基于人工神经网络的能耗预测与优化设计

上海船舶运输科学研究所学报JOURNAL OFSHANGHAISHIP AND SHIPPING RESEARCHINSTITUTE Vol42No2 Jun201942220196文章编号#674-5949(2019)02-0034-04基于人工神经网络的实船航行主机能耗预估自学习模型张炭飞，李荣宗，文逸彦，乔继潘(上海船舶运输科学研究所航运技术与安全国家重点实验室，上海200135)摘要：为准确预报船舶在风浪条件下的燃油消耗情况，减少船舶的能量损耗，降低船舶的营运成本，针对智能船舶航行优化和航行节能的实际要求，利用人工神经网络算法设计一种实船航行主机能耗预估模型。

以某万箱级集装箱船为研究对象，参考ISO2012实船试航功率修正法，通过人工神经网络算法学习合理的实船航行数据，建立适应该集装箱船的主机能耗预估模型。

将该模型预估的数据与实船采集的数据相对比，验证预估模型的准确性。

结果表明，该能耗预估模型可提供合理的船舶航行能耗预估°关键词：能耗模型；人工神经网络；船舶能耗管理;实船测试中图分类号：U675.79文献标志码:ASelf-Learning Artificial Neural Network Model for Pre-Estimating ShipEnergy Consumption for a VoyageZHANG Yanfei$LI Rongzong$WEN Yiyan$QIAO Jipan(State Key Laboratory of Navigation and Safety Technology,Shanghai Ship and ShippingResearch Institute,Shanghai200135,China)Abstract:The model based on artificial neural network algorithm is designed for the intelligent energy efficiency management of ships,aimingatprecisepre-estimationoffuelconsumptionto meetthedemandofcostreduction.The modelissetupand trained withthedatafroma10000ETUcontainership,correctedaccordingtotheshipspeedcorrection methodforseatrial publishedbyISOin2012.Theanalysiscarriedoutwithestimateddatacomparedtorealdatagainedfromavoyageshowsthat themethodisrationalinachievingthemoreprecisepre-estimation.Key words:energy consumption model；artificial neural network；ship energy efficiency management；full scale ship test0引言海洋运输是国际货物运输的重要方式，海洋货物运输量占世界货物运输总量的80%以上，我国90%以上的国际货物运输都是通过海洋运输完成的。

能源管理系统中的能耗预测方法及使用注意事项一、引言能源管理系统（Energy Management System，EMS）是为有效地控制和管理能源资源而设计的系统。

能耗预测是能源管理系统中的重要环节，通过对未来一段时间内的能耗进行预测，可以帮助企业制定合理的能源使用计划，提高能源利用效率，降低能源成本。

本文将介绍能耗预测的常用方法，以及在使用能源管理系统时的注意事项。

二、能耗预测的方法1. 基于统计模型的预测方法基于统计模型的能耗预测方法使用历史能耗数据进行建模，并通过统计分析来预测未来的能耗。

常用的统计模型包括ARIMA模型、灰色模型和回归模型等。

这些模型可以根据实际情况选择合适的变量和参数，进行能耗的预测。

2. 基于机器学习的预测方法基于机器学习的能耗预测方法通过训练模型来学习历史能耗数据中的模式和规律，并使用学习到的模型来进行未来能耗的预测。

常用的机器学习方法包括支持向量机（SVM）、人工神经网络（ANN）和随机森林等。

这些方法可以根据数据的特征选择合适的算法，并通过不断调整模型参数来提高预测的准确性。

3. 基于物理模型的预测方法基于物理模型的能耗预测方法通过对能源系统的建模，使用物理方程和实验数据来进行能耗的预测。

这种方法需要对能源系统的结构和参数有深入的了解，并进行系统的建模和模拟。

物理模型可以提供较为精确的能耗预测，但对于复杂的能源系统来说，建模和参数调整的难度较大。

三、能源管理系统的使用注意事项1. 数据质量的保证能耗预测的准确性与输入数据的质量密切相关。

在使用能源管理系统进行能耗预测时，需要确保能耗数据的准确性和完整性。

数据采集设备和传感器的运行稳定性和准确性对数据的质量有重要影响，需要定期检测和维护。

2. 模型的选择和参数的调整在进行能耗预测时，需要根据实际情况选择合适的预测模型，并进行模型的参数调整。

不同的模型适用于不同的能耗数据特征，所以需要根据实际情况选择合适的模型和算法，并对模型进行参数的优化和调整，以提高预测的准确性。

人工神经网络预测模型在能耗预测中的应用随着能源消费量的不断增加，人们越来越关注如何合理利用能源和降低能源消耗。

在此背景下，如何准确预测能源消费量，成为了能源管理和优化的重要课题之一。

而人工神经网络预测模型，正是在这个领域中被广泛应用的一种技术。

一、人工神经网络基本原理人工神经网络是一种模仿生物神经网络的数学模型。

它由大量基本处理单元（人工神经元）和它们之间相互连接所组成。

神经元之间的连接权重及阈值值决定了神经元之间的信息传递及处理方式，从而形成特定的信息处理体系。

人工神经网络通过对数据的学习和调整，可以实现诸如分类、识别、预测等多种功能。

二、人工神经网络在能耗预测中的应用在能耗预测中，我们通常可以采集到历史能耗数据，以及影响能耗的相关因素如室内外温度、湿度、用电负荷等数据。

我们可以将这些数据作为输入，训练一个人工神经网络模型，从而实现对未来能耗的预测。

通常来说，能源设备的运行模式及能量消耗与环境温度、湿度等因素密切相关。

因此，我们可以将相关因素作为神经网络的输入层，能耗作为输出层。

通过对历史数据进行训练，神经网络可以自行调整神经元的权重和阈值值，从而得到一个预测模型。

三、人工神经网络预测模型的优点相对于其他方法，人工神经网络模型在能耗预测中具有以下优点：1、适用性广：能够正常工作并具有较好的预测效果，无论是在小规模的预测，还是大规模的预测中都有一定的优势。

2、预测精度高：通过神经元之间相互连接和相互作用进行数据的学习和训练，可以提高预测精度。

3、可迭代和在线更新：人工神经网络的优点之一是可以进行在线学习，及时更新数据，适应新的变化。

四、总结能耗的预测对于现代社会的能源管理和优化至关重要。

人工神经网络预测模型在此领域中被广泛应用，并已经发挥其预测精度高、可迭代和在线更新的优势。

同时，在实践过程中我们也需要注意数据的准备和模型的优化，以提高预测效果。

预测模型的应用还有很大的空间和发展，能源管理者需要对此保持敏锐的观察和前瞻性的思考。

基于神经网络的智能楼宇能耗预测模型研究随着人工智能技术的不断进步，智能楼宇系统已经成为了现代城市建设的重要一环。

而对于智能楼宇能耗的预测，是实现能源可持续性管理的关键步骤。

而基于神经网络的智能楼宇能耗预测模型，则成为了这一领域内的热点研究方向。

一、神经网络模型神经网络是一种模拟人脑功能的算法，它的基本原理是通过模拟大量神经元之间的相互作用，来实现对数据的处理和学习。

在智能楼宇能耗预测的应用中，我们可以将楼宇内各种载荷的数据作为输入，通过神经网络模型来预测未来的能耗。

在神经网络模型中，最常用的是前馈神经网络（Feedforward Neural Network, FNN）和循环神经网络（Recurrent Neural Network, RNN）。

前者是一种基于多层感知器的模型结构，可以根据输入和输出数据，通过多个隐含层的变换，最终得到预测结果。

而后者则是一种可以处理时间序列数据的模型，能够对过去及当前数据的状态进行记忆，进而预测未来状态。

二、智能楼宇能耗预测模型基于神经网络的智能楼宇能耗预测模型，通常包括数据采集、预处理、特征提取、建立神经网络模型和模型训练、预测与评估等步骤。

（一）数据采集与预处理：该步骤通常包括数据获取、数据清洗、异常值处理等。

在智能楼宇场景中，可以通过传感器等设备采集多种载荷数据，如温度、湿度、光照、风速等，作为输入数据。

在预处理阶段，需要对数据进行去噪、归一化等处理，以保证模型的准确性和稳定性。

（二）特征提取：该步骤的主要目的是通过分析数据的特点，提取与能耗相关的特征。

在智能楼宇场景中，特征通常包括时间、季节、人数、天气等因素，同时考虑到楼宇内各种载荷设备的特点和相关性，进行深度特征提取。

（三）建立神经网络模型：在建立神经网络模型时，需要确定模型的结构和参数，通常包括选择网络类别、确定网络层数和节点数、激活函数等。

同时，还需要选择合适的损失函数和优化器，以评估模型的性能和训练模型的速度。

基于改进BP神经网络的钢铁企业能耗分析摘要：BP神经网络是神经网络算法中应用最广泛的一种，而节能减排相关的话题又是近年来社会关注的焦点。

文章以我国大型钢铁生产企业的吨钢综合能耗为研究对象，利用附加动量的BP神经网络的预测功能，对十二五期间的大型钢铁企业能耗进行预测。

得到了2015年相应的预测值，并对这些预测值进行了分析。

关键词：BP神经网络；大型钢铁企业；能耗；预测0 引言近年来，以煤炭为主的能源结构导致了一系列的气候问题和能源问题，例如温室效应和能源短缺现象。

针对这些问题，节能减排、创造低碳经济的理念应运而生钢铁工业不仅是国民经济的重要组成部分，更是节能减排潜力很大的行业。

2009年3月，国务院办公厅下发了《钢铁产业调整和振兴规划》，该文件明确提出了钢铁企业近期内的减排目标。

针对国家出台的相关政策，能耗预测就显得至关重要。

因为预测可以使我们提前了解相关信息并采取相应的对策，以引导或防止该结果的发生。

在预测方法中，神经网络是目前较为流行的一种。

学术界对人工神经网络的定义为：基于模仿生物大脑的结构和功能而构成的一种信息处理系统或计算机，简称神经网络，简写为ANN(Artificial Neural Network)[1]。

它是一种平行分散处理模式,具有容错能力,对数据的分布要求不严格,最可贵的是它具有学习能力,可随时依据新准备数据资料进行自我学习、训练,调整其内部的储存权重参数以对应多变的经济环境[2]。

本文的研究工作，主要是利用人工神经网络中应用最广泛的BP神经网络算法，对大型钢铁企业的能耗相关指标进行预测，以预测其在现行状态下十二五期间的变化趋势。

1 BP神经网络算法介绍1.1传统BP算法1.1.1 算法简介BP神经网络(Back Propagation)作用原理为信号前向传播，误差反向传播。

其学习过程为有监督的学习[3]。

BP神经网络中每一个神经元的工作原理如下图1-1所示：P为输入向量，w为向量中每一个分量对应的权值组成的向量，b为输入的偏差[1]。

基于深度学习的能源消耗预测与优化研究在当今社会，能源消耗与环境问题已成为人们关注的焦点。

随着科技的不断进步和社会的发展，能源消耗预测与优化研究越来越受到重视。

基于深度学习的能源消耗预测与优化研究，是一种有效的方式，可以帮助人们更好地理解和管理能源使用，实现能源消耗的可持续发展。

一、能源消耗预测的重要性能源消耗预测在现代社会中扮演着重要的角色。

通过对能源消耗进行预测，可以更好地规划能源资源的利用，提高能源利用效率，减少能源浪费，保护环境。

基于深度学习的能源消耗预测方法，能够利用大量的数据进行分析和预测，提高预测的准确性和稳定性。

这对于降低能源消耗、优化能源结构、保护环境具有重要意义。

二、深度学习在能源消耗预测中的应用深度学习是人工智能领域的一个重要分支，具有强大的数据处理和学习能力。

在能源消耗预测领域，深度学习可以通过构建复杂的神经网络模型，从大量的数据中学习能源消耗的规律和趋势，实现准确的消耗预测。

与传统的统计方法相比，深度学习能够更好地应对数据的复杂性和不确定性，具有更高的预测精度和泛化能力。

因此，基于深度学习的能源消耗预测方法在实际应用中表现出色，受到广泛关注。

三、能源消耗优化的挑战与机遇除了能源消耗的预测，能源消耗的优化同样重要。

能源消耗优化是指通过合理的管理和控制，降低能源消耗的过程。

对于不同的能源系统和环境场景，如何实现最优的能源消耗配置，是一个复杂的问题。

基于深度学习的能源消耗优化研究，可以通过建立适应性强、智能化的优化模型，实现对能源消耗的精准控制和优化调节。

这为提高能源利用效率、减少资源浪费提供了新的机遇和挑战。

四、深度学习在能源消耗优化中的应用在能源消耗优化中，深度学习同样发挥着重要作用。

基于深度学习的智能优化算法，可以通过模拟人类的思维方式和决策过程，实现对能源消耗的智能化管理和优化。

深度学习算法的强大学习能力和自适应性，使其能够适应不同环境下的能源消耗优化问题，提高优化效果和效率。

基于人工神经网络的风电功率预测一、本文概述随着全球能源结构的转变，风能作为一种清洁、可再生的能源形式，其开发和利用越来越受到人们的关注。

风电功率预测作为风电场运营和管理的重要环节，对于提高风电利用效率、保障电网安全稳定运行具有重要意义。

近年来，随着人工神经网络技术的快速发展，其在风电功率预测中的应用也逐渐展现出巨大的潜力和优势。

本文旨在探讨基于人工神经网络的风电功率预测方法。

我们将简要介绍风电功率预测的背景和重要性，以及传统预测方法存在的局限性和挑战。

接着，我们将重点阐述人工神经网络的基本原理和常用模型，包括前馈神经网络、循环神经网络等，并分析其在风电功率预测中的适用性。

我们还将探讨如何选择合适的神经网络模型、构建高效的预测模型以及优化预测结果等问题。

通过本文的研究，我们期望能够为风电功率预测提供一种基于人工神经网络的新的解决方案，为提高风电利用效率、促进风电产业的可持续发展提供有益参考。

我们也希望本文的研究能够为其他领域的相关研究提供一定的借鉴和启示。

二、风电功率预测基础知识风电功率预测是风电场运营和电力系统调度中的重要环节，其准确性和稳定性对于提高风电在电力系统中的渗透率、减少风电对电网的冲击以及保障电力系统的安全经济运行具有重要意义。

风电功率预测主要基于气象学、空气动力学、风电场运行特性等多学科的知识，并借助现代计算技术和数据分析方法来实现。

风电功率预测的基本原理是利用风电机组所在地区的气象信息（如风速、风向、气温、气压等），结合风电机组的自身特性（如风电机组的功率曲线、切入风速、切出风速等），通过一定的数学模型或算法，预测出风电机组在未来一段时间内的发电功率。

预测的时间尺度可以根据实际需要分为短期预测（如几小时到一天）、中期预测（如几天到一周）和长期预测（如一个月到一年）。

在风电功率预测中，气象信息的获取和处理是关键。

一方面，需要高精度的气象观测数据来反映风电场所在地的实际气象状况；另一方面，还需要通过气象预报模型来预测未来的气象变化，为风电功率预测提供输入数据。

基于人工神经网络和模糊控制的燃料电池系统建模与优化燃料电池技术作为一种清洁能源的解决方案，被广泛应用于汽车、航空航天、能源等领域。

为了实现燃料电池系统的高效运行和优化控制，人工神经网络和模糊控制被引入到燃料电池系统的建模与优化中。

本文将重点介绍基于人工神经网络和模糊控制的燃料电池系统建模与优化的研究进展。

首先，我们来了解一下燃料电池系统。

燃料电池系统是一种将燃料（如氢气、甲醇等）与氧气进行反应产生电能的装置。

它由燃料电池堆、氢气储存装置、氧气供给装置、冷却系统等部分组成。

燃料电池系统具有高能量转化效率、零排放、低噪音等优点，因此备受关注。

接下来，我们将重点介绍人工神经网络在燃料电池系统建模中的应用。

人工神经网络是一种仿生学的数学模型，能够模拟和处理类似人脑神经元之间的连接和传输关系。

在燃料电池系统中，人工神经网络可以通过学习实际运行数据和系统动力学模型，建立燃料电池系统的非线性映射关系。

具体来说，人工神经网络可以用于燃料电池系统的参数辨识、状态估计和控制优化。

通过输入燃料电池系统的输入参数和环境条件，人工神经网络可以辨识出燃料电池系统的参数。

同时，通过输入燃料电池系统的输出数据，人工神经网络可以进行状态估计，预测燃料电池系统的实际状态。

在控制优化方面，人工神经网络可以通过学习和调整权重和偏置，以实现对燃料电池系统的最优控制。

除了人工神经网络，模糊控制也被广泛应用于燃料电池系统的建模与优化中。

模糊控制是一种基于模糊逻辑推理的控制方法，能够处理系统的不确定性和非精确性。

在燃料电池系统中，模糊控制可以帮助系统建立模糊规则库，以实现对系统的模糊化处理和优化控制。

具体来说，模糊控制可以用于燃料电池系统的功率管理和温度控制。

在功率管理方面，模糊控制可以通过模糊规则库和模糊推理，实现对燃料电池系统功率的调节。

同时，在温度控制方面，模糊控制可以根据燃料电池系统的温度传感器反馈信号，实现对系统温度的模糊控制，以保证系统的稳定性和性能。