[發明專利]一種基于馬爾科夫自下而上的家庭負荷預測方法

有效

• 申請號: 202011079882.7
• 申請日: 2020-10-10
• 公開（公告）號: CN112421608B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 杜兆斌;邵傳雍;玉少華;范國晨
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J13/00;G06F18/20;G06F30/20;G06F17/18
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡克永

本發明公開了一種基于馬爾科夫自下而上的家庭負荷預測方法；通過家庭負荷狀態在線監測單元獲取家庭設備的負荷運行曲線，并根據家庭負荷設備系統解構原理將其轉換成對應的各個子系統的運行狀態，以獲得設備的歷史時序運行狀態集合；根據相似日的選取原則將相似日的設備歷史狀態數據存放在同一集合中；從相似日的歷史狀態集合中生成馬爾科夫模型的狀態轉移矩陣參數，結合蒙特卡洛抽樣計算各個子系統的平均功率的值；線性疊加各個子系統在該段時間內的平均功率，以得到設備的整體平均負荷，再通過線性疊加設備的平均負荷，獲得家庭整體的負荷水平。該方法具有預測步驟簡單、效果更好、能夠針對單個設備進行能耗上的預測的優點。

技術領域

本發明涉及家庭電器設備負荷預測，尤其涉及一種基于馬爾科夫自下而上的家庭負荷預測方法。

背景技術

隨著現代人類社會和世界經濟的迅猛發展，社會用電量逐漸增加。在電網的運行及規劃中，負荷預測是其中極為重要的一環，實現精確的負荷預測，對電網的合理規劃及安全穩定運行都有著極為重要的意義。電力負荷根據行業分類可以劃分為：工業、農業、商業、居民用電等，隨著經濟社會的不斷發展，家庭用電量占社會用電總量的比重不斷攀升。

近年來，中國全社會的總用電量和居民生活用電量增長迅速，居民生活用電量在全社會用電量中的占比不斷提高。在我國能源轉型的背景下，居民負荷比重的攀升給電網的安全穩定運行增加了新的機遇和挑戰。一方面需求側響應概念的提出，使得居民負荷具有參與電網調節的機會，一定程度上緩解了發電側的壓力，另一方面，電網對電力用戶用電行為及用電特性的掌握的標準逐漸提高。因此，實現對居民生活用電的負荷預測在未來的電網中具有舉足輕重的意義。

綜上所述，進行用戶層級負荷預測方面得研究越來越重要，相比較于電網層級的負荷，用戶層級的負荷波動更頻繁、預測更加困難。

目前，居民負荷的建模方法主要分為兩類：自上而下的負荷建模和自下而上的負荷建模。

自上而下的負荷模型是對終端的綜合負荷數據的發展趨勢等進行預測，而自下而上的負荷模型則能夠實現對用電設備層、單個用戶層、群體用戶層等各個層面的細節性建模。

自下而上的預測模型是數據驅動型的建模方法，需要大量的數據支持，但是具有良好的精度表現。

在用電設備層，家居當中單個設備的用電規律受主客觀因素影響，規律復雜，目前對單一的(某一類型的)設備負荷預測研究尚處于起步階段；而掌握不同用電器的設備特性，對智能電網中實現網荷之間的互動具有極大的推動作用。

因此，采用適當的模型，實現準確預測居民用戶的日負荷情況尤為關鍵。

發明內容

針對現有家庭設備負荷預測中存在的問題和不足，提供一種基于馬爾科夫自下而上的家庭負荷預測方法，為電力系統的優化運行提供重要的參考依據。

本發明通過下述技術方案實現：

一種基于馬爾科夫自下而上的家庭負荷預測方法，包括：

根據家庭負荷的運行曲線結合其運行特征(一般指的是設備運行的物理原理及常見耗電單元)，對不同的家庭負荷設備進行系統解構分析；

將家庭負荷設備拆解為一系列的ON/OFF雙狀態子系統，各雙狀態子系統通過線性疊加其時序運行功率，采用相似日分析、結合蒙特卡洛算法，計算各個子系統在不同時間段內的能耗水平，從而可以獲取單個設備整體的運行功率大小，進而獲取家庭負荷設備整體的負荷水平或能耗情況。

上述運行特征進一步解釋：如冰箱，其主要耗電單元為壓縮機、內置燈，冰箱的壓縮機一般保持周期性運行，內置燈在冰箱門打開時才保持運行；再比如電熱水壺主要耗電單元為電阻絲，通電即運行，洗衣機有不同的運行模式，對應不同的負荷大小等。

所述進而獲取家庭負荷設備整體的負荷水平或能耗情況，包括如下具體步驟：