基于改进粒子群IPSO与LSTM的短期电力负荷预测

短期电力负荷预测是电力系统安全调度、经济运行的重要依据 , 随着电力系统的市场化 , 负荷预测的精度直接影响到电力系统运行的可靠性、经济性和供电质量。LSTM 为短期电力负荷预测提供了一个新的研究方向。本文将LSTM用于短期电力负荷预测 , 提出基于LSTM 的短期电力负荷预测模型 , 同时建立改进粒子群模型对 LSTM进行参数优化 , 并以浙江某地区的历史负荷数据和气象数据为例进行验证 , 实例验证表明 , 改进 PSO-LSTM 模型的预测效果明显提高。

1,改进的PSO算法，提出对PSO的惯性权重进行改进，改进后对5维sphere函数的极值寻优结果如图所示:

如图所示为PSO与IPSO对5维sphere函数极值寻优，从图上可以清晰看出，PSO算法大约在60次迭代时就早早的陷入了局部最优解，最终值约为1；IPSO极大的增强了寻优能力，在1000次迭代时依然具有寻找更优解的能力，极值大约为10^-7次方，这与PSO的结果相差6个数量级，明显可以IPSO拥有更强的寻优能力。

2, 基于LSTM的短期电力负荷预测。

本文选择的是浙江某地区的电力负荷值，每天的数据包括平均温度、最高温度、最低温度、相对湿度、星期类型、与24个时刻的负荷，共29个特征。基于LSTM，本文选择以第n-1天的29个值与第n天的平均温度、最高温度、最低温度、相对湿度、星期类型作为输入，以第n天的24个时刻的负荷作为输出，构建34输入24输出的LSTM短期电力负荷预测模型。

数据集一共96个样本，选择95个样本作为训练集，剩下1个样本作为测试集，相当于预测最后一天得到的结果如图所示。

LSTM测试集的mape: 0.04030398741922454 rmse: 3.254871212868774 mad: 2.982307053878904 R2: 0.9385667729662959 ，可见lstm的泛化能力较好。此外，由于LSTM参数众多，本文拟采用上述改进PSO算法对LSTM的超参数进行寻优，寻优参数包括学习率、迭代次数、隐含层神经元节点数。

3，基于IPSO-LSTM的短期电力负荷预测

基于IPSO的LSTM短期电力负荷预测，以最小化0.5*(测试集mape+训练集mape）作为适应度函数。适应度曲线与各超参数的变化曲线如下图所示。