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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/77309
Type: | TCC |
Title: | Influência do tratamento de dados no desempenho de modelos de previsão da geração eólica usando informações de restrição de potência pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico |
Authors: | Silva, Victor Emanuel Martins da |
Advisor: | Leão, Ruth Pastôra Saraiva |
Co-advisor: | Gregory, Raquel Cristina Filiagi |
Keywords in Brazilian Portuguese : | Previsão da geração eólica;Pré-processamento;Aprendizado de máquina;Energia renovável;Restrição operativa |
Keywords in English : | Wind power forecasting;Regression;Data preprocessing;Machine learning;Renewable energy;Wind power curtailment |
Knowledge Areas - CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS |
Issue Date: | 2023 |
Citation: | SILVA, Victor Emanuel Martins da. Influência do tratamento de dados no desempenho de modelos de previsão da geração eólica usando informações de restrição de potência pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico. 2023. 43 f. Trabalho e Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Energias Renováveis), Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023. |
Abstract in Brazilian Portuguese: | A transição para fontes de energia renovável destaca a necessidade de previsões precisas, especialmente para a geração eólica, em que sua natureza intermitente desafia a confiabilidade do sistema elétrico. Em resposta a esse fator, a restrição da produção da energia renovável, aplicada pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS), tem crescido, e se insere como mais uma variável da geração eólica. Métodos de previsão acurados podem contribuir para redução dos custos de operação e aumento da confiabilidade do sistema elétrico. Para isso, diversas etapas estão envolvidas tais como pré-processamento, modelagem preditiva, validação cruzada e análise de resultados. Neste trabalho foi investigado o efeito desse conjunto de práticas na previsão da geração eólica despachada com ênfase no pré-processamento, considerando cenários de restrição com base nos dados extraídos do ONS para o complexo eólico “SERRA DE SANTANA 3”, no Rio Grande do Norte, de 108 MWp de capacidade instalada. Após a normalização pela capacidade instalada, foram aplicadas técnicas de aprendizado supervisionado e os algoritmos Least Absolute Shrinkage Operator (LASSO), Ridge, Light Gradient Boosting Machine (LGBM) e Support Vector Regressor (SVR) com otimização bayesiana para previsão de 1 hora. Para treinar esses algoritmos foram aplicadas diferentes técnicas de modelagem de dados incluindo a programação da restrição como variável externa. Para fins de comparação de desempenho, foram usados os modelos de referência usando apenas os dados de geração de energia e também o método de persistência. Com base nos resultados, pode-se concluir que a restrição de geração por ser uma propriedade esparsa teve pouca importância para os modelos frente aos demais atributos, e o método SVR, usando as técnicas de pré-processamento, teve o maior destaque em termos de ganho sobre os modelos de referências. A análise do desempenho dos métodos foi baseada nas métricas Normalized Mean Absolute Error (NMAE), Normalized Root Mean Squared Error (NRSME) e R2 em termos percentuais, resultando no SVR com o pré-processamento proposto como o melhor método com os índices NMAE 5,30%, e 7,42% e R2 90,70%. A principal contribuição do trabalho foi a avaliação da previsibilidade da geração futura utilizando diferentes métodos de aprendizado de máquina sob diferentes contextos e considerando o aumento das restrições pelo ONS. |
Abstract: | The transition to renewable energy sources highlights the need for accurate predictions, especially for wind power generation, where its intermittent nature challenges the reliability of the electrical system. In response to this factor, the restriction of renewable energy production, applied by the National Electric System Operator (ONS), has grown and is introduced as another variable in wind power generation. Accurate forecasting methods can contribute to reduce operating costs and increase the reliability of the electrical system. For this, various steps are involved, such as pre-processing, predictive modeling, cross-validation, and results analysis. In this study, the effect of this set of practices on wind power forecasting was investigated, with emphasis on pre-processing, considering restriction scenarios based on data extracted from the ONS for the "SERRA DE SANTANA 3" wind complex in Rio Grande do Norte, with an installed capacity of 108 MWp. After normalization by installed capacity, supervised learning techniques and algorithms such as Least Absolute Shrinkage Operator (LASSO), Ridge, Light Gradient Boosting Machine (LGBM), and Support Vector Regressor (SVR) with Bayesian optimization were applied for 1-hour ahead prediction. Different data modeling techniques, including wind power curtailment as an external variable, were applied to train these algorithms. For performance comparison, reference models using only energy generation data and the persistence method were used. Based on the results, it can be concluded that the generation restriction, being a sparse property, had little importance for the models compared to other attributes. The SVR method, using pre-processing techniques, stood out the most in terms of improvement over reference models. The performance analysis of the methods was based on the metrics Normalized Mean Absolute Error (NMAE), NRSME, and R2 in percentage terms, resulting in SVR with the proposed pre-processing as the best method with NMAE of 5.30%, NRMSE of 7.42%, and R2 of 90.70%. The main contribution of the study was the evaluation of the wind power forecasting using different machine learning methods under different contexts and considering the growth of wind power curtailment imposed by the ONS. |
URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/77309 |
Access Rights: | Acesso Aberto |
Appears in Collections: | ENGENHARIA DE ENERGIAS RENOVÁVEIS - Monografias |
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