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Tipo: Dissertação
Título: Modelagem da curva de potência de turbinas eólicas com processos gaussianos
Título em inglês: Wind turbine power curve modeling with gaussian processes
Autor(es): Virgolino, Gustavo Carvalho de Melo
Orientador: Barreto, Guilherme de Alencar
Coorientador: Mattos, César Lincoln
Palavras-chave: Energia eólica;Turbinas eólicas;Processos gaussianos;Heterocedasticidade;Windy power;Wind turbines;Gaussian processes;Heteroscedasticity;Heteroscedastic models;Wind energy
Data do documento: 2020
Citação: VIRGOLINO, Gustavo Carvalho de Melo. Wind turbine power curve modeling with gaussian processes. 2020. 88 f. Dissertação (Mestrado em Modelagem e Métodos Quantitativos) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2020.
Resumo: Nesta dissertação, o problema de modelagem da curva de potência de turbinas eólicas é revisitado com o objetivo de propor e avaliar uma nova estrutura de modelagem semiparamétrica, probabilística e baseada em dados. Para este propósito, processos gaussianos e suas extensões heterocedásticas e robustas são combinados com funções logísticas, resultando em modelos que se assemelham à forma sigmoidal esperada para curvas de potência de turbinas eólicas, permitem previsões probabilísticas, modelam adequadamente o comportamento heterocedástico do fenômeno e são robustos a outliers. A metodologia de modelagem proposta é comparada a múltiplas técnicas de modelagem encontradas na literatura técnica e científica de curvas de potência de turbinas eólicas, a saber, o método de bins, regressão polinomial, redes neurais, funções logísticas e regressão via processo gaussiano. Usando um rico conjunto de dados de 1 ano de operação de uma turbina eólica, todos os modelos são comparados em múltiplos cenários relativos às principais características do problema de modelagem de curvas de potência de turbinas eólicas. Os resultados mostram que a metodologia de modelagem proposta apresenta resultados competitivos em métricas determinísticas quando comparada aos demais modelos avaliados, enquanto também exibe as propriedades probabilísticas desejadas, o que lhe confere a capacidade de representar adequadamente as incertezas intrínsecas ao problema de modelagem de curvas de potência de turbinas eólicas.
Abstract: In this dissertation, the wind turbine power curve (WTPC) modeling problem is revisited with the objective of proposing and evaluating a new semi-parametric, probabilistic and data-driven modeling framework. For this purpose, Gaussian processes and their heteroscedastic and robust extensions are combined with logistic functions, resulting in models which resemble the sigmoidal shape expected for WTPCs, output probabilistic predictions properly modeling the heteroscedastic behavior of the phenomenon and are robust to outliers. The proposed modeling framework is compared to multiple modeling benchmarks found in both the technical and scientific WTPC literature, namely, the method of bins, polynomial regression, neural networks, logistic functions and standard Gaussian process regression. Using a rich dataset of 1-year of operational data of a wind turbine, all models are compared in multiple scenarios concerning the key features of the WTPC modeling problem. The results show that the proposed modeling framework has competitive results regarding deterministic metrics when compared to the evaluated benchmark models, while also exhibiting the desired probabilistic properties, which gives it the ability to properly represent uncertainties intrinsically found in WTPC modeling.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/58984
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