究·31·由
