国网数字科技控股有限公司 杨珂,朱洪斌,李达,等:基于压缩感知的纵向联邦学习园区负荷预测方法

学术   科技   2024-08-30 17:10   北京  

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引文信息


杨珂,朱洪斌,李达,等.基于压缩感知的纵向联邦学习园区负荷预测方法[J].电力信息与通信技术,202422(5)36-42

YANG Ke,ZHU Hongbin,LI Da,et al.Load forecasting method for vertical federated learning park based on compressed sensing[J].Electric Power Information and Communication Technology,2024,22(5):36-42(in Chinese)



01

研究背景


随着数字化时代的兴起,数据在各个领域的重要性日益凸显。在工业园区中,准确预测负荷消耗直接关系到电力供应商的运营和决策,其重要性不言而喻。因此,本研究旨在探讨和分析数据驱动的工业园区电力负荷预测方法,以应对这一行业中的关键挑战,提高决策的准确性,进而促进工业园区的可持续性和稳定性。


02

主要创新点



1)本文的主要创新点在于将压缩感知技术成功应用于纵向联邦学习这一领域。通过将压缩感知技术融入纵向联邦学习框架,能够在保持数据有效性的前提下,极大地降低通信开销,从而显著提高了模型建立的速度和效率。基于压缩感知的纵向联邦学习系统框架如图1所示。
图1  系统框架
2)为了评估本文提出的算法与现有算法之间的准确率差异,进行了与传统纵向联邦线性回归(federated learning linear regression,FedLR)的比较实验。预测结果如图2所示。
图2  电力负荷预测结果
3)为探究本文算法在通信消耗上面的优势,进行了对比实验,比较了未进行加密的传统纵向联邦线性回归(FedLR)、基于同态加密的纵向联邦线性回归(FedLR-HE)方法和本文算法的通信消耗。通信消耗对比如图3所示。
图3  通信消耗对比

03
解决的问题和意义

为了实现能源数据跨行业协同应用以及提升联邦学习模型的训练效率,本文面向工业园区电力负荷预测场景提出了一种基于压缩感知的纵向联邦学习方法,旨在满足电网公司和用电企业之间数据安全和隐私保护需求的同时保证园区负荷预测的精度。该方法利用压缩感知技术对梯度进行降维压缩,从而显著减少传输的数据量。




作者介绍

杨珂
杨珂(1990),男,高级工程师,从事大数据分析、网络安全相关研究工作。
朱洪斌(1980),男,高级工程师,从事电力大数据应用及安全相关研究工作。
李达(1991),男,工程师,通信作者,从事电力系统自动化相关研究工作,lida@sgdt.sgcc.com.cn。
张闻彬(1994),男,工程师,从事电力系统自动化相关研究工作。
杨挺(1979),男,教授,从事综合能源系统优化运行和负荷预测相关技术研究工作。
覃小兵(1998),男,硕士研究生,从事联邦学习和负荷预测相关技术研究工作。


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