Прогнозирование электропотребления по историческим данным

Бойков Артем Сергеевич
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Работа посвящена изучению задачи краткосрочного прогнозирования потребления электроэнергии предприятием по историческим данным. Был произведен анализ различных методов и подходов к решению данной задачи. В рамках исследования были реализованы модели на основе множественной линейной регрессии, регрессии опорных векторов, алгоритма случайного леса, а также нейронных сетей с радиальными базисными функциями. Проведен сравнительный анализ результатов прогнозирования на основе различных моделей. Рассмотрены различные способы кодирования исторических, календарных и метеоданных и их влияние на точность прогноза по трем метрикам качества.

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Постановка задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Обзор литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Глава 1. Обзор методов прогнозирования . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.1. Множественная линейная регрессия . . . . . . . . . . . . . . 8
1.2. Регрессия опорных векторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.3. Случайный лес . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.4. Нейронные сети . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Глава 2. Подготовка данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1. Исторические данные . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.2. Календарные данные . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.3. Метеоданные . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.4. Удаление недель с выбросами . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.5. Кросс-валидация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Глава 3. Результаты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.1. Разработка моделей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.2. Анализ результатов прогнозирования . . . . . . . . . . . . . 26
3.3. Визуализация прогноза . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Приложение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

На современном рынке электроэнергии между ее производителями и
потребителями используются контракты. Эти контракты могут быть как дол-
госрочными, на несколько месяцев, и даже лет, так и краткосрочными с го-
ризонтом в одни сутки. Отклонение фактического потребления электроэнер-
гии от спрогнозированного объема влечет необходимость для предприятия
продажи излишнего или закупки недостающего объема электроэнергии по
заведомо невыгодным ценам. Поэтому задача планирования и прогнозирова-
ния энергопотребления является достаточно значимой в электроэнергетике,
и повышение точности этого прогнозирования может существенно снизить
затраты на покупку электроэнергии предприятием.
С развитием вычислительных технологий данная задача все чаще пе-
реходит от экспертных систем к системам автоматизированным, а новые ме-
тоды и алгоритмы машинного обучения и статистические модели позволяют
повышать точность этого прогноза, учитывать множество разных факторов и
находить сложные нелинейные зависимости в данных.
Таким образом, имеющей большое практическое применение и актуаль-
ной научно-технической задачей является разработка методик прогнозиро-
вания потребления электрической энергии на основе исторических и других
имеющихся данных.
Постановка задачи
Целью данной работы является построение модели для прогнозиро-
вания почасового потребления электроэнергии предприятием с горизонтом
прогноза в два дня на основе имеющихся исторических данных об электропо-
треблении и метеофакторах. Также, за это время имеются плановые значения
электропотребления, которые будут использоваться для вычисления метрик
качества построенной прогностической модели.
В связи с поставленной целью были рассмотрены следующие вопросы:

В данной работе был проведен обзор и анализ методов, применяемых
для краткосрочного прогнозирования потребления электроэнергии. Также,
были реализованы модели на основе множественной линейной регрессии, ре-
грессии опорных векторов, случайного леса и радиальных базисных нейрон-
ных сетей. Построенные модели были протестированы на основе имеющих-
ся реальных данных почасового потребления электроэнергии предприятием.
Был проведен анализ, визуализация и сравнение полученных результатов.
Для реализации программной части был использован язык программи-
рования Python 3.6 и библиотеки NumPy для работы с массивами и матема-
тическими функциями, Pandas для представления и обработки данных в виде
таблиц, Scikit Learn для реализации алгоритмов машинного обучения, Keras
для реализации нейронных сетей и Matplotlib для визуализации данных.
Для улучшения полученного результата можно рассмотреть добавление
дополнительных данных, таких как график работы предприятия и данные о
внутренних процессах. Также можно рассмотреть комбинированные методы
и разбиение данной задачи на несколько подзадач и построение отдельных
моделей для каждой из этих подзадач, например, строить отдельный про-
гноз для базового электропотребления предприятия и электропотребления
оборудования.

[1] Hong T. Short Term Electric Load Forecasting : дис. – North Carolina State
University, 2010.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Катерина М. кандидат наук, доцент
    4.9 (522 отзыва)
    Кандидат технических наук. Специализируюсь на выполнении работ по метрологии и стандартизации
    Кандидат технических наук. Специализируюсь на выполнении работ по метрологии и стандартизации
    #Кандидатские #Магистерские
    836 Выполненных работ
    Кирилл Ч. ИНЖЭКОН 2010, экономика и управление на предприятии транс...
    4.9 (343 отзыва)
    Работы пишу, начиная с 2000 года. Огромный опыт и знания в области экономики. Закончил школу с золотой медалью. Два высших образования (техническое и экономическое). С... Читать все
    Работы пишу, начиная с 2000 года. Огромный опыт и знания в области экономики. Закончил школу с золотой медалью. Два высших образования (техническое и экономическое). Сейчас пишу диссертацию на соискание степени кандидата экономических наук.
    #Кандидатские #Магистерские
    692 Выполненных работы
    Андрей С. Тверской государственный университет 2011, математический...
    4.7 (82 отзыва)
    Учился на мат.факе ТвГУ. Любовь к математике там привили на столько, что я, похоже, никогда не перестану этим заниматься! Сейчас работаю в IT и пытаюсь найти время на... Читать все
    Учился на мат.факе ТвГУ. Любовь к математике там привили на столько, что я, похоже, никогда не перестану этим заниматься! Сейчас работаю в IT и пытаюсь найти время на продолжение диссертационной работы... Всегда готов помочь! ;)
    #Кандидатские #Магистерские
    164 Выполненных работы
    Ольга Б. кандидат наук, доцент
    4.8 (373 отзыва)
    Работаю на сайте четвертый год. Действующий преподаватель вуза. Основные направления: микробиология, биология и медицина. Написано несколько кандидатских, магистерских... Читать все
    Работаю на сайте четвертый год. Действующий преподаватель вуза. Основные направления: микробиология, биология и медицина. Написано несколько кандидатских, магистерских диссертаций, дипломных и курсовых работ. Слежу за новинками в медицине.
    #Кандидатские #Магистерские
    566 Выполненных работ
    Александр О. Спб государственный университет 1972, мат - мех, преподав...
    4.9 (66 отзывов)
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальн... Читать все
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальных уравнений. Умею быстро и четко выполнять сложные вычислительные работ
    #Кандидатские #Магистерские
    117 Выполненных работ
    Сергей Е. МГУ 2012, физический, выпускник, кандидат наук
    4.9 (5 отзывов)
    Имеется большой опыт написания творческих работ на различных порталах от эссе до кандидатских диссертаций, решения задач и выполнения лабораторных работ по любым напра... Читать все
    Имеется большой опыт написания творческих работ на различных порталах от эссе до кандидатских диссертаций, решения задач и выполнения лабораторных работ по любым направлениям физики, математики, химии и других естественных наук.
    #Кандидатские #Магистерские
    5 Выполненных работ
    Татьяна П.
    4.2 (6 отзывов)
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки ... Читать все
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки в одном из крупнейших университетов Германии.
    #Кандидатские #Магистерские
    9 Выполненных работ
    Глеб С. преподаватель, кандидат наук, доцент
    5 (158 отзывов)
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной с... Читать все
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной специальности 12.00.14 административное право, административный процесс.
    #Кандидатские #Магистерские
    216 Выполненных работ
    Анна В. Инжэкон, студент, кандидат наук
    5 (21 отзыв)
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссе... Читать все
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссертаций. Работала в маркетинге. Практикующий бизнес-консультант.
    #Кандидатские #Магистерские
    31 Выполненная работа

    Другие учебные работы по предмету