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Tipo: Tese
Título: Estrutura Híbrida Combinando Wavelets e Ridge Regression Ensemble de Modelos de Aprendizado de Máquina Aplicados à Previsão Solar e Eólica no Brasil e na Espanha
Autor(es): Carneiro, Tatiane Carolyne
Orientador: Carvalho, Paulo Cesar Marques de
Coorientador: Rocha, Paulo Alexandre Costa
Palavras-chave em português: Aprendizado de Máquina;Energia renovável;aprendizado profundo;regressão penalizada;teoria do portfólio;recurso eólico;Inteligência artifícial;Regularização
Palavras-chave em inglês: Machine learning;deep learning;penalized regression;portfolio theory;wind resource;solar resource
Data do documento: 2023
Citação: CARNEIRO, T.C. Estrutura Híbrida Combinando Wavelets e Ridge Regression Ensemble de Modelos de Aprendizado de Máquina Aplicados à Previsão Solar e Eólica no Brasil e na Espanha. 2023. 215f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
Resumo: Nos últimos anos, com o rápido desenvolvimento da geração de eletricidade por meio das fontes eólica e solar, alguns problemas têm surgido gradativamente (incerteza e imprevisibilidade na geração final) e, muitas vezes, são inerentes à intermitência. Atualmente, um dos métodos essenciais para resolver esses problemas é a aplicação de metodologias de previsão. Esses métodos aprendem o comportamento das séries analisadas e implementam o conhecimento adquirido para prever valores futuros, podendo executar essa tarefa com metodologias individuais, por meio da combinação de diferentes metodologias (modelos híbridos) ou por meio da integração de diferentes resultados de modelos individuais (modelos de conjunto ou ensemble). Esta Tese propõe a aplicação de duas metodologias de conjunto/integração: a) Ridge Regression Ensemble (RRE); e b) Modelo híbrido que combina a decomposição de dados por meio da Transformada Wavelet (WT), modelos de Aprendizado de Máquina (AM) e o RRE (WD-RNA-RRE). Para comparação e validação dos desempenhos dos modelos propostos, o modelo de integração por meio da Teoria do Portfólio (PrevTP) também é aplicado. O objetivo das aplicações é integrar metodologias consolidadas de previsão eólica e solar aplicadas a dois locais com diferentes latitudes e perfis climáticos. A partir das simulações desenvolvidas (PrevTP, WD-RNA-RRE e RRE), as metodologias se mostraram eficientes para melhorarem o desempenho das previsões de métodos isolados e aplicáveis a diferentes localidades do mundo. Em termos de MAPE e RMSE, na aplicação aos dados solares e nas duas localidades, os modelos ensemble (WD-RNA-RRE e RRE) obtiveram melhor precisão que o melhor modelo Cascade Forward Back Propagation (CFBP) que teve melhor desempenho entre as aplicações individuais e que o modelo PrevTP. Nas aplicações aos dados eólicos, em termos de MAPE e RMSE, os modelos ensemble (WD-RNA-RRE, RRE e PrevTP) conseguiram melhorar o desempenho em relação aos modelos aplicados individualmente. Assim, pode-se destacar o PrevTP como a melhor aplicação aos dados espanhóis e o RRE com os melhores resultados na aplicação aos dados do Brasil. O PrevTP melhorou a precisão das metodologias individuais em duas das quatro aplicações desenvolvidas. As modelagens WD-RNA-RRE e RRE reduziram os erros de previsão em todas as aplicações e podem ser úteis na otimização do planejamento do uso de recursos solares e eólicos intermitentes nas matrizes elétricas.
Abstract: In recent years, with the rapid development of electricity generation through wind and solar sources, some problems have gradually emerged (uncertainty and unpredictability in the final generation) and are often inherent to intermittency. Currently, one of the essential methods to solve these problems is the application of forecasting methodologies. These methods learn the behavior of the analyzed series and implement the acquired knowledge to predict future values, being able to perform this task with individual methodologies, by combining different methodologies (hybrid models) or by integrating different results from individual models (ensemble models). This thesis proposes the application of two ensemble/integration methodologies: a) Ridge Regression Ensemble (RRE); and b) Hybrid model that combines data decomposition through the Wavelet Transform (WT), Machine Learning (AM) models and the RRE (WD-RNA-RRE). To compare and validate the performances of the proposed models, the model of integration through Portfolio Theory (PrevTP) is also applied. The objective of the applications is to integrate consolidated wind and solar forecasting methodologies applied to two locations with different latitudes and climate profiles. Based on the simulations developed (PrevTP,WD-RNA-RRE and RRE), the methodologies proved to be efficient in improving the forecasting performance of isolated methods and applicable to different locations around the world. In terms of MAPE and RMSE, in the application to solar data and in both locations, the ensemble models (WD-RNA-RRE and RRE) achieved better accuracy than the best Cascade Forward Back Propagation (CFBP), model that had the best performance among the individual applications, and than the PrevTP model. In the applications to wind data, in terms of MAPE and RMSE, the ensemble models (WD-RNA-RRE, RRE and PrevTP) managed to improve the performance in relation to the models applied individually. Thus, PrevTP can be highlighted as the best application to Spanish data and RRE with the best results in the application to data from Brazil. PrevTP improved the accuracy of individual methodologies in two of the four applications developed. The WD-RNA-RRE and RRE modeling reduced the forecast errors in all applications and can be useful in optimizing the planning of the use of intermittent solar and wind resources in the electric matrices.
Descrição: Carneiro, T.C. Estrutura Híbrida Combinando Wavelets e Ridge Regression Ensemble de Modelos de Aprendizado de Máquina Aplicados à Previsão Solar e Eólica no Brasil e na Espanha. 2023. 215f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/75040
ORCID do(s) Autor(es): https://orcid.org/0000-0001-7457-6836
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/5343540612148877
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0002-0115-0807
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/0935409654079900
ORCID do Coorientador: https://orcid.org/0000-0002-4366-366X
Currículo Lattes do Coorientador: http://lattes.cnpq.br/5339964546831976
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
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