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electricity-forecasting电力负荷预测

Comprehensive electricity load and demand forecasting framework. Supports statistical methods (ARIMA, SARIMA), machine learning (XGBoost, LightGBM, Random Forest), and deep learning (LSTM, GRU, Transformer, TFT). Use when building short-term load forecasting (STLF) systems, predicting electricity demand for energy trading, analyzing consumption patterns, integrating weather features, evaluating forecasts with MAPE/RMSE/MAE, or deploying production pipelines with uncertainty quantification.

作者: admin | 来源: ClawHub
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ClawHub
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electricity-forecasting

电力负荷预测框架

概述

本技能为电力负荷/需求预测项目提供端到端支持,涵盖从数据预处理到模型部署的全流程。包括传统统计方法、现代机器学习方法以及最先进的深度学习架构。

快速开始

1. 定义预测任务

预测周期类型典型用途
1-48小时短期预测电网运行、机组组合
1周-1个月
中期预测 | 维护排程、燃料规划 | | 1-12个月 | 长期预测 | 容量规划、基础设施投资 |

2. 准备数据

bash

运行数据准备脚本


python scripts/preparedata.py --input rawload.csv --output processed/

所需数据列:

  • - timestamp:时间戳索引(小时级或更细粒度)
  • load:目标变量(MW或kWh)
  • temperature:天气特征(°C)
  • 可选:湿度、风速、太阳辐射、节假日标志

3. 选择模型

详细指导请参见 references/model-selection.md

快速推荐:

  • - 基线模型:从持久性模型或季节性朴素模型开始
  • 生产环境短期预测:使用带天气特征的XGBoost或LightGBM
  • 研究/最新技术:尝试时序融合变换器(TFT)或iTransformer

4. 训练与评估

bash
python scripts/train_model.py --model xgboost --data processed/ --horizon 24

关键跟踪指标:

  • - MAPE(%):平均绝对百分比误差 - 业务可解释性
  • RMSE(MW):均方根误差 - 惩罚大误差
  • MAE(MW):平均绝对误差 - 对异常值鲁棒
  • 覆盖率(%):预测区间覆盖概率

核心工作流

数据预处理

  1. 1. 加载原始数据,正确解析日期时间
  2. 处理缺失值:短间隔用前向填充,较长间隔用插值
  3. 特征工程
- 时间特征:小时、星期几、月份、是否周末、是否节假日 - 滞后特征:loadt-1、loadt-24、load_t-168(周) - 滚动统计:rollingmean24h、rollingstd7d - 天气特征:温度、湿度、体感温度
  1. 4. 归一化:深度学习模型使用RobustScaler或MinMaxScaler

完整特征列表请参见 references/feature-engineering.md

模型训练

python

训练工作流示例


from electricity_forecasting import ForecastPipeline

pipeline = ForecastPipeline(
model_type=xgboost,
horizon=24,
lookback=168 # 1周历史数据
)

pipeline.fit(traindata, valdata)
predictions, uncertainty = pipeline.predict(test_data)
metrics = pipeline.evaluate(predictions, actuals)

超参数调优

使用 scripts/hyperparameter_search.py 进行自动调优:

bash
python scripts/hyperparameter_search.py \
--model lightgbm \
--data processed/ \
--n-trials 50 \
--study-name stlf-tuning

不确定性量化

用于风险感知决策:

  • - 分位数回归:预测多个分位数(0.1、0.5、0.9)
  • 共形预测:无分布假设的不确定性边界
  • 集成方法:模型分歧作为不确定性代理
  • 蒙特卡洛Dropout:用于神经网络

实现细节请参见 references/uncertainty.md

模型参考

统计模型

模型最佳适用场景优点缺点
ARIMA稳定序列可解释、快速假设线性关系
SARIMA
强季节性 | 捕捉日/周模式 | 手动参数调优 | | Prophet | 多重季节性 | 良好处理节假日 | 短期预测精度较低 | | TBATS | 复杂季节性 | 自动参数选择 | 训练较慢 |

机器学习模型

模型最佳适用场景优点缺点
XGBoost生产环境短期预测快速、准确、处理缺失值无原生不确定性
LightGBM
大数据集 | 比XGBoost更快、内存高效 | 对超参数敏感 | | 随机森林 | 基线机器学习 | 鲁棒、易于调优 | 精度低于提升方法 | | CatBoost | 类别特征 | 原生处理类别特征 | 训练较慢 |

深度学习模型

模型最佳适用场景优点缺点
LSTM序列模式捕捉长期依赖训练慢、难以调优
GRU
类似LSTM | 收敛更快 | 类似局限性 | | Transformer | 长序列 | 并行训练、注意力机制 | 数据需求大、复杂 | | TFT | 多周期预测 | 可解释注意力、不确定性 | 实现复杂 | | N-BEATS | 纯深度学习 | 强基线、可解释 | 灵活性低于TFT | | iTransformer | 最新技术性能 | 倒置Transformer架构 | 较新、测试不足 |

架构细节和PyTorch实现请参见 references/deep-learning-models.md

评估最佳实践

时间序列交叉验证

切勿使用随机k折!使用扩展窗口或滑动窗口:

python

扩展窗口交叉验证


from sklearn.model_selection import TimeSeriesSplit

tscv = TimeSeriesSplit(nsplits=5, testsize=168) # 1周测试
for trainidx, testidx in tscv.split(data):
train, test = data[trainidx], data[testidx]
# 训练和评估

回测框架

bash
python scripts/backtest.py \
--model xgboost \
--data processed/ \
--cv-splits 5 \
--horizon 24 \
--metrics mape,rmse,mae

基准对比

始终对比:

  1. 1. 持久性模型:loadt = loadt-1
  2. 季节性朴素模型:loadt = loadt-24(小时级数据)
  3. 周朴素模型:loadt = loadt-168

部署

生产流水线

  1. 1. 模型序列化:使用joblib或ONNX保存
  2. 特征流水线:确保推理时预处理一致
  3. 调度:使用Cron或Airflow进行自动预测
  4. 监控:跟踪预测漂移和重训练触发条件

MLOps模式请参见 references/deployment.md

实时推理

python
from electricity_forecasting import DeploymentModel

model = DeploymentModel.load(models/xgboost-stlf.joblib)
features = preparefeatures(latestdata)
prediction = model.predict(features, return_uncertainty=True)

常见陷阱

  1. 1. 数据泄露:确保特征中不含未来信息
  2. 节假日处理:特殊日期需要显式建模
  3. 温度非线性:使用供暖/制冷度日数
  4. 概念漂移:每季度或MAPE退化超过20%时重新训练
  5. 峰值预测:模型常低估峰值 - 考虑分位数损失

资源

脚本

脚本用途
scripts/preparedata.py数据清洗和特征工程
scripts/trainmodel.py
带验证的模型训练 | | scripts/hyperparameter_search.py | 自动超参数优化 | | scripts/backtest.py | 时间序列交叉验证 | | scripts/evaluate.py | 综合指标计算 | | scripts/deploy_model.py | 导出模型用于生产 |

使用示例

bash

完整工作流示例


1. 准备数据


python scripts/preparedata.py --input data/load2024.csv --output data/processed/

2. 训练模型

python scripts/train_model.py --model lightgbm --data data/processed/ --horizon 48

3. 超参数调优

python scripts/hyperparameter_search.py --model lightgbm --data data/processed/ --

标签

skill ai

通过对话安装

该技能支持在以下平台通过对话安装:

OpenClaw WorkBuddy QClaw Kimi Claude

方式一:安装 SkillHub 和技能

帮我安装 SkillHub 和 electricity-forecasting-framework-1775873403 技能

方式二:设置 SkillHub 为优先技能安装源

设置 SkillHub 为我的优先技能安装源,然后帮我安装 electricity-forecasting-framework-1775873403 技能

通过命令行安装

skillhub install electricity-forecasting-framework-1775873403

下载

⬇ 下载 electricity-forecasting v1.0.0(免费)

文件大小: 54.89 KB | 发布时间: 2026-4-12 09:50

v1.0.0 最新 2026-4-12 09:50
- Initial release of a comprehensive electricity load and demand forecasting framework.
- Supports statistical (ARIMA, SARIMA), machine learning (XGBoost, LightGBM, Random Forest), and deep learning models (LSTM, GRU, Transformer, TFT).
- Includes tools for data preparation, feature engineering, training, evaluation, backtesting, and deployment.
- Provides built-in uncertainty quantification and clear best practices for time series validation and benchmarking.
- Detailed documentation and scripts provided for end-to-end forecasting pipelines.

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