مدل سازی در مهندسی

مدل سازی در مهندسی

پیش‌بینی بار سیستمهای قدرت الکتریکی با استفاده از روش یادگیری عمیق و به کار گیری یک چارچوب ترکیبی از مدل‌سازی رفتار مصرف‌کننده و همترازی زمانی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشگاه سمنان
2 دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران
10.22075/jme.2026.40905.2997
چکیده
افزایش نفوذ منابع انرژی تجدیدپذیر، به‌ویژه نیروگاه‌های خورشیدی و بادی، همراه با گسترش بارهای انعطاف‌پذیر و برنامه‌های پاسخ‌گویی بار، موجب افزایش عدم قطعیت در الگوی مصرف برق و پیچیده‌تر شدن مسئله پیش‌بینی بار شده است. در بسیاری از روش‌های متداول پیش‌بینی بار، اثرات عوامل محیطی، رفتار مصرف‌کنندگان و پاسخ بار به‌صورت یکپارچه در مدل لحاظ می‌شوند؛ چنین رویکردی امکان تفکیک نقش هر مؤلفه در شکل‌گیری الگوی بار را محدود کرده و سبب کاهش دقت می‌شود. در این مقاله، یک چارچوب ترکیبی برای پیش‌بینی بار ارائه می‌شود به‌طوری که در گام نخست، به‌منظور کاهش اثر عوامل محیطی، روش هم‌ترازی زمانی طلوع و غروب خورشید معرفی می‌شود. سپس بار پایه به کمک یک مدل اقتصادی مبتنی بر توابع مطلوبیت استخراج شده و با استفاده از شبکه عصبی حافظه بلند کوتاه‌مدت (LSTM) پیش‌بینی می‌شود. در ادامه، مجدداً از طریق مدل اقتصادی مبتنی بر توابع مطلوبیت، پاسخ بار محاسبه شده و بار نهایی از ترکیب بار پایه پیش‌بینی‌شده و مؤلفه پاسخ بار به دست می‌آید. ارزیابی روش پیشنهادی بر اساس داده‌های واقعی نشان می‌دهد که چارچوب ارائه‌شده در مقایسه با پیش‌بینی مستقیم بار، عملکرد دقیقی ارائه داده و مقدار خطای میانگین قدرمطلق درصدی (MAPE) را به کمتر از ۱۵.۶۴٪ کاهش می‌دهد. نتایج بیانگر آن است که روش پیشنهادی می‌تواند به‌عنوان ابزاری مؤثر برای تحلیل رفتار بار و پشتیبانی از تصمیم‌گیری در بهره‌برداری از سیستم‌های قدرت و بازارهای برق مبتنی بر پاسخ‌گویی بار مورداستفاده قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Load Forecasting in Electric Power Systems Using Deep Learning with a Hybrid Framework Incorporating Consumer Behavior Modeling and Sunrise–Sunset Alignment

نویسندگان English

rkeypour rkeypour 1
vahid shirzadiraj 2
1 Semnan University
2 Faculty of Electrical and Computer Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
چکیده English

The increasing penetration of renewable energy sources, particularly solar and wind power, along with the growing deployment of flexible loads and demand response programs, has introduced greater uncertainty into electricity consumption patterns and made load forecasting more challenging. In many conventional forecasting approaches, environmental factors, consumer behavior, and demand response effects are incorporated into a single integrated model. Such an approach limits the ability to distinguish the contribution of each component to the overall load pattern and may reduce forecasting accuracy.This paper proposes a hybrid framework for load forecasting that explicitly separates these components. First, to mitigate temporal shifts in load patterns caused by seasonal variations, a temporal alignment method is applied in which the sunrise and sunset times of all days of the year are mapped to a reference day. Next, the base load component is extracted and forecast using a Long Short‑Term Memory (LSTM) neural network. The effect of price signals is then modeled through an economic framework based on utility functions to estimate demand response behavior. The final load forecast is obtained by combining the predicted base load with the price-responsive component. Evaluation using real-world data shows that the proposed framework improves forecasting accuracy compared with direct total load prediction, reducing the Mean Absolute Percentage Error (MAPE) to below 7.3%. The results demonstrate the effectiveness of the proposed approach for load behavior analysis and decision support in power system operation and demand response–enabled electricity markets.

کلیدواژه‌ها English

"Demand Response"
"Consumer Behavior Modeling"
"Utility Function"
"Base Load Forecasting"
"Sunrise–Sunset Alignment Index"
"LSTM Neural Network"

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 05 آبان 1405

  • تاریخ دریافت 26 فروردین 1405
  • تاریخ بازنگری 25 خرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 29 شهریور 1405