Previsão de vazões afluentes utilizando redes neurais artificiais e ensembles

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2019
Autor(a) principal: Belotti, Jônatas Trabuco
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Ponta Grossa
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4037
Resumo: The Brazilian energy matrix is predominantly composed of hydroelectric plants. In this way, it is important to ensure maximum efficiency in the operation of these plants since the direct consequence is a significant impact on the cost of energy production and pricing. Determining the streamflow to a hydroelectric plant is a fundamental step in the efficiency of the operation. Over the years, several linear models, such as Autorregressive, and nonlinear, as Artificial Neural Networks have been used to predict streamflows. In order to improve the existing forecasting techniques, this work accomplished the forecast of monthly streamflows through the use of 2 linear models: Autoregressive and Autoregressive of Moving Averages; 10 Architectures of Artificial Neural Networks: MLP, RBF, ELM, ELM (CR), Elman, Jordan, ESN Jaeger, ESN Jaeger (CR), ESN Ozturk and ESN Ozturk (CR); and 6 Ensembles: Medium, Median, MLP, RBF, ELM and ELM (CR) combiners. The term CR is related to the presence of the regularization coefficient. The tests were carried out of the historical séries of the plants of Água Vermelha, Belo Monte, Ilha Solteira, Paulo Afonso and Tucuruí with forecasts horizons of 1, 3, 6 and 12 steps ahead. In addition, the inputs used by the neural models were selected using the Wrapper method. Also, we proposed and tested 3 forecasting strategies using data from the El Niño and La Niña climatic events, two of which resulted in significant improvements in the performances. We verified that the performance of the neural models were better than the linear models in all the simulations, proving the superiority of the nonlinear predictors. We highlight the ELM as the best predictor.
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In order to improve the existing forecasting techniques, this work accomplished the forecast of monthly streamflows through the use of 2 linear models: Autoregressive and Autoregressive of Moving Averages; 10 Architectures of Artificial Neural Networks: MLP, RBF, ELM, ELM (CR), Elman, Jordan, ESN Jaeger, ESN Jaeger (CR), ESN Ozturk and ESN Ozturk (CR); and 6 Ensembles: Medium, Median, MLP, RBF, ELM and ELM (CR) combiners. The term CR is related to the presence of the regularization coefficient. The tests were carried out of the historical séries of the plants of Água Vermelha, Belo Monte, Ilha Solteira, Paulo Afonso and Tucuruí with forecasts horizons of 1, 3, 6 and 12 steps ahead. In addition, the inputs used by the neural models were selected using the Wrapper method. Also, we proposed and tested 3 forecasting strategies using data from the El Niño and La Niña climatic events, two of which resulted in significant improvements in the performances. We verified that the performance of the neural models were better than the linear models in all the simulations, proving the superiority of the nonlinear predictors. We highlight the ELM as the best predictor.Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)A matriz energética brasileira é predominantemente composta por usinas hidrelétricas. Por este motivo, é importante garantir máxima eficiência no funcionamento dessas plantas, já que a consequência direta é um impacto significativo no custo da produção e na precificação de energia. Determinar a vazão afluente a uma usina hidrelétrica é uma etapa de fundamental importância na eficiência desta operação. Durante os anos, vários modelos lineares, como o Autorregressivo, e não lineares, como Redes Neurais Artificiais, têm sido utilizados na previsão de vazões afluentes. Com o objetivo de aperfeiçoar as técnicas existentes, este trabalho realizou a previsão de vazões mensais através da utilização de 2 modelos lineares: Autoregressivo e Autoregressivo de Médias Móveis; 10 arquiteturas de Redes Neurais Artificiais: MLP, RBF, ELM, ELM (CR), Elman, Jordan, ESN Jaeger, ESN Jaeger (CR), ESN Ozturk e ESN Ozturk (CR); e 6 Ensembles: combinadores de Média, Mediana, MLP, RBF, ELM e ELM (CR). O termo CR é relativo à presença do coeficiente de regularização. Os testes foram realizados nas séries históricas das usinas de Água Vermelha, Belo Monte, Ilha Solteira, Paulo Afonso e Tucuruí com horizontes de previsão de 1, 3, 6 e 12 passos a frente. Além disso, as entradas utilizadas pelos modelos neurais foram selecionadas através do método Wrapper. Ainda, foram propostas e testadas 3 estratégias de previsão fazendo uso de dados dos eventos climáticos El Niño e La Niña, tendo duas delas resultado em melhoras significativas nas previsões. Ao final verificou-se que o desempenho dos modelos neurais foi melhor que dos modelos lineares em todas as simulações, provando a superioridade dos preditores não lineares. Destaca-se a Rede Neural ELM como o melhor preditor.Universidade Tecnológica Federal do ParanáPonta GrossaBrasilPrograma de Pós-Graduação em Ciência da ComputaçãoBrasilSiqueira, Hugo Valadareshttp://lattes.cnpq.br/6904980376005290Usberti, Fábio Luizhttp://lattes.cnpq.br/6034522313829097Mattos Neto, Paulo Salgado Gomes deAlmeida, Sheila Morais deStevan Junior, Sergio LuizSiqueira, Hugo ValadaresBelotti, Jônatas Trabuco2019-04-26T20:11:27Z2019-04-26T20:11:27Z2019-02-15info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfBELOTTI, Jônatas Trabuco. Previsão de vazões afluentes utilizando redes neurais artificiais e ensembles. 2019. 137 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2019.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4037porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2019-04-27T06:00:41Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/4037Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2019-04-27T06:00:41Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
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