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Tipo: TCC
Título: Uso de machine learning para análise de subperformance de usinas solares
Autor(es): Silva, Alexandre Magno Oliveira
Orientador: Antunes, Fernando Luiz Marcelo
Coorientador: Katel, Menaouar Berrehil El
Palavras-chave em português: Energia solar;Machine learning;Detecção de falhas;XGBoost;Usinas fotovoltaicas;Manutenção preditiva
Palavras-chave em inglês: Solar energy;Machine learning;Fault detection;XGBoost;Photovoltaic plants;Predictive maintenance
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Data do documento: 2026
Citação: SILVA, Alexandre Magno Oliveira. Uso de machine learning para análise de subperformance de usinas solares. 2026. 83 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Elétrica) — Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2026.
Resumo: A expansão da energia solar em larga escala impõe desafios crescentes para a operação e manutenção (O&M), uma vez que métodos tradicionais de monitoramento baseados em limites fixos sistemas Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA), muitas vezes falham na identificação de anomalias sutis. Este trabalho apresenta um sistema automatizado para detecção de falhas em stringboxes de usinas solares utility-scale utilizando técnicas de aprendizado de máquina. A abordagem propõe uma arquitetura One-vs-All baseada no algoritmo eXtreme Gradient Boosting (XGBoost) para identificar três classes distintas de anomalias: stringboxes zeradas (perda total de comunicação ou potência), subperformance (baixa eficiência contínua) e sombreamento (distorções temporais na curva de geração). A metodologia utilizou dados reais de uma usina no Nordeste do Brasil, aplicando uma engenharia de atributos que extraiu 28 características estatísticas e morfológicas das séries temporais diárias. Os resultados validaram a eficácia do sistema: o detector de stringboxes zeradas alcançou desempenho ideal (100% de F1-Score); o detector de subperformance obteve 95,22% de acurácia e F1-Score de 0,7059, demonstrando robustez contra falsos positivos; e o detector de sombreamento, validado via k-fold estratificado, atingiu F1-Score de 0,6368, comprovando a capacidade de capturar padrões temporais mesmo em cenários de dados desbalanceados. O sistema demonstra ser uma ferramenta viável para auxiliar a tomada de decisão em O&M, superando limitações de abordagens puramente determinísticas.
Abstract: The expansion of large-scale solar power generation imposes increasing challenges for operation and maintenance (O&M), as traditional monitoring methods based on fixed thresholds, such as Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) systems, often fail to identify subtle anomalies. This work presents an automated fault detection system for stringboxes in utility-scale solar plants using machine learning techniques. The approach proposes a One-vs-All architecture based on the XGBoost algorithm to identify three distinct anomaly classes: zero-output stringboxes (total loss of communication or power), underperformance (continuous low efficiency), and shading (temporal distortions in the generation curve). The methodology used real data from a plant in Northeast Brazil, applying feature engineering that extracted 28 statistical and morphological features from daily time series. The results validated the system’s effectiveness: the zero-output detector achieved ideal performance (100% F1-Score); the underperformance detector obtained 95.22% accuracy and an F1-Score of 0.7059, demonstrating robustness against false positives; and the shading detector, validated via stratified k-fold, reached an F1-Score of 0.6368, proving the ability to capture temporal patterns even in imbalanced data scenarios. The system proves to be a viable tool to support O&M decision-making, overcoming the limitations of purely deterministic approaches.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/84366
ORCID do(s) Autor(es): https://orcid.org/0009-0008-1943-0488
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/5627913405388573
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0002-0564-4564
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/3429770707790925
ORCID do Coorientador: https://orcid.org/0000-0002-2133-9391
Currículo Lattes do Coorientador: http://lattes.cnpq.br/8783500978890495
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:ENGENHARIA ELÉTRICA - Monografias

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