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Tipo: Dissertação
Título: Modelo estatístico para predição de geração de energia solar fotovoltaica
Autor(es): MARIANA VILLELA FLESCH
Primeiro orientador: Erlandson Ferreira Saraiva
Resumo: Nos últimos 10 anos, houve um aumento significativo da geração de energia através de usinas fotovoltaicas, tanto residenciais quanto de grande porte. Em regiões com incidência solar abundante, como é o caso do Brasil, usinas fotovoltaicas são frequentemente instaladas devido a viabilidade financeira. Com isso, a cada dia mais usinas fotovoltaicas estão sendo ligadas ao sistema de rede elétrica das cidades. No entanto, isto pode causar instabilidade na rede, gerando desafios para as concessionárias de energia, pois estas administram a estrutura de transmissão e distribuição de energia elétrica. Uma ferramenta de auxílio na resolução deste problema é o desenvolvimento de modelos preditivos capazes de informar com alta confiabilidade a quantidade de energia que será gerada e inserida no sistema elétrico por uma usina. Nesta dissertação, propomos uma abordagem Bayesiana para: (i) estimar a curva de crescimento de uma função f(·) que modela a geração de energia solar em n dias; e (ii) predizer a curva de crescimento para o (n + 1)-ésimo dia usando o histórico dos valores registrados. Para isso, assumimos que f(·) é uma função desconhecida, mas com vetor de valores f(t)=(f(1),...,f(k)) sendo gerado a priori de um processo Gaussiano. Uma vantagem dessa abordagem é que podemos estimar a curva das funções f(·) e fn+1(·) por “funções suaves” que são obtidas ligando por linhas os pontos gerados a partir de uma distribuição normal k-variada com vetor de médias e matriz de covariâncias apropriados. Contudo, como a distribuição a posteriori conjunta para os parâmetros de interesse não possui uma forma matemática conhecida, descrevemos como implementar um algoritmo Gibbs sampling para obter as estimativas para os parâmetros. Ilustramos a performance do modelo proposto utilizando dois estudos de simulação e uma aplicação a um conjunto de dados reais. Como medidas de desempenho, calculamos o erro percentual absoluto, a média do erro percentual absoluto (MEPA) e a raiz quadrada do erro quadrático médio (RQEM). Em todos os casos simulados e na aplicação, os valores de MEPA e REQM são próximos a 0, indicando um desempenho muito satisfatório da abordagem proposta. Palavras chave: Energia Solar Fotovoltaica; Distribuição Normal Mutivariada; Processo Gaussiano; Inferência Bayesiana; Algoritmo Gibbs Sampling.
Abstract: Over the past 10 years, there has been a significant increase in energy generation through photovoltaic plants, both residential and large-scale. In regions with abundant solar incidence, such as Brazil, photovoltaic plants are often installed due to financial viability. As a result, more and more photovoltaic plants are being connected to the electrical grid system of cities every day. However, this can cause instability in the grid, creating challenges for energy concessionaires, as they manage the structure of transmission and distribution of electrical energy. A tool to help solve this problem is the development of predictive models capable of informing with high reliability the amount of energy that will be generated and inserted into the electrical system by a plant. In this dissertation, we propose a Bayesian approach to estimate the curve of a function f(·) that models the solar power generated at k moments per day for n days and to forecast the curve for the (n + 1)th day by using the history of recorded values. We assume that f(·) is an unknown function and adopt a Bayesian model with a Gaussian-process prior on the vector of values f(t)=(f(1),...,f(k)). An advantage of this approach is that we may estimate the curves of f(·) and fn+1(·) as “smooth functions” obtained by interpolating between the points generated from a k-variate normal distribution with appropriate mean vector and covariance matrix. Since the joint posterior distribution for the parameters of interest does not have a known mathematical form, we describe how to implement a Gibbs sampling algorithm to obtain estimates for the parameters. The good performance of the proposed approach is illustrated using two simulation studies and an application to a real dataset. As performance measures, we calculate the absolute percentage error, the mean absolute percentage error (MAPE), and the root-mean-square error (RMSE). In all simulated cases and in the application to real-world data, the MAPE and RMSE values were all near 0, indicating the very good performance of the proposed approach. Palavras chave: Photovoltaic solar power forecasting; statistical modeling; Bayesian inference; Gaussian process; MCMC; Gibbs sampling algorithm
Palavras-chave: Modelo estatístico, Modelo estatístico
País: Brasil
Editor: Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul
Sigla da Instituição: UFMS
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/9475
Data do documento: 2024
Aparece nas coleções:Programa de Pós-graduação em Eficiência Energética e Sustentabilidade

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