Previsão da velocidade do vento na escala do parque eólico utilizando o modelo WRF e rede neural artificial
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2019 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da Universidade Federal de Alagoas (UFAL) |
Texto Completo: | http://www.repositorio.ufal.br/handle/riufal/5769 |
Resumo: | The objective of this work is to improve the prediction of the wind speed with 24 hours in advance, using forecast of the atmospheric model WRF (Weather Research and Forecasting) every 10 minutes. In addition, these outputs are refined through an Artificial Neural Network (ANN) nonlinear autoregressive with external inputs (NARX) to improve the WRF prognosis. This is a study with many tests and computational simulations. The OBS data were measured in an anemometric tower with measurements of wind speed and direction in 50, 70 and 100 meters. The tower was located at Craíbas (Alagoas State, Brazil). The configuration of the WRF model to generate the simulated data was based on recent studies for tropical regions. The ANN training was done with the WRF and OBS initial series. Then, the algorithm makes the forecast of the wind velocity from the training output. The results showed that the WRF prognoses made at 10-minute intervals were much better than those obtained in several 60-minutes studies. The use of ANN-NARX using these prognoses to forecast the next day’s wind speed proved to be a viable option. The mean velocity OBS was 5,30 m/s while the mean WRF e ANN were 5,20 m/s and 5,32 m/s respectively. In the comparison between ANN and WRF the following were observed: Mean deviation almost null (-0,01 m/s versus -0,35 m/s); Lower REQM (1,18 m/s versus 1,24 m/s); higher correlation coefficient (0,70 versus 0,61). It was evident that the chosen period for training (3 days) implies large errors when there is lot variability in the OBS and/or WRF series. |
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Previsão da velocidade do vento na escala do parque eólico utilizando o modelo WRF e rede neural artificialWind speed forecast in the wind park scale using the WRF model and artificial neural networkVentosEnergia eólicaWeather Reaserch and Forecasting (Modelo atmosférico)Redes neurais (Computação)WindsWind energyWeather Reaserch and Forecasting (Atmospheric Model)Neural Networks (Computation)CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::GEOCIENCIAS::METEOROLOGIAThe objective of this work is to improve the prediction of the wind speed with 24 hours in advance, using forecast of the atmospheric model WRF (Weather Research and Forecasting) every 10 minutes. In addition, these outputs are refined through an Artificial Neural Network (ANN) nonlinear autoregressive with external inputs (NARX) to improve the WRF prognosis. This is a study with many tests and computational simulations. The OBS data were measured in an anemometric tower with measurements of wind speed and direction in 50, 70 and 100 meters. The tower was located at Craíbas (Alagoas State, Brazil). The configuration of the WRF model to generate the simulated data was based on recent studies for tropical regions. The ANN training was done with the WRF and OBS initial series. Then, the algorithm makes the forecast of the wind velocity from the training output. The results showed that the WRF prognoses made at 10-minute intervals were much better than those obtained in several 60-minutes studies. The use of ANN-NARX using these prognoses to forecast the next day’s wind speed proved to be a viable option. The mean velocity OBS was 5,30 m/s while the mean WRF e ANN were 5,20 m/s and 5,32 m/s respectively. In the comparison between ANN and WRF the following were observed: Mean deviation almost null (-0,01 m/s versus -0,35 m/s); Lower REQM (1,18 m/s versus 1,24 m/s); higher correlation coefficient (0,70 versus 0,61). It was evident that the chosen period for training (3 days) implies large errors when there is lot variability in the OBS and/or WRF series.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorO objetivo deste trabalho é melhorar a previsão da velocidade do vento com antecedência de 24 horas, utilizando o modelo atmosférico WRF (Weather Research and Forecasting) com saídas a cada 10 minutos. Em adição, estas saídas são refinadas através de uma Rede Neural Artificial (RNA) não linear auto-regressiva com entradas externas (NARX) visando melhorar os prognósticos. Trata-se de um estudo com muitos testes e simulações computacionais. Os dados OBS são de uma torre anemométrica de 100 metros de altura do Projeto PVPN em 3 níveis (30, 50 e 100 m), mas foram utilizados somente os dados do nível 2 (50metros) localizada no Município de Craíbas na região Agreste de Alagoas. A configuração do modelo para gerar os prognósticos WRF foi baseada em estudos recentes para regiões tropicais. As séries WRF e OBS são convertidas para o software computacional MATLAB para treinar, testar e validar a RNA-NARX. Na sequência o algoritmo extrapola uma série de dados que denominamos de RNA é a previsão da velocidade do vento a partir do output de treinamento. Os resultados mostraram que os prognósticos WRF feitos em intervalos de 10 minutos foram bem melhores do que o obtido em diversos estudos com médias horárias. O uso de RNA-NARX utilizando estes prognósticos, para fazer a previsão da velocidade do vento para o dia seguinte se mostrou uma opção viável. A velocidade média OBS foi de 5,30 m/s enquanto que as médias WRF e RNA foram de 5,20 m/s e 5,32 m/s respectivamente. Na comparação dos prognósticos RNA e WRF verificou-se o seguinte: Desvio médio quase nulo (-0,01 m/s versus -0,35); REQM inferior (1,18 m/s versus 1,24 m/s), coeficiente de correlação superior (0,70 versus 0,61). Ficou evidente que o período escolhido para o treinamento (3 dias) implica em erros grandes quando existe muita variabilidade na série OBS e/ou WRF.Universidade Federal de AlagoasBrasilPrograma de Pós-Graduação em MeteorologiaUFALLyra, Roberto Fernando da Fonsecahttp://lattes.cnpq.br/4402659341854500Silva Júnior, Rosiberto Salustiano dahttp://lattes.cnpq.br/1798232201205174Barbosa, Isnaldo Isaachttp://lattes.cnpq.br/8346517003296057Santos, Iwldson Guilherme da Silva2019-08-23T19:48:07Z2019-07-242019-08-23T19:48:07Z2019-05-10info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfSANTOS, Iwldson Guilherme da Silva. Previsão da velocidade do vento na escala do parque eólico utilizando o modelo WRF e rede neural artificial. 2019. 76 f. Dissertação (Mestrado em Meteorologia) – Instituto de Ciências Atmosféricas, Programa de Pós Graduação em Meteorologia, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2019.http://www.repositorio.ufal.br/handle/riufal/5769porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal de Alagoas (UFAL)instname:Universidade Federal de Alagoas (UFAL)instacron:UFAL2019-08-23T19:48:08Zoai:www.repositorio.ufal.br:riufal/5769Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufal.br/oai/requestri@sibi.ufal.bropendoar:2019-08-23T19:48:08Repositório Institucional da Universidade Federal de Alagoas (UFAL) - Universidade Federal de Alagoas (UFAL)false |
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The objective of this work is to improve the prediction of the wind speed with 24 hours in advance, using forecast of the atmospheric model WRF (Weather Research and Forecasting) every 10 minutes. In addition, these outputs are refined through an Artificial Neural Network (ANN) nonlinear autoregressive with external inputs (NARX) to improve the WRF prognosis. This is a study with many tests and computational simulations. The OBS data were measured in an anemometric tower with measurements of wind speed and direction in 50, 70 and 100 meters. The tower was located at Craíbas (Alagoas State, Brazil). The configuration of the WRF model to generate the simulated data was based on recent studies for tropical regions. The ANN training was done with the WRF and OBS initial series. Then, the algorithm makes the forecast of the wind velocity from the training output. The results showed that the WRF prognoses made at 10-minute intervals were much better than those obtained in several 60-minutes studies. The use of ANN-NARX using these prognoses to forecast the next day’s wind speed proved to be a viable option. The mean velocity OBS was 5,30 m/s while the mean WRF e ANN were 5,20 m/s and 5,32 m/s respectively. In the comparison between ANN and WRF the following were observed: Mean deviation almost null (-0,01 m/s versus -0,35 m/s); Lower REQM (1,18 m/s versus 1,24 m/s); higher correlation coefficient (0,70 versus 0,61). It was evident that the chosen period for training (3 days) implies large errors when there is lot variability in the OBS and/or WRF series. |
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