Abstract:

虚假数据注入攻击（false data injection attack，FDIA）是威胁电网运行安全的主要因素之一，其主要通过攻击电网中的一些通信环节，误导电力系统的状态估计结果，给电网安全运行带来巨大威胁。针对FDIA难以有效检测及电力系统状态估计中过程噪声与量测噪声两者协方差矩阵非正定问题，将向量自回归（vector auto regression，VAR）模型引入电力系统状态估计，提出一种基于VAR和加权最小二乘法（weighted least squares，WLS）的FDIA检测方法。首先，建立VAR状态估计模型，将量测噪声视为稳定量，只对过程噪声进行估计，解决两者协方差矩阵的非正定问题；其次，分别采用VAR与WLS对电力系统进行状态估计，采用一致性检验与量测量残差检验对2种方法的结果进行检测，以判定是否存在FDIA；最后，IEEE 14节点和IEEE 30节点仿真结果表明，本文所提检测方法能够成功检测到FDIA，且检测成功率较高，从而验证了该方法的可行性及有效性。

Abstract:

针对虚假数据注入攻击下系统状态估计的问题，以电力信息物理系统为研究对象，根据发电机三阶模型和自动电压调节器模型，建立电力系统的数学模型。采用指数平滑法预测测量值，通过对比预测值与真实测量值，检测系统是否发生虚假数据注入攻击。若检测结果判定系统遭受虚假数据注入攻击，用预测值替代不良数据输入状态估计算法，实现虚假数据注入攻击下不良数据的恢复。将指数平滑法与容积卡尔曼滤波算法结合，提出一种改进的容积卡尔曼滤波算法对系统进行状态估计。以典型的五机电力系统为例进行仿真，仿真结果表明提出的方法能有效抵御虚假数据对系统状态估计造成的不良影响。

Abstract:

针对配电网线路参数受依频变化影响导致现有故障定位方法实现复杂以及行波传输速度无法准确计算的问题，基于多端行波频率矩阵，提出一种不依赖波头时间信息的复杂配电网故障定位方法。通过对故障行波固有频率主成分与传输距离的关系进行分析，定义各分支节点的参考端，并计算真实故障发生前的基准固有频率矩阵与真实故障发生后的故障固有频率矩阵之间的差值，最终得到相应的故障分支判定原理。在判定故障分支的基础上，按照故障点到参考端的路径不经过分支节点或经过分支节点数量最少为原则选取参考端，同时计算对应参考端故障固有频率主成分下的波速度，进而对故障点位置实现精确定位。仿真结果表明，所提方法无须检测行波波头时间，通过构建多端频率矩阵准确刻画配电网拓扑任一分支发生故障的情形，在保证故障分支可靠判定的同时实现了频率分量与波速度相互匹配，大大提高了故障定位精度，且定位结果不受故障位置、类型、过渡电阻、初相角影响。

Abstract:

由于配电网具有拓扑结构复杂、线路分支较多、空间分布密集等特性，潜在运行扰动及故障难以完全避免，故所配备的保护系统势必确保较高水平的可靠性及稳定性。因此，针对配网保护系统潜在异常运行状态的监测与识别面临新的挑战。为此，提出一种基于数据驱动的运行异常状态实时检测模型。首先，采用核函数主成分分析（kernel principal components analysis，KPCA）流程，针对原始数据实施维度压缩，能够在高维数据环境下降低后续模型的运算复杂度；其次，应用孤立森林（isolated forest，IF）模型，依据各正常运行状态取值范围，挖掘潜在离群样本点，能够在数据呈偏置或稀疏分布环境下保持较高的检测性能，针对异常状况进行快速反应；最后，以某地区配电网继保系统运行数据作为仿真实例，实验结果验证所提出模型在实际应用中较高的异常检测水平，能够助力配网安全风险的自动识别和应对。

Abstract:

随着低压配电系统规模及用户需求量迅速增加，用户线路与家庭电气设备漏电故障频发，极易发生人体触电及电气火灾事故。剩余电流保护器作为检测低压漏电故障的常用手段，近年来因线路（或设备）存在对地泄漏电流而频频误动，极大降低了保护设备投运率与可靠性。为此，本文提出一种基于随机森林（random forest，RF）算法的低压配电系统漏电检测技术，为最大程度贴近真实漏电故障场景，充分考虑实际故障场景存在的正常泄漏电流过大、故障邻近支路负荷投切频繁等干扰因素以获得贴近真实故障场景的原始剩余电流数据；通过对原始剩余电流数据进行数据预处理，分析掌握剩余电流的频域与时域特性并利用傅里叶变换算法提取时频域特征，完成低压系统漏电检测模型的建立与训练；在施加多种干扰因素情况下对漏电检测模型进行深度测试，其漏电故障的检测准确率可达99.97%，实现了多种干扰因素情况下的低压配电系统漏电故障检测；最后将支持向量机（support vector machine，SVM）算法、K最近邻(K?nearest neighbor，KNN)算法与本文基于RF算法的漏电故障检测模型的准确性进行对比，以此验证了基于RF算法的低压系统漏电检测模型的准确性与可行性。

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同杆双回线路发生接地故障时采用传统跳闸策略可能会产生负序分量，传统自动重合闸方案在合闸前不判定故障性质，重合失败时将影响系统稳定性。针对该问题，提出一种适用于同杆双回线路接地故障改进跳闸与分相自适应重合闸策略。首先，建立同杆双回输电线路各相之间的耦合模型并对其进行分析，提出一种能够避免负序分量注入系统的改进跳闸策略；其次，分别对瞬时性故障情况下和永久性故障情况下电容耦合电压特性进行分析，提出基于故障相电容耦合电压的故障性质判据；最后，结合改进跳闸策略和合闸策略，形成了适用于同杆双回输电线路接地故障分相自适应重合闸策略。通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提分相自适应重合闸策略能够避免负序分量注入系统，以及在不同接地故障类型、故障位置和过渡电阻情况下都能保证输电线路的重合成功率。

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为提高混合级联直流输电系统直流输电线路低电压保护的速动性和可靠性，提出了一种基于改进累积和（cumulative sum control chart， CUSUM）算法的新型高压直流线路低电压保护策略。当±800 kV混合级联直流输电系统的不同位置发生故障时，保护安装处所测得电气量呈现出一定的差异性。由于传统低电压保护缺乏整定依据，并有着误动风险，本文引入CUSUM算法提取不同故障时电气量差异特征，以此保证保护的可靠性。同时为了提高保护的速动性，借助分形理论，对CUSUM算法窗口进行改进，使得窗口具有自适应性，从而提高保护的速动性。利用PSCAD/EMTDC建立混合级联直流输电模型，并借助MATLAB验证所提新保护策略。仿真结果表明：所提方案能够快速可靠动作，有着良好的快速性和可靠性；可以耐受较高过渡电阻，有良好的耐受过渡电阻能力；判据依托于单端电气量，避免了通信中噪声和数据异常等干扰，可以快速识别区内、区外故障，并可靠动作。

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电动汽车行业的高速发展必将对电网运行带来巨大压力，因此需要通过电动汽车对配电网影响的精准研究得到应对之法。本文构建了电动汽车充电负荷时空分布预测模型以及电动汽车接入配电网综合评估体系。首先，运用多源数据、多因素能耗模型、动态路网模型以及路-电耦合理论预测电动汽车充电负荷时空分布结果；其次，从合理性、安全性、经济性、可靠性以及环保性5项准则出发构建相应的量化指标，建立综合评估体系；最后，运用综合赋权法得到指标权重集，并运用模糊Borda法集合多种综合评估方法，协调各评价方法对评价对象的主客观性影响从而得到综合评估结果。最后，以上海某地区为例进行算例仿真，验证了本文方法的可行性。

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提出一种在极端天气灾害下考虑负荷重要程度的配电网韧性提升策略及评估方法，用于完善在小概率、高风险的极端天气灾害发生后的配电网韧性提升策略及评估体系。首先，以台风作为极端天气灾害代表事件，根据台风模型和架空线路故障概率模型确定线路故障概率；其次，建立三阶段韧性提升联合优化策略模型，根据线路故障概率确定韧性提升联合优化策略、故障线路以及最小切负荷率；然后，提出考虑负荷重要程度的电网韧性评估方法，根据韧性提升策略下各节点切负荷率和负荷重要程度来评估配电网韧性；最后，通过IEEE 33节点系统进行仿真，对比单种韧性提升措施与多种措施联合优化的韧性提升效果，验证所提韧性提升策略及评估方法的有效性与优越性。

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针对现有时间序列模型预测光储直柔配电系统短期发用电数据精度不高的问题，提出一种基于灰色关联度分析/集合经验模态分解（grey relation analysis，ensemble empirical mode decomposition，GRA/EEMD?Informer的光储直柔配电系统多数据预测模型，通过灰色关联度分析、模态分解，结合自注意力蒸馏机制，有效捕捉输出和输入之间较精确的长程相关性耦合，降低了时空复杂度，极大缓解了传统编解码的局限性。将已建成并投入使用的光伏发电站某月数据、典型办公建筑某月电力数据及电动汽车充电站运行数据作为原始数据，以均方误差、平均绝对误差、均方根误差作为评价指标对模型进行检验，并进行消融实验与分析，最后与长短期记忆网络（long short?term memory，LSTM）、基于粒子群优化（particle?swarm?optimization,PSO）算法的长短期记忆网络（PSO?LSTM）、Transformer时间序列预测方法对比，结果表明该方法的拟合程度明显高于其他预测方法，验证了GRA/EEMD? Informer算法对提高预测能力的有效性和实用性。

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分时电价是电力系统开展需求响应、削减夏季空调负荷所造成负荷尖峰的重要手段。为协调各方利益、达成削峰填谷和压减电网尖峰负荷的目的，需要挖掘分析用户用电数据，优化分时电价的实施方案。提出基于余弦相似度的用户需求响应参与度的峰段负荷转移系数指标。应用该指标分行业地进行某省会电网峰段负荷转移评估，发现除充换电等行业响应积极外，大量行业用户因行业和负荷特性等原因难以参与需求响应。针对在整个夏季启动尖峰电价将会增大实体企业用电成本的问题，结合历史气象和负荷数据进行夏季尖峰电价日启动条件设置分析，发现将气温在35 ℃及以上的工作日设置为尖峰电价日，可在精准削减尖峰负荷的同时明显降低用户用能成本。

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大规模分布式资源的接入使配电网的调控更加困难，如何合理有效地利用多元化资源以降低配电网的运行成本成为亟待解决的关键技术问题。考虑可移动式储能系统和电动汽车的互补特性，提出一种考虑多类型储能系统时空灵活性支撑的配电网日前优化调度策略，提高配电网系统的运行经济性。首先，建立电动汽车和可移动式储能系统的调度模型，并建立电动汽车停车生成率模型，简化了模型的复杂度，提高了求解效率；其次，引入基于集合的改进粒子群算法，并将其改造为适用于配电网优化调度的求解算法，提高其在离散空间寻优的求解效率；最后，在IEEE 33节点配电系统中对所提出的协同优化调度策略进行仿真分析，验证所提策略的有效性。

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电缆输入阻抗谱加窗傅里叶变换后主瓣宽度过大，导致电缆末端附近缺陷定位“死区”过大。为解决该问题，提出一种基于切比雪夫窗的配电电缆缺陷定位改进方法。首先，建立电缆分布参数模型，结合电缆输入阻抗谱阐述局部缺陷定位原理；然后，通过海明窗、布莱克曼窗和切比雪夫窗对电缆输入阻抗谱加窗进行仿真研究，对比分析各窗函数性能；最后，由电缆阻抗相位谱构造诊断函数并结合切比雪夫窗实现缺陷定位与缺陷类型识别。对长度为100 m的10 kV XLPE电缆进行仿真研究，所得结果表明：与直接对电缆阻抗谱加切比雪夫窗处理相比，所提方法不仅能将距电缆首端2 m处缺陷定位相对误差由0.467%减小至0.029%，而且定位“死区”从距电缆末端6 m减小至3 m，同时能够根据缺陷处波形特征识别不同缺陷类型。

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XLPE配网电缆水树故障频发，对电网的安全运行造成威胁。为研究基于宽频阻抗谱的配网电缆水树定位机理，开展加速水树老化实验并测量水树生长不同阶段的电缆微元参数变化，建立电缆水树截面的有限元模型，仿真验证实验测量结果；确定定位算法中的最佳窗函数及入射波形，优化定位算法并依据实验结果验证算法的有效性。结果表明，水树的生长将造成该区域电导和电容的增加，基于宽频阻抗谱的定位方法对于水树引发的局部电容微小变化较敏感，对电导变化不敏感，电容变化定位图谱为典型的双峰特征，且反射峰值大小与局部电容变化量成正比。

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为研究不同加固方式对输电塔角钢主构件极限承载力的影响，给老旧角钢输电塔加固提供技术支持。提出针对输电塔主材夹具式和穿孔式2种加固形式，分别通过静载试验和参数化有限元模拟，研究不同加固方式、加固位置、连接件间距等参数下加固构件的破坏形态、承载力大小以及加固效果，并分析构件加固机理。研究结果表明：有限元模拟结果与试验结果吻合良好,极限承载力和破坏形态与试验结果相近；加固改变原构件的破坏形态，从整体失稳转变为局部失稳；加固构件两端连接，承载力提高约7%~8%，而增加中间连接后其加固效果比两端连接提升1倍。2种加固方式均能有效提高构件承载力，中间位置增设连接件可使承载力提高更为显著。

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为了实现直驱式永磁风力发电系统安全稳定并网，提出一种基于双补偿下垂与多重准比例谐振（multiple quasi proportional resonance，MQPR）相结合的并网控制策略。该策略源于传统下垂控制，在电压控制环节引入直流电压补偿量，能快速调节直流母线电压达到稳定；在电流控制环节引入电容电流补偿量，能有效减小滤波电容造成的电流误差影响；同时，设计出MQPR控制器替代内环电流的PI控制器，可以滤除系统中多次谐波电流。通过建立仿真模型，与双闭环PI和传统下垂控制策略进行对比，验证所提控制策略的有效性。

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提出了一种面向风储系统并网点频率稳定性提升的储能自适应虚拟惯性-阻尼控制策略。首先,通过分析推导，在储能控制策略中引入惯量控制参数与阻尼控制参数的调整系数，实现控制参数的自适应调整；其次,通过小信号分析整定，给出惯量控制参数与阻尼控制参数的取值范围；最后，基于所搭建的风储联合系统，对本文所提控制方法面对不同类型故障时的有效性进行了验证。结果证明，相比于传统虚拟同步控制方法，本文所提方法能够显著提升并网点频率稳定性，并且实现惯性和阻尼的自适应平滑调节。

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随着能源汇集系统中新能源设备接入比例不断增加，光伏、负荷的不确定性将带来电能质量问题，给电网稳定运行带来挑战，为解决此问题，通过储能接入实现系统电压和功率的补偿控制。首先，分析电网电压与功率之间的耦合影响机理；然后，利用串联型接入储能和并联型接入储能针对电网中的电压波动与功率波动进行协调补偿；最后，基于储能的协调控制对不同接入模式的储能传输容量进行优化设计，满足能源汇集系统补偿需求，保障系统稳定运行。通过仿真算例验证了所提协调控制及优化设计方法的有效性，能够降低储能设计总量，具有实际应用价值。

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给出了双馈风力发电机（doubly?fed induction generator，DFIG）参与电网调频的基本数学模型，推导出了大规模风电接入电网后，在不同运行方式（如惯性控制或者最大功率跟踪）下风电功率的渗透率、可调频风电机组所占比例以及风电机组的频率调节系数等与风电利用率之间的关系，提出了不同运行方式的风电机组参与电网调频的控制策略。以南方某片区电网为例，分析了风速改变及负荷变化的情况下风电功率注入比例对接入电网调频的影响特征，验证了可调频新能源发电对电网调频作用的有效性。将可调频风电机组接入4机2区域的电网模型，给出风电注入比例不同情况下所需要的可调频风机所占比例最小值及电网对新能源的综合承载能力。仿真结果表明，大规模风电场参与调频时应尽可能使运行在额定风速附近的机组参与调频，从而最大程度确保电网的频率偏差变小，维持频率在安全运行范围内。

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针对户用光伏的大量无序接入导致低压配电网附加损耗严重增大的问题，对配电网附加损耗的量化分析是实现电力系统节能降损的必要途径之一。以户用光伏接入电网后的附加损耗为对象，研究考虑户用光伏发电与配电线路附加损耗的量化关系。首先，对户用光伏接入下附加损耗的变化表征进行理论分析，建立有源低压配电网三相四线制等效电路与数学模型；然后，研究户用光伏不同容量与接入相序下的多类型电能质量扰动情况，建立复合电能质量扰动附加损耗模型；最后，依据典型日的光伏出力功率曲线与附加损耗模型，通过算例分析并验证了所提长时间尺度下户用光伏对配电网附加损耗的量化评估方法的准确性。

Abstract:

深远海海域情况复杂，海面风速极易受海洋中尺度事件影响。所造成的异常数据点和Bump事件将导致爬坡检测准确率下降，影响深远海风电功率短期预测精度。因此，提出了一种同时考虑爬坡事件以及深远海气象因素的深远海风电功率短期预测方法。首先，设计基于状态标记和滑动窗口改进的参数和分辨率自适应算法（parameter and resolution adaptive algorithm，PRAA）实现爬坡事件检测并完成特征量提取；其次，分析深远海风速、风向及温度等多因素关联关系，扩充深远海气象因素特征样本维度，并通过主成分分析法（principal component analysis，PCA）深度挖掘潜在特征；最后，基于某海上风电场的实测数据，采用考虑爬坡和深远海气象因素的轻量梯度提升机（light gradient boosting machine，LightGBM）算法完成深远海风电功率的短期预测，仿真结果验证了所提方法的有效性。

Abstract:

随着光伏发电大容量接入电网，为降低光伏发电输出的随机性，提出一种基于改进飞蛾优化(improved moth?flame optimization,IMFO)的长短期记忆网络（long short?term memory，LSTM）进行光伏发电功率预测。首先，通过数据预处理，进行灰色关联度分析，减少输入变量维数，再根据选取的输入变量，通过灰色关联度分析法，进行相似日样本选取；其次，为提高飞蛾算法的性能，对其位置更新公式进行改进；接着，根据IMFO?LSTM的网络层数和学习率，提高其预测精度，降低随机性；最后，基于预处理好的相似日样本，采用优化后的LSTM进行预测。仿真结果表明：该模型的预测精度得到一定提升，满足实际工程要求。

Abstract:

光伏出力的波动性和随机性会给电力系统调度运行的安全性和可靠性带来影响。为了实现对光伏出力长时间尺度的准确模拟，本文提出一种基于马尔可夫链的光伏场站时序功率模拟模型。首先，建立光伏出力模型，并对出力的不确定性和规律性特征进行研究分析；然后，在一阶马尔可夫链模型的基础上考虑相邻日之间的联系，根据季节与天气因素以10 d为一个采样区间对历史数据进行滚动采样，建立多状态转移概率矩阵，构建全年时序出力模拟模型；最后，以某光伏电站全年出力数据与历史气象监测数据为基础，通过实例模拟了全年的出力情况，并与传统方法进行了对比分析。算例结果验证了所提方法的有效性，表明该方法较好地模拟了受季节与天气影响下的光伏出力情况，与历史实际情况更为吻合。

Abstract:

针对能源系统源荷不确定性及设备功率波动的问题，提出一种考虑源荷不确定性和用户需求响应的综合能源系统多时间尺度优化调度策略。首先，根据源荷各自特性，分别运用鲁棒优化方法和随机优化方法来处理源荷不确定性问题。其次，基于电、热和气负荷在不同时间尺度下的调度特点和响应差异，设计对应不同时间尺度的需求响应模型，并建立日前—日内两阶段的多时间尺度优化模型，以购能成本、系统运行成本、碳排放成本最小为日前调度目标，在日内调度阶段进一步考虑设备调节惩罚和削减补贴需求响应费用。最后，通过算例验证该模型和方法，在考虑源荷不确定性和需求响应的情况下，所提方法能够发挥多能源互补优势，有效促进能源供需平衡，降低源荷不确定性对综合能源系统的影响。

Abstract:

建设清洁高效的新型农村能源系统对全面推进乡村振兴战略具有重要意义。构建一种含混氢—碳捕集耦合的农村综合能源系统运行模式，并提出考虑参数自适应的阶梯碳交易与阶梯激励型需求响应的低碳经济调度策略。首先，建立掺氢改造后燃气机组的精细化模型，并融合两阶段电转气、碳捕集技术，形成混氢—碳捕集耦合运行模式；其次，引入阶梯激励型需求响应，推进用户用能方式转变，缓解系统负荷高峰期供能压力；最后，引入阶梯碳交易机制并以系统运行成本最小为目标构造运行层优化模型，并采用CPLEX进行求解，同时计算碳排放总量，以碳排放量最小作为碳交易机制参数层优化目标，并通过粒子群算法寻优，确定最优碳交易机制参数与运行策略。通过设置不同情景进行对比，验证所提调度策略可有效降低系统碳排放并实现经济运行。

Abstract:

综合能源系统（integrated energy system, IES）的关键环节识别对于系统的脆弱性研究和改善有重要意义。针对传统还原论方法无法解释系统层面且复杂网络分析中未考虑能流带来影响的问题，提出一种基于潮流和复杂网络结构的IES关键环节识别方法。首先，建立基于潮流的综合能源复杂网络模型，将IES的数学模型参数和潮流结果引入复杂网络的建模以使模型更加贴合现实的运行工况；其次，基于潮流计算结果和复杂网络参数，提出节点能量度和能量边介数2个评价指标，提高了关键环节识别精度；最后，根据所建立的模型对关键环节进行破坏并观察网络效率的变化，与其他攻击模式进行对比分析，验证了所提方法的可行性。

Abstract:

针对中压直流配电网接入下的直流电能路由器在新能源出力等工况下，使用传统控制策略对直流母线的控制效果一般、电压易越限等问题，基于模块化的输入串联输出并联(input?series output?parallel，ISOP)型拓扑结构，提出一种基于输入均压与虚拟直流电机相结合的直流电能路由器控制策略。首先，研究输入均压控制过程中模块间的功率均衡控制特性并与输出均流控制进行比较；接着，将虚拟直流电机控制应用到控制算法中，使变流器模拟出直流电机的惯性特性；然后，对虚拟直流电机建立小信号数学模型，分析其工作机理以及参数对系统的影响；最后，在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型进行验证。结果表明：所提控制策略能够在实现直流电能路由器各模块间功率均衡的同时，具有类似直流电机的惯量特性与阻尼特性，可显著提高直流配电网直流母线电压稳定性。

Abstract:

接地网腐蚀速率是接地网腐蚀状态评估的一个重要方面。人工智能算法模型可以很好地预测接地网腐蚀速率，针对目前预测模型中特征输入量选取不够全面的问题，在对接地网进行电网络理论分析的基础上，确定接地网腐蚀采样点，提出以土壤理化性质和接地网电阻平均增长率为预测模型的特征输入量，采用遗传算法（genetic algorithm，GA）优化反向传播（back propagation，BP）神经网络，建立接地网腐蚀速率预测模型。将所提模型预测结果与未优化的BP神经网络模型和采用果蝇优化算法（fruit fly optimization algorithm，FOA）优化BP神经网络模型对比。在BP神经网络模型预测精度方面，GA算法相比于FOA算法，RMSE和MAPE值分别提高5.88%和1.5%，相比未经优化的BP神经网络模型，RMSE和MAPE值提高22.01%和4.96%。由此可见，提出的方法有更好的适用性。