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Type: TCC
Title: Aplicação de Machine Learning para a previsão da velocidade do vento em diferentes localidades para um horizonte de previsão de 24 horas
Authors: Fernandes, Arthur Carvalho
Advisor: Andrade, Carla Freitas de
Co-advisor: Rocha, Paulo Alexandre Costa
Keywords in Brazilian Portuguese : Previsão da velocidade do vento;Aprendizado de máquina;Previsão numérica do tempo;Energia eólica;XGBoost
Keywords in English : Wind speed forecasting;Machine learning;Numerical weather prediction;Wind energy;XGBoost
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Issue Date: 2025
Citation: FERNANDES, Arthur Carvalho. Aplicação de Machine Learning para a previsão da velocidade do vento em diferentes localidades para um horizonte de previsão de 24 horas. 2025. 91 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Energias Renováveis) — Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.
Abstract in Brazilian Portuguese: Em consonância com o crescimento acelerado das fontes renováveis na matriz energética brasileira e mundial, especialmente da energia eólica, a previsão precisa da velocidade do vento tornou-se essencial para o planejamento e a operação eficiente do sistema elétrico nacional. Nessa tangente, a aplicação de algoritmos de aprendizado de máquina surge como uma alternativa para complementar e corrigir as limitações existentes nos modelos tradicionais de previsão numérica do tempo. Diante desse contexto, o objetivo geral do trabalho é de alcançar uma melhora na previsão da velocidade do vento com o uso de um algoritmo de aprendizado de máquina para quatro localidades distintas, são elas: Senhor do Bonfim (BA), Conde (BA), Mossoró (RN) e Rio Grande (RS). Os dados de previsão utilizados são dos modelos globais de Previsão Numérica do Tempo ARPEGE e GFS. Em um período aproximado de seis meses de dados, foi feita uma análise comparativa preliminar dos dados medidos e dados previstos, uma análise de variáveis usando métodos de feature engineering, uma otimização dos hiperparâmetros para encontrar a melhor combinação, e o treinamento do modelo de aprendizado de máquina para dados de ARPEGE e GFS a fim de compará-los com as suas previsões originais e com o método da Persistência. O algoritmo de aprendizado utilizado foi o XGBoost, e com a metodologia utilizada foi alcançado resultados significativos utilizando métricas como o RMSE e o R² para avaliação. Em Mossoró foram obtidas as melhores performances do modelo, alcançando uma melhora de 73,13% para XGBoost ARPEGE e de 45,45% para XGBoost GFS em relação às suas previsões originais. Registrando um coeficiente de determinação (R²) acima de 0,55, os dois algoritmos registraram uma redução de mais de 40% do RMSE médio se comparados ao método da Persistência no mesmo período.
Abstract: In line with the accelerated growth of renewable sources in the Brazilian and global energymatrix, especially wind energy, the precise forecasting of wind speed has become essential for theplanning and efficient operation of the national electrical system. In this context, the application ofmachine learning algorithms emerges as an alternative to complement and correct the existinglimitations in traditional numerical weather prediction models. Given this context, the generalobjective of this work is to achieve an improvement in wind speed forecasting by using a machinelearning algorithm for four distinct locations: Senhor do Bonfim (BA), Conde (BA), MossorÛ(RN), and Rio Grande (RS). The forecast data used are from the global Numerical WeatherPrediction models ARPEGE and GFS. With approximately six months of data, a preliminarycomparative analysis of measured and predicted data was conducted, along with a variableanalysis using feature engineering methods, hyperparameter optimization to find the bestcombination, and the training of the machine learning model for ARPEGE and GFS data in orderto compare them with their original forecasts and with the Persistence method. The machinelearning algorithm used was XGBoost, and with the applied methodology, significant results wereachieved using metrics such as RMSE and R2 for evaluation. The best model performances wereobtained in MossorÛ, achieving an improvement of 73.13% for XGBoost ARPEGE and 45.45%for XGBoost GFS in relation to their original forecasts. Reaching a coefficient of determination(R2) above 0.55, both algorithms registered a reduction of more than 40% in the average RMSEwhen compared to the Persistence method in the same period.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/83297
Advisor's ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1403-1994
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/1903591824850643
Co-advisor's ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4366-366X
Co-advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/5339964546831976
Access Rights: Acesso Aberto
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