分位数回归、GAM样条曲线、指数平滑和SARIMA对电力负荷时间序列预测

拓端

发布于 2022-03-05 02:41:44

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电力负荷预测是电网规划的基础，其水平的高低将直接影响电网规划质量的优劣。为了准确预测电力负荷，有必要进行建模。本文在R语言中使用分位数回归、GAM样条曲线、指数平滑和SARIMA模型对电力负荷时间序列预测并比较。

用电量

本文使用的数据是1996年至2010年之间的每周用电量数据，序列

load ("Load.RData")
plot (ts( data = Load , start= 1996 , frequency = 52) )

用电量变量及其影响因素： •星期几（离散） •时间小时（离散或非参数） •年（连续）

交互影响： •日期和时间

•年份和时间

活动 •公共假期

温度对模型的影响：高温、低温和极冷温度

模型：分段线性函数， GAM模型中的样条曲线

数据探索

时间对电力负荷的影响

> plot ( NumWeek , Load )

温度对电力负荷的影响，（Tt，Yt）

> plot ( Temp , Load )

负荷序列（Yt）的自相关的影响，

> acf (Load )

OLS与中位数回归

中位数回归通过单调变换是稳定的。

lm(y˜x, data =df)
lm(y˜x, data =df , tau =.5)

现在，中位数回归将始终有两个观察结果。

which ( predict ( fit ))
21 46

分位数回归和指数平滑

简单的指数平滑：

经典地，我们寻找使预测误差最小的α，即

X=as. numeric ( Nile )
SimpleSmooth = function (a){

for (t in 2:T{L\[t=a\*X\[t+(1 -a)\*L\[t -1

}lines ( SimpleSmooth (.2) ,col =" red ")

V= function (a){

for (t in 2:T){
L\[t\]=a\*X\[t\]+(1 -a)\*L\[t -1\]
erreur \[t\]=X\[t\]-L\[t -1\] }
return ( sum ( erreur ˆ2) )

optim (.5 ,V)$ par
\[1\] 0.2464844
hw= HoltWinters (X, beta =FALSE
hw$ alpha
\[1\] 0.2465579

我们可以考虑分位数误差

HWtau = function ( tau ){
loss = function (e) e*(tau -(e< ;=0) *1)
V= function (a){


for (t in 2:T){
L\[t\]=a\*X\[t+(1 -a)\*L\[t -1
erreur \[t=X\[t-L\[t -1
return ( sum ( loss ( erreur

optim (.5 ,V)$ par

plot (X, type ="b",cex =.6 

lines ( SimpleSmooth ( HWtau (.8,col=" blue ",
lwd =2)

双指数平滑

我们考虑分位数误差

其中

。

hw= HoltWinters (X, gamma =FALSE ,l. start =X\[1\])
hw$ alpha
alpha
0.4223241
hw$ beta
beta
0.05233389

DouSmo = function (a,b){

for (t in 2:T){
L\[t\]=a\*X\[t+(1 -a\*(L\[t -1\]+ B\[t -1\]
B\[t\]=b*(L\[t\]-L\[t -1\]) +(1 -b*B\[t -1\] 
return (L+B)

预测

数理统计建立在对概率模型参数的估计和假设检验的基础上。统计中的预测：当模型拟合观测值时，它会提供良好的预测。相反，我们使用没有出现过的场景，它使我们能够评估未来的主要趋势，而不是预测极端事件的能力。

预测变量的构造

plot (ts( data = Load $Load , start =
1996 , frequency = 52) ,col =" white "

回归

plot (ts( data = Temp , start =
1996 , frequency = 52) ,
lines (ts( data = train $Temp , start =
1996 , frequency = 52) )
lines (ts( data = test $Temp , start =
1996+620 /52, frequency = 52)

SARIMA模型，s = 52

ARIMA = arima (z, order =c(1 ,0 ,0 ,seasonal =list ( order =c(0 ,1 ,0 ,period =52
plot ( forecast (ARIMA ,h =112 )

本文摘选《R语言分位数回归、GAM样条曲线、指数平滑和SARIMA对电力负荷时间序列预测》

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