Avaliação de aplicação de redes neurais artificiais em métodos de medição-correlação-predição

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Velumani, Saran Vikash
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.22/13823
Resumo: In this study a single artificial neural network (ANN) model was developed to predict the short term mean hourly wind speed and wind direction at target sites using short term mean hourly reference wind data. Standard multi-layered, feed-forward, backpropagation neural networks with single hidden layer architecture was designed using neural network toolbox for MATLAB. The hidden layers and output layer of the network consist of tangent sigmoid transfer function (tansig) and linear transfer function (purelin) as an activation function. Five different sites from Japan, Saudi Arabia, Jordan, France and Russia with different terrain complexity, completely different weather conditions, and different correlation coefficient between reference and target sites were tested. Single model was constructed, and two different approaches were experimented. Approach 1 made use of entire concurrent period dataset, the output values from the model was compared against the three methods: regression, matrix and neural network. Second approach was built on certain period of data and tested on unused data. The purpose behind the fabrication of this approach is to try and understand the neural network model. The results of approach 1 was that the neural network model is able to statistically perform better than other methods and equally well in predicting wind direction sectors. The maximum mean absolute percentage error for NN MATLAB model was found to be 62.5% in Japan to 23.7% in France. The model suffers in predicting the lower wind speeds which explains the distortion in wind frequency distribution and resulting in Power density deviation. The maximum deviation was -18.1% in Jordan and -7.9% in France. The sites in Japan, Saudi Arabia, France and Russia were considered for approach 2. The results were interesting, in case of japan the first month was better than the last month result. Overall the performance of the model was better in case of France followed by Russia site. The maximum deviation of Power density was noticed in case of Japan’s last month scenario -26.6% to minimum of about 3.2% in France and -5.2% was observed in case of Russia. In Saudi Arabia site, the only case where the concurrent period extends over a period of one year, the performance of the model was statistically good but suffers from same problem of previous cases. The deviation in power density was spotted around -21.4%.
id RCAP_f6b78ef55b5489bbde3ea3b5b70f0165
oai_identifier_str oai:recipp.ipp.pt:10400.22/13823
network_acronym_str RCAP
network_name_str Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
repository_id_str 7160
spelling Avaliação de aplicação de redes neurais artificiais em métodos de medição-correlação-prediçãoWind resource assessmentMCPArtificial Neural NetworkShort term correlationWind speed predictionAvaliação de recursos eólicosCorrelação de curto prazoPrevisão de velocidade do ventoIn this study a single artificial neural network (ANN) model was developed to predict the short term mean hourly wind speed and wind direction at target sites using short term mean hourly reference wind data. Standard multi-layered, feed-forward, backpropagation neural networks with single hidden layer architecture was designed using neural network toolbox for MATLAB. The hidden layers and output layer of the network consist of tangent sigmoid transfer function (tansig) and linear transfer function (purelin) as an activation function. Five different sites from Japan, Saudi Arabia, Jordan, France and Russia with different terrain complexity, completely different weather conditions, and different correlation coefficient between reference and target sites were tested. Single model was constructed, and two different approaches were experimented. Approach 1 made use of entire concurrent period dataset, the output values from the model was compared against the three methods: regression, matrix and neural network. Second approach was built on certain period of data and tested on unused data. The purpose behind the fabrication of this approach is to try and understand the neural network model. The results of approach 1 was that the neural network model is able to statistically perform better than other methods and equally well in predicting wind direction sectors. The maximum mean absolute percentage error for NN MATLAB model was found to be 62.5% in Japan to 23.7% in France. The model suffers in predicting the lower wind speeds which explains the distortion in wind frequency distribution and resulting in Power density deviation. The maximum deviation was -18.1% in Jordan and -7.9% in France. The sites in Japan, Saudi Arabia, France and Russia were considered for approach 2. The results were interesting, in case of japan the first month was better than the last month result. Overall the performance of the model was better in case of France followed by Russia site. The maximum deviation of Power density was noticed in case of Japan’s last month scenario -26.6% to minimum of about 3.2% in France and -5.2% was observed in case of Russia. In Saudi Arabia site, the only case where the concurrent period extends over a period of one year, the performance of the model was statistically good but suffers from same problem of previous cases. The deviation in power density was spotted around -21.4%.Neste estudo, foi desenvolvido um modelo de rede neural artificial (RNA) para prever a velocidade média do vento de curto prazo e a direção do vento em locais-alvo, usando dados de vento de referência de curto prazo. Foram projetadas redes neurais padrão multi-camadas, feed-forward, de propagação reversa com arquitetura de camada oculta única usando a caixa de ferramentas de rede neural para o MATLAB. As camadas ocultas e a camada de saída da rede consistem na função de transferência sigmóide tangente (tansig) e na função de transferência linear (purelin) como uma função de ativação. Foram testados cinco locais diferentes, Japão, Arábia Saudita, Jordânia, França e Rússia, com diferentes complexidades de terreno, condições climáticas completamente diferentes e diferentes coeficientes de correlação entre os locais de referência e os de destino. Foram testadas duas abordagens diferentes com o modelo construído. Na abordagem foi usado todo o conjunto de dados do período concorrente e os valores de saída do modelo foram comparados com três métodos em estudo: regressão, matriz e rede neural. A segunda abordagem foi construída usando apenas um determinado período de dados e o modelo foi testado em dados não utilizados. O objetivo desta segunda abordagem foi tentar entender o modelo de rede neural. Os resultados obtidos com a abordagem 1 aplicada aos 5 sítios em estudo permitiram verificar que o modelo de rede neural desenvolvido se apresenta estatisticamente melhor do que os outros métodos testados. Verifica-se que é capaz de prever bem a direção do vento por setores. Foi obtido um erro percentual médio absoluto máximo com o modelo NN MATLAB de 62,5% no Japão e de 23,7% na França. O modelo desenvolvido apresenta uma limitação na previsão das velocidades de vento mais baixas, o que explica a distorção na distribuição da frequência do vento e resulta no desvio da densidade de potência. O desvio máximo obtido para a densidade de potência foi de -18,1% na Jordânia e de -7,9% na França. Na abordagem 2 foram utilizados os dados do Japão, Arábia Saudita, França e Rússia. Os resultados foram interessantes. Verificou-se que no caso do Japão foi possível obter melhores resultados para o primeiro mês do que para o último mês. No geral, o desempenho do modelo foi melhor no caso da França, seguido pela Rússia. O desvio máximo da densidade de potência foi observado no caso do cenário do último mês do Japão -26,6% e foram observados desvios mínimos de cerca de 3,2% na França e -5,2% na Rússia. No site da Arábia Saudita, o único caso em que o período concorrente se estende por um período de um ano, o desempenho do modelo foi estatisticamente bom, verificando-se a mesma dificuldade de previsão de velocidades baixas. O desvio na densidade de potência foi de cerca de -21,4%.Pilão, Rosa Maria Barbosa RodriguesRepositório Científico do Instituto Politécnico do PortoVelumani, Saran Vikash2022-02-28T01:30:43Z20192019-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10400.22/13823TID:202250695enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-03-13T12:56:07Zoai:recipp.ipp.pt:10400.22/13823Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T17:33:42.893757Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
dc.title.none.fl_str_mv Avaliação de aplicação de redes neurais artificiais em métodos de medição-correlação-predição
title Avaliação de aplicação de redes neurais artificiais em métodos de medição-correlação-predição
spellingShingle Avaliação de aplicação de redes neurais artificiais em métodos de medição-correlação-predição
Velumani, Saran Vikash
Wind resource assessment
MCP
Artificial Neural Network
Short term correlation
Wind speed prediction
Avaliação de recursos eólicos
Correlação de curto prazo
Previsão de velocidade do vento
title_short Avaliação de aplicação de redes neurais artificiais em métodos de medição-correlação-predição
title_full Avaliação de aplicação de redes neurais artificiais em métodos de medição-correlação-predição
title_fullStr Avaliação de aplicação de redes neurais artificiais em métodos de medição-correlação-predição
title_full_unstemmed Avaliação de aplicação de redes neurais artificiais em métodos de medição-correlação-predição
title_sort Avaliação de aplicação de redes neurais artificiais em métodos de medição-correlação-predição
author Velumani, Saran Vikash
author_facet Velumani, Saran Vikash
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Pilão, Rosa Maria Barbosa Rodrigues
Repositório Científico do Instituto Politécnico do Porto
dc.contributor.author.fl_str_mv Velumani, Saran Vikash
dc.subject.por.fl_str_mv Wind resource assessment
MCP
Artificial Neural Network
Short term correlation
Wind speed prediction
Avaliação de recursos eólicos
Correlação de curto prazo
Previsão de velocidade do vento
topic Wind resource assessment
MCP
Artificial Neural Network
Short term correlation
Wind speed prediction
Avaliação de recursos eólicos
Correlação de curto prazo
Previsão de velocidade do vento
description In this study a single artificial neural network (ANN) model was developed to predict the short term mean hourly wind speed and wind direction at target sites using short term mean hourly reference wind data. Standard multi-layered, feed-forward, backpropagation neural networks with single hidden layer architecture was designed using neural network toolbox for MATLAB. The hidden layers and output layer of the network consist of tangent sigmoid transfer function (tansig) and linear transfer function (purelin) as an activation function. Five different sites from Japan, Saudi Arabia, Jordan, France and Russia with different terrain complexity, completely different weather conditions, and different correlation coefficient between reference and target sites were tested. Single model was constructed, and two different approaches were experimented. Approach 1 made use of entire concurrent period dataset, the output values from the model was compared against the three methods: regression, matrix and neural network. Second approach was built on certain period of data and tested on unused data. The purpose behind the fabrication of this approach is to try and understand the neural network model. The results of approach 1 was that the neural network model is able to statistically perform better than other methods and equally well in predicting wind direction sectors. The maximum mean absolute percentage error for NN MATLAB model was found to be 62.5% in Japan to 23.7% in France. The model suffers in predicting the lower wind speeds which explains the distortion in wind frequency distribution and resulting in Power density deviation. The maximum deviation was -18.1% in Jordan and -7.9% in France. The sites in Japan, Saudi Arabia, France and Russia were considered for approach 2. The results were interesting, in case of japan the first month was better than the last month result. Overall the performance of the model was better in case of France followed by Russia site. The maximum deviation of Power density was noticed in case of Japan’s last month scenario -26.6% to minimum of about 3.2% in France and -5.2% was observed in case of Russia. In Saudi Arabia site, the only case where the concurrent period extends over a period of one year, the performance of the model was statistically good but suffers from same problem of previous cases. The deviation in power density was spotted around -21.4%.
publishDate 2019
dc.date.none.fl_str_mv 2019
2019-01-01T00:00:00Z
2022-02-28T01:30:43Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://hdl.handle.net/10400.22/13823
TID:202250695
url http://hdl.handle.net/10400.22/13823
identifier_str_mv TID:202250695
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
instacron:RCAAP
instname_str Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
instacron_str RCAAP
institution RCAAP
reponame_str Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
collection Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
repository.name.fl_str_mv Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1799131429446090752