【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種基于聯(lián)邦學(xué)習(xí)的月度分時(shí)電量預(yù)測(cè)方法，屬于電量預(yù)測(cè)。
技術(shù)介紹
1、電力負(fù)荷預(yù)測(cè)是電力系統(tǒng)運(yùn)行中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，準(zhǔn)確的電量預(yù)測(cè)能夠幫助電力公司優(yōu)化發(fā)電計(jì)劃、調(diào)度電力資源、降低運(yùn)營(yíng)成本，并確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。傳統(tǒng)的電量預(yù)測(cè)方法包括時(shí)間序列模型(如arima、sarima等)以及基于回歸分析的統(tǒng)計(jì)模型。這些方法能夠在一定程度上預(yù)測(cè)未來(lái)的電力需求，但它們的表現(xiàn)往往受到數(shù)據(jù)周期性和隨機(jī)性的影響，且在應(yīng)對(duì)復(fù)雜非線性關(guān)系時(shí)存在局限性，隨著數(shù)據(jù)的維度越來(lái)越高，傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)方法在目前電力大數(shù)據(jù)的環(huán)境下面臨著實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性的巨大挑戰(zhàn)，且考慮到使用數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型會(huì)泄露用戶隱私及安全問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本專利技術(shù)提出了一種基于聯(lián)邦學(xué)習(xí)的月度分時(shí)電量預(yù)測(cè)方法。
2、本專利技術(shù)的技術(shù)方案如下：
3、一方面，本專利技術(shù)提供了一種基于聯(lián)邦學(xué)習(xí)的月度分時(shí)電量預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：
4、采集用戶月度分時(shí)電量數(shù)據(jù)，并對(duì)用戶月度分時(shí)電量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；
5、構(gòu)建基于長(zhǎng)短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)的初始全局電量預(yù)測(cè)模型，將預(yù)處理后的用戶月度分時(shí)電量數(shù)據(jù)作為初始全局電量預(yù)測(cè)模型的輸入；
6、基于預(yù)處理后的用戶月度分時(shí)電量數(shù)據(jù)，通過(guò)聯(lián)邦接受平均算法對(duì)初始全局電量預(yù)測(cè)模型進(jìn)行聯(lián)邦學(xué)習(xí)，得到最終全局電量預(yù)測(cè)模型；
7、通過(guò)最終全局電量預(yù)測(cè)模型對(duì)用戶月度分時(shí)電量進(jìn)行預(yù)測(cè)。
8、作為本專利技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施
9、作為本專利技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施方式，所述基于長(zhǎng)短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)的初始全局電量預(yù)測(cè)模型由多個(gè)長(zhǎng)短時(shí)記憶單元構(gòu)成，每個(gè)長(zhǎng)短時(shí)記憶單元均包括記憶單元、遺忘門、輸入門以及輸出門；
10、設(shè)xt是第t時(shí)刻長(zhǎng)短時(shí)記憶單元的輸入，ht是在第t時(shí)刻長(zhǎng)短時(shí)記憶單元的隱藏狀態(tài)，ct為第t時(shí)刻長(zhǎng)短時(shí)記憶單元的記憶單元；
11、則通過(guò)下式表示第t時(shí)刻下長(zhǎng)短時(shí)記憶單元的遺忘門輸出ft：
12、ft＝σ(wf·[ht-1，xt]+bf)
13、其中：wf表示遺忘門的權(quán)重矩陣；bf表示遺忘門的偏置項(xiàng)；ht-1表示第t-1時(shí)刻的長(zhǎng)短時(shí)記憶單元隱藏狀態(tài)；σ表示sigmoid激活函數(shù)；
14、通過(guò)下式表示第t時(shí)刻下長(zhǎng)短時(shí)記憶單元的輸入門輸出it：
15、it＝σ(wi·[ht-1，xt]+bi)
16、其中：wi表示輸入門的權(quán)重矩陣；bi表示輸入門的偏置項(xiàng)；
17、根據(jù)遺忘門的輸出ft和輸入門的輸出it，更新當(dāng)前時(shí)刻的記憶單元ct，具體如下式所示：
18、ct＝ft·ct-1+it·tanh(wc·[ht-1，xt]+bc)
19、其中：ct-1表示第t-1時(shí)刻的長(zhǎng)短時(shí)記憶單元的記憶單元；wc表示記憶單元的權(quán)重矩陣；bc表示記憶單元的偏置項(xiàng)；
20、通過(guò)下式表示第t時(shí)刻下長(zhǎng)短時(shí)記憶單元的輸出門輸出ot：
21、ot＝σ(wo·[ht-1，xt]+bo)
22、其中：wo表示輸出門的權(quán)重矩陣；bo表示輸出門的偏置項(xiàng)；
23、基于輸出門輸出ot對(duì)ht進(jìn)行更新，具體如下式所示：
24、ht＝ot·tanh(ct)
25、再將ht作為下一時(shí)刻的長(zhǎng)短時(shí)記憶單元輸入。
26、作為本專利技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施方式，所述通過(guò)聯(lián)邦接受平均算法對(duì)初始全局電量預(yù)測(cè)模型進(jìn)行聯(lián)邦學(xué)習(xí)的具體步驟為：
27、在服務(wù)器中初始化初始全局電量預(yù)測(cè)模型參數(shù)，所述服務(wù)器與若干客戶端連接；
28、服務(wù)器將初始全局電量預(yù)測(cè)模型發(fā)送至所有客戶端，每個(gè)客戶端均通過(guò)其本地保存的預(yù)處理后的用戶月度分時(shí)電量數(shù)據(jù)對(duì)其本地的初始全局電量預(yù)測(cè)模型進(jìn)行訓(xùn)練，并將訓(xùn)練完成的本地電量預(yù)測(cè)模型返回至中央服務(wù)器；
29、服務(wù)器將接收到的模型進(jìn)行加權(quán)平均匯總得到新的全局電量預(yù)測(cè)模型；
30、服務(wù)器將新的全局電量預(yù)測(cè)模型發(fā)送至所有的客戶端，每個(gè)客戶端均通過(guò)其本地保存的預(yù)處理后的用戶月度分時(shí)電量數(shù)據(jù)對(duì)其本地的新的全局電量預(yù)測(cè)模型進(jìn)行訓(xùn)練；
31、客戶端對(duì)比前后兩次全局電量預(yù)測(cè)模型的性能，若前后兩次全局電量預(yù)測(cè)模型的性能差距在預(yù)設(shè)容差內(nèi)，則將訓(xùn)練完成的新的全局電量預(yù)測(cè)模型發(fā)送至服務(wù)器，否則不發(fā)送；
32、服務(wù)器再次將接收到的模型進(jìn)行加權(quán)平均匯總得到新的全局電量預(yù)測(cè)模型，再將新的全局電量預(yù)測(cè)模型發(fā)送至所有客戶端進(jìn)行訓(xùn)練；
33、重復(fù)上述步驟，直至滿足目標(biāo)條件為止，完成聯(lián)邦學(xué)習(xí)，得到最終全局電量預(yù)測(cè)模型。
34、作為本專利技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施方式，所述目標(biāo)條件如下式所示：
35、
36、fi(w)＝l(xi，yi；w，b)
37、其中：f(w)為聯(lián)邦學(xué)習(xí)的目標(biāo)函數(shù)；fk(w)為第k個(gè)客戶端的損失；fi(w)為樣本(xi，yi)的損失；w，b分別為模型參數(shù)；pk表示客戶端k中儲(chǔ)存的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集；nk表示pk的大小；n表示所有客戶端訓(xùn)練數(shù)據(jù)集總大小；
38、當(dāng)f(w)達(dá)到預(yù)設(shè)閾值時(shí)，判斷為滿足目標(biāo)條件。
39、作為本專利技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施方式，若出現(xiàn)前次全局電量預(yù)測(cè)模型性能大于后次全局電量預(yù)測(cè)模型性能情況，則對(duì)預(yù)設(shè)容差進(jìn)行調(diào)整，具體如下式所示：
40、
41、其中：β表示預(yù)設(shè)容差；r表示當(dāng)前服務(wù)器與所有客戶端通信總次數(shù)；r表示當(dāng)前服務(wù)器的通信次數(shù)預(yù)設(shè)上限。
42、另一方面，本專利技術(shù)還提供了一種基于聯(lián)邦學(xué)習(xí)的月度分時(shí)電量預(yù)測(cè)系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、電量預(yù)測(cè)模型構(gòu)建模塊、聯(lián)邦學(xué)習(xí)模塊以及電量預(yù)測(cè)模塊；
43、所述數(shù)據(jù)采集模塊用于采集用戶月度分時(shí)電量數(shù)據(jù)，并對(duì)用戶月度分時(shí)電量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；
44、所述電量預(yù)測(cè)模型構(gòu)建模塊用于構(gòu)建基于長(zhǎng)短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)的初始全局電量預(yù)測(cè)模型，將預(yù)處理后的用戶月度分時(shí)電量數(shù)據(jù)作為初始全局電量預(yù)測(cè)模型的輸入；
45、所述聯(lián)邦學(xué)習(xí)模塊用于基于預(yù)處理后的用戶月度分時(shí)電量數(shù)據(jù)，通過(guò)聯(lián)邦接受平均算法對(duì)初始全局電量預(yù)測(cè)模型進(jìn)行聯(lián)邦學(xué)習(xí)，得到最終全局電量預(yù)測(cè)模型；
46、所述電量預(yù)測(cè)模塊用于通過(guò)最終全局電量預(yù)測(cè)模型對(duì)用戶月度分時(shí)電量進(jìn)行預(yù)測(cè)。
47、作為本專利技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施方式，所述用戶月度分時(shí)電量數(shù)據(jù)包括春秋季節(jié)工作日電量數(shù)據(jù)、春秋季節(jié)假日電量數(shù)據(jù)、夏季工作日電量數(shù)據(jù)以及夏季節(jié)假日電量數(shù)據(jù)。
48、作為本專利技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施方式，所述基于長(zhǎng)短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)的初始全局電量預(yù)測(cè)模型由多個(gè)長(zhǎng)短時(shí)記憶單元構(gòu)成，每個(gè)長(zhǎng)短時(shí)記憶單元均包括記憶單元、遺忘門、輸入門以及輸出門；
49、設(shè)xt是第t時(shí)刻長(zhǎng)短時(shí)記憶單元的輸入，ht是在第t時(shí)刻長(zhǎng)短時(shí)記憶單元的隱藏狀態(tài)，ct為第t時(shí)刻長(zhǎng)短時(shí)記憶單元的記憶單元；
50、則通過(guò)下本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于聯(lián)邦學(xué)習(xí)的月度分時(shí)電量預(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所述的一種基于聯(lián)邦學(xué)習(xí)的月度分時(shí)電量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述用戶月度分時(shí)電量數(shù)據(jù)包括春秋季節(jié)工作日電量數(shù)據(jù)、春秋季節(jié)假日電量數(shù)據(jù)、夏季工作日電量數(shù)據(jù)以及夏季節(jié)假日電量數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聯(lián)邦學(xué)習(xí)的月度分時(shí)電量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述基于長(zhǎng)短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)的初始全局電量預(yù)測(cè)模型由多個(gè)長(zhǎng)短時(shí)記憶單元構(gòu)成，每個(gè)長(zhǎng)短時(shí)記憶單元均包括記憶單元、遺忘門、輸入門以及輸出門；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聯(lián)邦學(xué)習(xí)的月度分時(shí)電量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述通過(guò)聯(lián)邦接受平均算法對(duì)初始全局電量預(yù)測(cè)模型進(jìn)行聯(lián)邦學(xué)習(xí)的具體步驟為：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于聯(lián)邦學(xué)習(xí)的月度分時(shí)電量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述目標(biāo)條件如下式所示：
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于聯(lián)邦學(xué)習(xí)的月度分時(shí)電量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，若出現(xiàn)前次全局電量預(yù)測(cè)模型性能大于后次全局電量預(yù)測(cè)模型性能情況，則對(duì)預(yù)設(shè)容差進(jìn)行調(diào)整，具體如下式所示：
7.一種基于聯(lián)邦
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于聯(lián)邦學(xué)習(xí)的月度分時(shí)電量預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述用戶月度分時(shí)電量數(shù)據(jù)包括春秋季節(jié)工作日電量數(shù)據(jù)、春秋季節(jié)假日電量數(shù)據(jù)、夏季工作日電量數(shù)據(jù)以及夏季節(jié)假日電量數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于聯(lián)邦學(xué)習(xí)的月度分時(shí)電量預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述基于長(zhǎng)短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)的初始全局電量預(yù)測(cè)模型由多個(gè)長(zhǎng)短時(shí)記憶單元構(gòu)成，每個(gè)長(zhǎng)短時(shí)記憶單元均包括記憶單元、遺忘門、輸入門以及輸出門；
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于聯(lián)邦學(xué)習(xí)的月度分時(shí)電量預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述通過(guò)聯(lián)邦接受平均算法對(duì)初始全局電量預(yù)測(cè)模型進(jìn)行聯(lián)邦學(xué)習(xí)的具體步驟為：
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種基于聯(lián)邦學(xué)習(xí)的月度分時(shí)電量預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述目標(biāo)條件如下式所示：
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種基于聯(lián)邦學(xué)習(xí)的月度分時(shí)電量預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，若出現(xiàn)前次全局電量預(yù)測(cè)模型性能大于后次全局電量預(yù)測(cè)模型性能情況，則對(duì)預(yù)設(shè)容差進(jìn)行調(diào)整，具體如下式所示：
13.一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的方法。
14.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，該程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的方法。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于聯(lián)邦學(xué)習(xí)的月度分時(shí)電量預(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所述的一種基于聯(lián)邦學(xué)習(xí)的月度分時(shí)電量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述用戶月度分時(shí)電量數(shù)據(jù)包括春秋季節(jié)工作日電量數(shù)據(jù)、春秋季節(jié)假日電量數(shù)據(jù)、夏季工作日電量數(shù)據(jù)以及夏季節(jié)假日電量數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聯(lián)邦學(xué)習(xí)的月度分時(shí)電量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述基于長(zhǎng)短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)的初始全局電量預(yù)測(cè)模型由多個(gè)長(zhǎng)短時(shí)記憶單元構(gòu)成，每個(gè)長(zhǎng)短時(shí)記憶單元均包括記憶單元、遺忘門、輸入門以及輸出門；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聯(lián)邦學(xué)習(xí)的月度分時(shí)電量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述通過(guò)聯(lián)邦接受平均算法對(duì)初始全局電量預(yù)測(cè)模型進(jìn)行聯(lián)邦學(xué)習(xí)的具體步驟為：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于聯(lián)邦學(xué)習(xí)的月度分時(shí)電量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述目標(biāo)條件如下式所示：
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于聯(lián)邦學(xué)習(xí)的月度分時(shí)電量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，若出現(xiàn)前次全局電量預(yù)測(cè)模型性能大于后次全局電量預(yù)測(cè)模型性能情況，則對(duì)預(yù)設(shè)容差進(jìn)行調(diào)整，具體如下式所示：
7.一種基于聯(lián)邦學(xué)習(xí)的月度分時(shí)電量預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括數(shù)據(jù)采集模塊、電量預(yù)測(cè)模型構(gòu)建模塊、聯(lián)邦學(xué)習(xí)模塊以及電量預(yù)測(cè)模塊；
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于聯(lián)邦學(xué)習(xí)的...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：熊益紅，鄭鵬，朱玲玲，錢曉瑞，詹祥澎，周穎，白雪峰，邱敏，趙偉博，韋于思，白雪，杜蓯聰，劉耀先，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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