Avaliação de aplicação de redes neurais artificiais em métodos de medição-correlação-predição
Autor(a) principal: | |
---|---|
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 |