Desenvolvimento de uma ferramenta para previsão de curto prazo da geração de energia fotovoltaica

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Fischer, Darlan Régis
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Manancial - Repositório Digital da UFSM
dARK ID: ark:/26339/001300000tc21
Texto Completo: http://repositorio.ufsm.br/handle/1/22621
Resumo: The dissemination of photovoltaic systems in the distribution of electricity, as a complement to the large centralized generating units, motivates research related to the forecast of the hourly capacity for distributed electricity generation. A good accuracy in the forecast of photovoltaic generation can contribute to the reduction of the variability resulting from the uncertainty of the output power of the photovoltaic system, improving its stability and dispatch. Thus, the proposal of new models that present a good predictive capacity is, therefore, of great interest to those responsible for the operation of photovoltaic generation systems. The present work aims to present a method of development of Artificial Neural Networks (ANNs) for the prediction of photovoltaic generation using the Multilayer Perceptron neural network model, in order to assist in the reliability of system operation, planning adjustment and allow for optimized dispatch. Local characteristics are the input information of the model that aims to analyze the influence of four meteorological variables: radiation (W / m²), ambient temperature (° C), wind speed (m / s) and humidity (%). All data used for training and testing the predictive ability of RNAs are real monitoring data, coming from a weather station and a photovoltaic generation plant. Generation forecasting capacity tests were carried out for a photovoltaic plant of 100 kWp for the period from January 2020 to June 2020, from the training of 60 RNAs in which the statistical evaluation of the results was carried out in relation to the variation of the number of neurons in a given range. The best ANN performance was defined from the analysis of the correlation coefficient and the metrics Mean Absolute Error (MAE) and Root Mean Square Error (RMSE). In order to validate the ANN's forecasting capacity, the assessment was carried out for each month separately and, finally, the sensitivity of each of the input variables in the performance of the proposed model was verified. In short, all the results obtained during the study are satisfactory and capable of proving the ability to predict the developed ANNs, this because, for all the cases under study, the correlation coefficient showed values greater than 0.9 which indicates a synaptic correlation very strong.
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A good accuracy in the forecast of photovoltaic generation can contribute to the reduction of the variability resulting from the uncertainty of the output power of the photovoltaic system, improving its stability and dispatch. Thus, the proposal of new models that present a good predictive capacity is, therefore, of great interest to those responsible for the operation of photovoltaic generation systems. The present work aims to present a method of development of Artificial Neural Networks (ANNs) for the prediction of photovoltaic generation using the Multilayer Perceptron neural network model, in order to assist in the reliability of system operation, planning adjustment and allow for optimized dispatch. Local characteristics are the input information of the model that aims to analyze the influence of four meteorological variables: radiation (W / m²), ambient temperature (° C), wind speed (m / s) and humidity (%). All data used for training and testing the predictive ability of RNAs are real monitoring data, coming from a weather station and a photovoltaic generation plant. Generation forecasting capacity tests were carried out for a photovoltaic plant of 100 kWp for the period from January 2020 to June 2020, from the training of 60 RNAs in which the statistical evaluation of the results was carried out in relation to the variation of the number of neurons in a given range. The best ANN performance was defined from the analysis of the correlation coefficient and the metrics Mean Absolute Error (MAE) and Root Mean Square Error (RMSE). In order to validate the ANN's forecasting capacity, the assessment was carried out for each month separately and, finally, the sensitivity of each of the input variables in the performance of the proposed model was verified. In short, all the results obtained during the study are satisfactory and capable of proving the ability to predict the developed ANNs, this because, for all the cases under study, the correlation coefficient showed values greater than 0.9 which indicates a synaptic correlation very strong.A disseminação de sistemas fotovoltaicos na distribuição de energia elétrica, como complemento às unidades geradoras de grande porte centralizadas, motiva a pesquisa relacionada à previsão da capacidade horária de geração distribuída de eletricidade. Uma boa exatidão na previsão da geração fotovoltaica pode contribuir com a redução da variabilidade resultante da incerteza da potência de saída do sistema fotovoltaico, melhorando a estabilidade e despacho do mesmo. Desta forma, a proposição de novos modelos que apresentem uma boa capacidade preditiva é, portanto, de grande interesse aos responsáveis pela operação de sistemas de geração fotovoltaica. O presente trabalho tem como propósito apresentar um método de desenvolvimento de Redes Neurais Artificiais (RNAs) para a previsão de geração fotovoltaica utilizando o modelo de rede neural Perceptron de Múltiplas Camadas, tendo em vista auxiliar na confiabilidade de operação do sistema, ajuste do planejamento e permitir o despacho otimizado. Características locais são as informações de entrada do modelo que visa analisar a influência de quatro variáveis meteorológicas sendo elas: radiação (W/m²), temperatura ambiente (°C), velocidade do vento (m/s) e umidade (%). Todos os dados utilizados para treinamento e teste da capacidade preditiva das RNAs são dados reais de monitoramento, provenientes de uma estação meteorológica e de uma usina de geração fotovoltaica. Foram realizados testes de capacidade de previsão de geração para uma usina fotovoltaica de 100 kWp para o período de janeiro de 2020 a junho de 2020, a partir do treinamento de 60 RNAs no qual realizou-se a avaliação estatística dos resultados em relação à variação do número de neurônios em uma faixa estipulada. O melhor desempenho da RNA foi definido a partir da análise do coeficiente de correlação e das métricas Erro Médio Absoluto (MAE) e Raiz do Erro Médio Quadrático (RMSE). Com o intuito de validar a capacidade de previsão da RNA, realizou-se a avaliação para cada mês separadamente e por fim verificou-se a sensibilidade de cada uma das variáveis de entrada no desempenho do modelo proposto. Em suma, todos os resultados obtidos durante o estudo são satisfatórios e capazes de comprovar a capacidade de predição das RNAs desenvolvidas, isso pois, para todos os casos em estudo o coeficiente de correlação apresentou valores superior a 0,9 o qual indica uma correlação sináptica muito forte.Universidade Federal de Santa MariaBrasilEngenharia ElétricaUFSMPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaCentro de TecnologiaAbaide, Alzenira da Rosahttp://lattes.cnpq.br/2427825596072142Santos, Laura Lisiane Callai dosRodrigues, Mauro FonsecaFischer, Darlan Régis2021-10-26T19:20:15Z2021-10-26T19:20:15Z2021-05-12info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/22621ark:/26339/001300000tc21porAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2021-12-31T13:35:48Zoai:repositorio.ufsm.br:1/22621Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/ONGhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.comopendoar:2021-12-31T13:35:48Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false
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