电力负荷问题的时间序列分析

机器算法验证 时间序列 预测 季节性 多重季节性
2022-04-12 02:59:48

我有跨越 8 个月的每小时电力负荷 (MW) 数据(即 5760 个数据点)。我也有来自同一时期的回归模型的预测。我的目标是:

  1. 检查时间序列的某些属性(平稳性、季节性、趋势)
  2. 评估回归模型的性能。

为了检查时间序列是否平稳,我使用了 Dickey-Fuller 检验。测试结果如下:

Test Statistic                                                          -3.85795
p-value                                                               0.00236705
#Lags Used                                                                    34
Number of Observations Used                                                 5725
Critical Values                {'5%': -2.86204498529, '1%': -3.43149274838,...

由于检验统计量超出临界值,因此拒绝检验的原假设(即时间序列是非平稳的)似乎是安全的。我还绘制了 ACF 值。我使用了高达 T/4(即 1400)的延迟,我不确定这是否有意义。该图如下所示: 在此处输入图像描述

最后,显示了一个残差图:

在此处输入图像描述

该图似乎没有表明方差相等假设的问题。

我的问题是:

  1. 是否可以从 ACF 图得出任何结论,这是正确的方法吗(即使用完整的时间序列和高达 1400 的延迟,或者是否可以使用该序列的子集执行测试)?

  2. ACF 图中的发现是否以任何方式与 Dickey-Fuller 检验的结果相矛盾或加强?

  3. 分析此类时间序列数据的“正确”方法是什么?

1个回答

电力负荷通常表现出日内季节性,以及周内季节性(周末与工作日的电力需求模式不同),加上年度季节性(冬季取暖的高功率需求,夏季空调的高功率需求)。加上时移的假期。

我想说你的 ACF 和 Dickey-Fuller 完全符合这些季节性。(很难在您的 ACF 图中看到它,但我假设峰值是 24 的倍数?)

无论如何,这些季节性对于电力需求是如此典型和普遍,老实说,我不会对诊断检查这些太感兴趣。在考虑了这些季节性因素后,我会对 (P) ACF 和残差测试更感兴趣。

也就是说,从观察开始yt,您将创建一个模型来解释多个季节性并产生样本内拟合y~t. 如果这个模型真正捕捉到了完整的季节性模式,那么残差yty~t不应表现出任何剩余的季节性 - 然后您可以通过对这些残差应用 (P)ACF 和统计测试来进行测试。(更准确地说,产生的模型y~t还应该捕捉趋势和其他非平稳性来源——但多重季节性通常是可解释变化的最强来源,这就是我专注于它们的原因。)

至于如何处理和预测电力负荷,这是一个活跃的研究课题。谷歌搜索“电力负荷预测”和类似内容将产生相当多的相关点击,例如Cho 等人。(2013 年,日本航空航天局最重要的一点当然是捕捉重叠的季节性,正如Taylor (2003, JORS )所做的那样。您还可以浏览我们之前关于多种季节性模式的问题。

最后,Weron (2014, IJF )是最近对电价预测的综述,这当然不同于负荷预测,但可能会有所启发。

编辑:我刚读了Hong & Fan (2016, International Journal of Forecasting ),这可能是关于电力负荷预测的最好的评论。非常推荐,确实。当然,陶红的任何东西,我说的都是这个领域的顶级专家。