專利名稱：一種基于不穩(wěn)定周期的風(fēng)速時間序列預(yù)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于時間序列預(yù)測分析領(lǐng)域，涉及ー種用于風(fēng)速時間序列預(yù)測的方法，特別涉及一種針對具有混沌特性的風(fēng)速時間序列，通過求解最佳不穩(wěn)定周期實(shí)現(xiàn)預(yù)測分析的方法。
背景技術(shù)：
隨著全球能源緊張以及環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，風(fēng)能的開發(fā)利用得到各國的普遍重視，風(fēng)能是ー種清潔的可再生能源，發(fā)展風(fēng)カ發(fā)電成為改善能源結(jié)構(gòu)、減少環(huán)境污染和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的一種有效措施。但風(fēng)速具有間歇性、隨機(jī)性和不確定性的特點(diǎn)，這對風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)提出了挑戰(zhàn)。目前，解決風(fēng)電并網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)問題之一就是風(fēng)速預(yù)測，有效的風(fēng)速預(yù)測可使電カ調(diào)度部門及時調(diào)整調(diào)度計劃，從而保證電能質(zhì)量，減小系統(tǒng)的備用容量，降低電カ系統(tǒng)運(yùn)行成本目前，已有的風(fēng)速預(yù)測方法有持續(xù)預(yù)測法、卡爾曼濾波法、時間序列法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法等。持續(xù)預(yù)測法將最近一點(diǎn)的風(fēng)速觀測值作為下一點(diǎn)的預(yù)測值。該方法簡單，是傳統(tǒng)的預(yù)測方法，常作為其他預(yù)測方法的比較基準(zhǔn)?？柭鼮V波法存在動態(tài)修改預(yù)測權(quán)值的優(yōu)點(diǎn)，依靠預(yù)測遞推方程可以得到較高的精度，但建立卡爾曼狀態(tài)方程和測量方程較為困難。時間序列法利用的信息量較少，模型的定階方法指導(dǎo)性不強(qiáng)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對復(fù)雜非線性問題的求解十分有效，但也存在收斂速度慢，數(shù)據(jù)龐大，容易陷入局部極小值等缺陷。另夕卜，ー些研究者通過對風(fēng)速時間序列的動力學(xué)特性分析發(fā)現(xiàn)，風(fēng)速序列中往往蘊(yùn)含著混沌特性。對于具有混沌特性的風(fēng)速時間序列可結(jié)合相空間重構(gòu)理論開展預(yù)測分析研究，但相空間重構(gòu)的參數(shù)存在不易選取的問題。因此，針對風(fēng)速序列自身的性質(zhì)，設(shè)計一種簡易可行的預(yù)測分析方法具有重要的應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，設(shè)計ー種風(fēng)速時間序列預(yù)測分析方法，能夠?qū)哂谢煦缣匦缘娘L(fēng)速時間序列實(shí)現(xiàn)預(yù)測分析。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種基于不穩(wěn)定周期的風(fēng)速時間序列預(yù)測方法，針對具有混沌特性的風(fēng)速時間序列開展研究，利用已知的風(fēng)速時間序列進(jìn)行相空間重構(gòu)，利用互信息法確定相空間重構(gòu)的延遲時間，通過求解指標(biāo)函數(shù)確定最佳不穩(wěn)定周期和嵌入維數(shù)，利用前一不穩(wěn)定周期附近的值實(shí)現(xiàn)對未來時刻風(fēng)速的預(yù)測分析。本發(fā)明的目的在于提出一種基于不穩(wěn)定周期的風(fēng)速時間序列預(yù)測分析方法，通過求解具有混沌特性的風(fēng)速時間序列中蘊(yùn)含的不穩(wěn)定周期信息實(shí)現(xiàn)對未來風(fēng)速的預(yù)測分析，從而提高風(fēng)速序列的預(yù)測性能。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)說明。根據(jù)混沌理論，混沌運(yùn)動具有無窮多個不穩(wěn)定的周期軌道，因此可對具有混沌特性的風(fēng)速時間序列進(jìn)行相空間重構(gòu)，并認(rèn)為重構(gòu)后的風(fēng)速相空間也具有與原系統(tǒng)相似的動力學(xué)行為。當(dāng)風(fēng)速序列持續(xù)一段時間后，風(fēng)速序列會到達(dá)某個不穩(wěn)定周期軌道附近，即此時的風(fēng)速值與前一不穩(wěn)定周期附近的值十分接近。因此可將前一周期附近的風(fēng)速值預(yù)測為此時的風(fēng)速值。相空間重構(gòu)是混沌時間序列分析的基礎(chǔ)，對于具有混沌特性的風(fēng)速時間序列{x(i)}, i = 1,2, . . . , η,若嵌入維數(shù)為m,延遲時間為τ ,則重構(gòu)相空間為Y(i) = {x(i), x(i+τ )，···，x(i+(m-l) τ )} (I)其中，i = 1,2, · · · , N ;Ν = n-(m-l) τ ;η是時間序列的采樣點(diǎn)數(shù)。延遲時間和嵌入維數(shù)的選取直接影響到相空間重構(gòu)的質(zhì)量及序列的預(yù)測精度。本發(fā)明選擇互信息法選取延遲時間。一個時間序列的互信息可以表示為
權(quán)利要求
1.一種基于不穩(wěn)定周期的風(fēng)速時間序列預(yù)測方法，其特征在于利用已知的具有混沌特性的風(fēng)速時間序列進(jìn)行相空間重構(gòu)，利用互信息法確定相空間重構(gòu)的延遲時間，通過求解指標(biāo)函數(shù)確定最佳不穩(wěn)定周期和嵌入維數(shù)，利用前一不穩(wěn)定周期附近的值實(shí)現(xiàn)對未來時刻風(fēng)速的預(yù)測分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種基于不穩(wěn)定周期的風(fēng)速時間序列預(yù)測方法，其特征在于，所述的確定最佳不穩(wěn)定周期和嵌入維數(shù)的指標(biāo)函數(shù)為
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種基于不穩(wěn)定周期的風(fēng)速時間序列預(yù)測方法，其特征在于，所述的未來時刻風(fēng)速的預(yù)測按下式求取
全文摘要
本發(fā)明屬于時間序列預(yù)測分析領(lǐng)域，具體為一種基于不穩(wěn)定周期的風(fēng)速時間序列預(yù)測方法。對具有混沌特性的風(fēng)速時間序列進(jìn)行相空間重構(gòu)，利用互信息法確定相空間重構(gòu)的延遲時間，通過求解指標(biāo)函數(shù)確定最佳不穩(wěn)定周期和嵌入維數(shù)，利用前一不穩(wěn)定周期附近的值實(shí)現(xiàn)對未來時刻風(fēng)速的預(yù)測分析。本發(fā)明主要用于具有混沌特性的風(fēng)速時間序列的預(yù)測分析領(lǐng)域中。
文檔編號G06Q10/04GK102651095SQ20121010244
公開日2012年8月29日 申請日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)明者修春波, 劉新婷 申請人:天津工業(yè)大學(xué)