基于时空关联建模的电力源荷价联动预测方法及系统与流程

本发明涉及电力预测，尤其涉及基于时空关联建模的电力源荷价联动预测方法及系统。

背景技术：

1、随着新能源接入比例提升和电力市场化交易机制持续完善，电力运行过程中的源侧出力、荷侧负荷、电价变化、气象条件以及交易约束之间的耦合关系日益增强。现有电力预测系统通常分别针对新能源出力、负荷或电价进行建模，或者仅基于固定时间序列、固定拓扑关系或历史统计关系进行预测，难以充分反映不同电力对象之间随时间、空间和市场运行状态变化而产生的联动关系。

2、在实际电力交易预测场景中，不同来源的数据存在采集频率、发布时间、适用区域、计量口径和版本规则不一致的问题。部分数据只能在预测时刻之后获得，部分数据还会受到运行日更新、事后确认或规则版本变化的影响。如果预测模型未区分数据在预测时刻的可获得性，或者未对不同数据口径进行一致化处理，容易造成训练阶段与实际推理阶段输入条件不一致，从而影响预测结果的可信度和可用性。

3、电力交易预测结果通常需要同时服务于源侧可用出力、荷侧负荷、电价以及偏差成本等多类预测任务。现有方法往往侧重单一指标预测，或者将交易约束和偏差成本计算作为预测后的独立处理环节，导致预测模型与实际交易口径、偏差计算口径及结果输出要求之间衔接不足。因此，需要一种能够面向电力源荷价联动场景，对多源数据、时空关联、数据可获得性和交易口径进行统一处理的预测方法及系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于时空关联建模的电力源荷价联动预测方法及系统，以解决现有电力预测方法难以对源侧可用出力、荷侧负荷、电价及相关交易约束进行统一建模，且在多源数据发布时间、数据口径、规则版本和预测时刻可获得性不一致时容易影响预测结果可用性的问题，使预测过程能够面向电力源荷价联动场景形成连续、统一且可实施的预测结果。

2、为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来实现：

3、一方面，本发明提供了基于时空关联建模的电力源荷价联动预测方法，包括以下步骤：

4、步骤s1：获取电力运行及交易多源数据，所述电力运行及交易多源数据包括源侧可用出力数据、荷侧负荷数据、电价数据、气象数据、合约及规则数据；

5、步骤s2：按照预设交易时间粒度对所述电力运行及交易多源数据进行时间对齐，构建包含源侧节点、荷侧节点、电价节点、气象节点和规则节点的异构时空样本；

6、步骤s3：根据预测时刻的数据可获得性，对异构时空样本中的节点特征数据生成因果可用性标记，并根据合约及规则数据生成规则约束信息；

7、步骤s4：基于异构时空样本中不同节点之间的物理关联、气象传播关联、历史统计关联和约束关联，按关联类型确定具有方向标识和时间滞后量的候选关联关系，并基于因果可用性标记和机器可读规则约束信息对候选关联关系进行约束筛选，生成有效关联边集合，并由有效关联边集合形成随预测时刻变化的动态稀疏关联图；

8、步骤s5：按照动态稀疏关联图，对异构时空样本中的节点特征数据进行时空特征提取，得到节点时空隐状态；

9、步骤s6：根据节点时空隐状态、机器可读规则约束信息和因果可用性标记进行多任务概率预测，生成源侧可用出力概率预测结果、荷侧负荷概率预测结果和电价概率预测结果；经数据口径匹配后，根据荷侧负荷概率预测结果、电价概率预测结果、预测基准电量和机器可读规则约束信息生成偏差成本概率预测结果；根据源侧可用出力概率预测结果、荷侧负荷概率预测结果、电价概率预测结果和偏差成本概率预测结果生成机器可读的电力交易预测结果包。

10、优选地，所述获取电力运行及交易多源数据，通过以下方式进行：

11、获取源侧可用出力数据、荷侧负荷数据、电价数据、气象数据、合约及规则数据；

12、对源侧可用出力数据、荷侧负荷数据、电价数据、气象数据、合约及规则数据配置数据类别标识、数据来源标识、时间戳标识、市场分区标识、规则版本标识和数据可获得性属性；

13、基于数据类别标识、数据来源标识、时间戳标识、市场分区标识、规则版本标识和数据可获得性属性，形成带有时间对齐所需标识信息的电力运行及交易多源数据。

14、优选地，所述异构时空样本的构建包括：

15、按预设交易时间粒度，对电力运行及交易多源数据进行时间对齐，得到具有统一时间索引的节点特征数据；

16、根据源侧可用出力数据生成源侧节点，根据荷侧负荷数据生成荷侧节点，根据电价数据生成电价节点，根据气象数据生成气象节点，根据合约及规则数据生成规则节点；

17、为源侧节点、荷侧节点、电价节点、气象节点和规则节点配置节点类型标识、预测时刻标识、市场分区标识、规则版本标识和数据可获得性属性，形成异构时空样本。

18、优选地，所述生成因果可用性标记，并根据合约及规则数据生成规则约束信息，具体包括：

19、按预测时刻，将节点特征数据划分为预测时刻前可获得数据、运行日可获得数据和事后结算可获得数据；

20、依据预测时刻前可获得数据和运行日可获得数据生成因果可用性标记，并将事后结算可获得数据标记为推理阶段禁用数据；

21、从合约及规则数据中提取合约映射关系、结算聚合口径、偏差考核口径、数据可获得性限制、生效时间和规则版本号，生成规则约束信息；

22、在用于执行多任务概率预测的预测模型训练阶段，按历史预测时刻对应的数据可获得性属性，对历史节点特征数据生成与推理阶段一致的因果可用性标记，并根据因果可用性标记屏蔽历史预测时刻之后才发布的数据以及事后结算可获得数据。

23、优选地，所述候选关联关系的确定包括：

24、将物理关联、气象传播关联、历史统计关联和规则关联分别作为不同关联类型；

25、分别对不同关联类型生成无量纲候选关联因子，并根据数据质量状态、规则版本有效状态和预测时刻数据可获得性状态，对无量纲候选关联因子进行可信度校准，形成对应关联类型下的复合关联强度；

26、分别为不同关联类型配置方向标识和时间滞后量，时间滞后量按照对应关联类型的物理传播关系、气象传播关系、历史统计滞后关系或规则时间映射关系确定。

27、优选地，所述生成动态稀疏关联图，按如下规则确定有效关联边集合：

28、针对任一关联类型，根据对应的复合关联强度、方向标识、时间滞后量、因果可用性标记和规则约束信息，生成对应的有效关联边集合：

29、；

30、式中，表示预测时刻下的有效关联边集合；表示候选关联关系集合；和表示节点；表示关联类型；表示复合关联强度；表示节点类型组合在关联类型下的无量纲关联强度阈值；表示由方向标识、时间滞后量和预测时刻确定的关联类型约束函数；表示由因果可用性标记确定的预测时刻数据可获得性状态；表示由规则约束信息确定的交易口径一致状态；表示由预测时刻对应的规则约束信息确定的规则禁止状态；

31、其中，、、和均为二值状态函数；

32、当规则约束信息发生变化时，更新对应预测时刻的有效关联边集合；

33、根据有效关联边集合形成动态稀疏关联图。

34、优选地，所述时空特征提取的过程包括：

35、按照节点类型对异构时空样本中的节点特征数据进行类型适配投影，得到源侧节点表示、荷侧节点表示、电价节点表示、气象节点表示和规则节点表示；

36、按照动态稀疏关联图中的有效关联边，对源侧节点表示、荷侧节点表示、电价节点表示、气象节点表示和规则节点表示进行图邻域聚合，得到图约束节点表示；

37、按照预测时刻顺序对图约束节点表示进行时间特征编码，得到节点时空隐状态；

38、节点时空隐状态由源侧可用出力信息、荷侧负荷信息、电价信息、气象传播信息和规则约束信息生成。

39、优选地，所述多任务概率预测，按如下方式生成概率预测区间：

40、将由动态稀疏关联图约束得到的节点时空隐状态分别输入源侧可用出力任务、荷侧负荷任务和电价任务对应的预测分支；

41、电价任务包括日前电价任务和实时电价任务；

42、各预测分支基于节点时空隐状态生成对应预测任务的概率预测区间：

43、；

44、式中，表示节点在预测时刻下第类预测任务的概率预测区间；表示预测任务类型，预测任务类型包括源侧可用出力任务、荷侧负荷任务和电价任务；表示第类预测任务对应的预测分支；表示由动态稀疏关联图约束得到的节点在预测时刻的节点时空隐状态；表示预测时刻对应的规则约束信息；表示由因果可用性标记形成的预测时刻数据可获得性状态集合；

45、概率预测区间包括预测任务的中位数预测值、上分位预测值和下分位预测值，上分位预测值和下分位预测值分别由预测任务目标空间中的非负分位扩展量相对于中位数预测值生成。

46、优选地，生成偏差成本概率预测结果和机器可读的电力交易预测结果包时，包括：

47、将电价概率预测结果划分为日前电价概率预测结果和实时电价概率预测结果，并根据机器可读规则约束信息中的电量映射关系、数据聚合口径、偏差量计算口径和约束版本号，对荷侧负荷概率预测结果、日前电价概率预测结果、实时电价概率预测结果以及预测基准电量进行同一预设交易时间粒度下的数据口径匹配；

48、基于口径匹配后的荷侧负荷概率预测结果、日前电价概率预测结果、实时电价概率预测结果和预测基准电量，构建源荷价分位组合集合，所述源荷价分位组合集合中的每一分位组合包括荷侧负荷预测分位点、实时电价预测分位点和日前电价预测分位点；

49、针对源荷价分位组合集合中的每一分位组合，根据预测基准电量与分位组合对应的荷侧负荷预测电量之间的差值确定预测电量偏差，根据分位组合对应的实时电价预测值与日前电价预测值之间的差值确定价差，并根据预测电量偏差与价差的乘积绝对值确定偏差成本候选值；

50、根据各分位组合下的偏差成本候选值以及对应的源荷价联动权重，按照如下公式生成偏差成本目标分位点下的偏差成本预测值：

51、；

52、式中，表示市场分区在预测时刻及偏差成本目标分位点下的偏差成本预测值；表示市场分区在预测时刻下的源荷价分位组合集合；表示所述源荷价分位组合集合中的任一分位组合；表示分位组合下的偏差成本候选值；表示分位组合下的源荷价联动权重；表示加权分位算子，所述加权分位算子根据偏差成本候选值及对应源荷价联动权重确定偏差成本目标分位点下的偏差成本预测值；

53、所述源荷价联动权重为非负归一化权重，所述源荷价联动权重由动态稀疏关联图中的源侧节点、荷侧节点和电价节点之间的有效关联状态、机器可读规则约束信息以及预测时刻的数据可获得性状态确定；

54、根据多个偏差成本目标分位点下的偏差成本预测值形成偏差成本概率预测结果，并根据源侧可用出力概率预测结果、荷侧负荷概率预测结果、电价概率预测结果和偏差成本概率预测结果生成机器可读的电力交易预测结果包。

55、另一方面，本发明还提供了基于时空关联建模的电力源荷价联动预测系统，应用于如上所述的基于时空关联建模的电力源荷价联动预测方法，包括：

56、数据获取模块，用于获取电力运行及交易多源数据，电力运行及交易多源数据包括源侧可用出力数据、荷侧负荷数据、电价数据、气象数据、合约及规则数据；

57、异构时空样本构建模块，用于按照预设交易时间粒度对电力运行及交易多源数据进行时间对齐，构建包含源侧节点、荷侧节点、电价节点、气象节点和规则节点的异构时空样本；

58、约束信息生成模块，用于根据预测时刻的数据可获得性，对异构时空样本中的节点特征数据生成因果可用性标记，并根据合约及规则数据生成机器可读规则约束信息；

59、动态稀疏关联图生成模块，用于基于异构时空样本中不同节点之间的物理关联、气象传播关联、历史统计关联和约束关联，按关联类型确定具有方向标识和时间滞后量的候选关联关系，并基于因果可用性标记和机器可读规则约束信息对候选关联关系进行约束筛选，生成有效关联边集合，并由有效关联边集合形成随预测时刻变化的动态稀疏关联图；

60、时空特征提取模块，用于按照动态稀疏关联图，对异构时空样本中的节点特征数据进行时空特征提取，得到节点时空隐状态；

61、预测结果生成模块，用于根据节点时空隐状态、机器可读规则约束信息和因果可用性标记进行多任务概率预测，生成源侧可用出力概率预测结果、荷侧负荷概率预测结果和电价概率预测结果；经数据口径匹配后，根据荷侧负荷概率预测结果、电价概率预测结果、预测基准电量和机器可读规则约束信息生成偏差成本概率预测结果；根据源侧可用出力概率预测结果、荷侧负荷概率预测结果、电价概率预测结果和偏差成本概率预测结果生成机器可读的电力交易预测结果包。

62、本发明的有益效果是：本发明将源侧可用出力数据、荷侧负荷数据、电价数据、气象数据以及合约及规则数据统一到预设交易时间粒度下进行处理，并构建用于源荷价联动预测的异构时空样本，能够减少多源数据在时间粒度、市场分区和数据口径不一致时对预测建模造成的影响，使源侧、荷侧、电价、气象及规则相关数据能够在统一的数据基础上参与后续预测计算。

63、本发明根据预测时刻的数据可获得性生成因果可用性标记，并结合规则约束信息对候选关联关系进行约束筛选，使动态稀疏关联图能够随预测时刻、数据可获得状态和规则条件变化而更新，从而降低预测时刻之后数据、事后确认数据以及不一致口径数据参与建模的风险，提高训练过程与实际预测过程之间的数据一致性。

64、本发明基于动态稀疏关联图进行时空特征提取，并结合节点时空隐状态、规则约束信息和因果可用性标记进行多任务概率预测，能够在同一预测框架下生成源侧可用出力、荷侧负荷、电价和偏差成本相关预测结果；同时通过数据口径匹配生成偏差成本概率预测结果，使机器可读的电力交易预测结果包能够反映源荷价联动关系以及偏差成本变化情况，提高预测结果的数据一致性、输出完整性和工程可实施性。