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Tipo: Dissertação
Título: Avaliação de métodos de ensemble dinâmico em aprendizado de máquina para previsões de irradiância solar e velocidade do vento
Título em inglês: Machine learning dynamic ensemble methods for solar irradiance and wind speed predictions
Autor(es): Bezerra, Francisco Diego Vidal
Orientador: Rocha, Paulo Alexandre Costa
Palavras-chave em português: Energia eólica;Energia solar;Energia - Fontes alternativas;Aprendizado do computador;Métodos ensemble
Palavras-chave em inglês: Wind energy;Solar energy;Renewable energy sources;Machine learning;Forecasting ensembles
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Data do documento: 2024
Citação: BEZERRA, Francisco Diego Vidal. Avaliação de métodos de ensemble dinâmico em aprendizado de máquina para previsões de irradiância solar e velocidade do vento. 2024. 62 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.
Resumo: Nos últimos anos, com o aumento do interesse pela descarbonização dos processos geradores de energias por vias alternativas limpas e a consequente busca por novas fontes de recursos energéticos, há uma crescente exploração dos recursos da irradiância solar e da velocidade do vento, sendo fundamental o bom desempenho em sua previsibilidade face a natural intermitência destes recursos. O objetivo desta dissertação é a implementação de uma arquitetura de ensemble dinâmico para horizonte de tempo variando de 10 a 60 minutos para dados em intervalos de tempo de 10 minutos. A irradiância horizontal global (GHI) e a velocidade do vento foram calculadas usando quatro modelos de previsão independentes (Random forest, k-nearest neighbors, support vector regression e elastic net) para comparar seu desempenho com dois métodos de conjunto dinâmico, windowing e arbitrating, os quais combinam os resultados de modelos independentes. Os modelos autônomos e os métodos de ensemble dinâmico foram avaliados usando as métricas de erro RMSE, MAE, R² e MAPE. Os resultados deste trabalho mostraram que o método de ensemble dinâmico windowing foi o método com melhor desempenho quando comparado aos outros modelos avaliados. Para ambos os casos de previsão da velocidade do vento e da irradiância solar, o modelo de windowing atingiu os melhores valores de erro em termos de RMSE para todos os horizontes de previsão avaliados. Usando esta abordagem, o ganho na previsão da velocidade do vento foi de 0,56% quando comparado com o segundo melhor modelo de previsão, enquanto o ganho na previsão do GHI foi de 1,96%, considerando a métrica RMSE. O desenvolvimento de um modelo ensemble capaz de fornecer estimativas precisas pode ser implementado em aplicações de previsão em tempo real, auxiliando na avaliação da operação de parques eólicos e solares.
Abstract: In recent years, with increased interest in decarbonizing energy-generating processes through clean alternatives and the consequent search for new energy sources there has been a growing exploitation of solar irradiance and wind speed resources, and good predictability performance is essential given the natural intermittency of these resources. The aim of this thesis is to implement a dynamic ensemble architecture for time horizons ranging from 10 to 60 minutes for data at 10-minute time intervals. Global horizontal irradiance (GHI) and wind speed were calculated using four independent prediction models (Random forest, k-nearest neighbors, support vector regression and elastic net) to compare their performance with two dynamic ensemble methods, windowing and arbitrating, which combine the results of independent models. The autonomous models and dynamic ensemble methods were evaluated using the RMSE, MAE, R² and MAPE error metrics. The results of this work showed that the dynamic ensemble windowing method was the best performing method when compared to the other models evaluated. For both wind speed and solar irradiance forecasts, the windowing model achieved the best error values in terms of RMSE for all the forecast horizons evaluated. Using this approach, the gain in wind speed forecasting was 0.56% when compared to the second best forecasting model, while the gain in GHI forecasting was 1.96%, considering the RMSE metric. The development of an ensemble model capable of providing accurate estimates can be implemented in real-time forecasting applications, helping to evaluate the operation of wind and solar farms.
Descrição: Este documento está disponível online com base na Portaria nº 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/79234
ORCID do(s) Autor(es): https://orcid.org/0000-0001-5547-9029
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/5431706391804029
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0002-4366-366X
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/5339964546831976
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:DEME - Dissertações defendidas na UFC

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