[發明專利]一種基于聯合天氣信息矩陣分解的電量數據恢復方法

有效

• 申請號: 201711126675.0
• 申請日: 2017-11-15
• 公開（公告）號: CN108021538B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 祝唯微;黨倩;孫沛;何施茗;袁昊;柴京;趙博;金銘
• 申請（專利權）人: 國網甘肅省電力公司信息通信公司;長沙理工大學;國網甘肅省電力公司
• 主分類號: G06F17/16
• 分類號: G06F17/16;G06Q50/06
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強;王娟

本發明公開了一種基于聯合天氣信息矩陣分解的電量數據恢復方法，利用天氣數據提供上下文信息，利用聯合矩陣分解來恢復缺失電量數據。電量矩陣行為日期，列為用戶，天氣矩陣行為日期，列為天氣屬性。電量矩陣和天氣矩陣共享日期信息，分解后共享日期的特征矩陣。設計聯合分解優化目標，建立聯合分解優化模型，基于梯度下降迭代更新求解優化模型，設計基于聯合矩陣分解的電量矩陣恢復算法。實驗結果表明，與非負矩陣分解(nonnegative matrix factorization,NMF)相比，本發明的方法具有更高的恢復準確度。

技術領域

本發明涉及利用矩陣分解進行數據的恢復技術，特別是一種基于聯合天氣信息矩陣分解的電量數據恢復方法。

背景技術

電網公司需要采集用戶電量數據來進行運行狀況分析和電費計算。目前對于居民用戶信息，只要求采集日均數據，即自動凍結每日零點的表碼數據，然后分批次上傳。但隨著智能電網和能源互聯網的發展、新電改9號文件提出放開售電側市場，對用戶電量數據采集提出了新要求：每日需要實時采集多個電量數據。這導致實時傳輸數據量明顯增加，數據量增加可能導致網絡傳輸中數據排隊、丟失等問題，無法保證百分之成功采集，使得電量數據不完整，存在未知的空缺。無法滿足電網公司在新市場和技術發展前景下對于轄區內用電信息的采集和分析。

稀疏矩陣可分解成兩個較小矩陣的乘積，矩陣分解根據稀疏矩陣已知元素，近似分解成兩個矩陣，用矩陣乘積來估計稀疏矩陣中缺失元素的值，目前主要用于推薦系統。聯合矩陣分解是利用來源于不同領域的多個矩陣數據，為矩陣分解增加上下文信息，提高缺失元素的估計準確度。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種基于聯合天氣信息矩陣分解的電量數據恢復方法，降低恢復誤差。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種基于聯合天氣信息矩陣分解的電量數據恢復方法，包括以下步驟：

1)構建電量矩陣，矩陣的行表示日期，列表示用戶數目；獲取天氣信息，對天氣信息的屬性編碼，構建天氣矩陣；

2)聯合天氣矩陣對電量矩陣進行矩陣分解，恢復缺失的電量數據。

步驟1)中，構建電量矩陣X∈R₁^H*N的方法包括：將采集的電量數據排列形成一個H*N的矩陣，行數H表示用電電量的日期，列數N表示為用戶數目；用二元矩陣Ω∈W^H*N表示電量矩陣的元素是否已知，ω_ij值為1時，電量x_ij已知，否則電量x_ij未知；x_ij表示第i個日期第j個用戶的用電電量。

步驟1)中，所述天氣矩陣L∈R₂^H*W，行數H表示日期，列數為W，每一列分別表示最高溫度、最低溫度、天氣狀況、風向、風力；天氣矩陣L的第i行第j列元素l_ij表示第i個日期第j個天氣屬性的編碼值。

最高溫度取值范圍為-60到50，最低溫度值取值范圍為-60到50，單位為攝氏度；天氣狀況值包括晴、多云、陰、陣雨、雷陣雨、雷陣雨伴有冰雹、小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨、小到中雨、中到大雨、大到暴雨、暴雨到大暴雨、大暴雨到特大暴雨、雨夾雪、陣雪、小雪、中雪、大雪、暴雪、小到中雪、中到大雪、大到暴雪、霧、濃霧、強濃霧、霜、凍雨、沙塵暴、浮塵、揚沙、沙塵暴、強沙塵暴、特強沙塵暴輕霧、輕微霾、輕度霾、中度霾、重度霾、特強霾、霰和颮線；風向值包括東風、南風、西風、北風、東南風、東北風、西北風和西南風共8種風向；風力值包括0、1、2、3...到17共18個等級；通過編碼將屬性的取值用大于或等于零的數字表示。

步驟2)的具體實現過程包括：