融合热惰性先验位置编码的Transformer区域供热日耗气量预测模型——以乌鲁木齐市为例

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张淑雅1*,  李振飞2

1. 天津商业大学理学院, 天津 300134

2. 天津商业大学信息工程学院, 天津 300134

摘     要: 近年来,随着生态保护日益受到重视,中国政府确立了“碳中和”的发展目标,北方城市区域供热系统的能源供给正逐步由煤炭转向更清洁的天然气。天然气负荷的准确预测对能源调度规划与需求响应至关重要。然而,天然气负荷不仅受气象因素随机波动的影响,还因供热系统固有的热惰性而呈现出复杂的非线性与显著滞后特性,导致现有方法的预测精度难以满足实际应用需求。为此,本文以某市三家供热企业的实测运行数据为对象,提出一种基于热惰性位置编码序列Transformer模型(TI-STM)的区域供热系统天然气负荷预测算法。该方法针对供热负荷“近端影响强、远端影响弱”的物理规律,设计指数衰减形式的位置编码,以逐维可学习的衰减系数刻画热惰性在时间尺度上的差异,替代传统正弦位置编码;同时将未来时刻的气象要素作为已知协变量注入解码器,引导模型利用温度先验。模型借助多头注意力机制挖掘负荷序列中隐含的复杂特征,快速聚焦序列中不同的关键部分,在避免长距离依赖问题的同时减少信息损失。本文与SVM、LSTM、MLP、RNN、TCN和STM等先进算法进行了详细的对比实验。结果表明,所提模型具有更高的预测精度,其平均绝对百分比误差分别达到1.77%、2.05%和2.65%。
关 键 词: 耗气量预测; 热惰性; Transformer模型; 深度学习; 超参数调节
DOI: 10.57237/j.jest.2026.02.002
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