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Type: Dissertação
Title: Previsão de demanda de energia elétrica residencial utilizando aprendizado profundo
Author: Ramos, Paulo Vitor Barbosa
First Advisor: Villela, Saulo Moraes
Co-Advisor: Dias, Bruno Henriques
Referee Member: Bernardino, Heder Soares
Referee Member: Morais, Hugo
Resumo: Prever a futura demanda de energia elétrica de uma residência possui aplicações em diversas escalas. Partindo da constatação dos indicadores de qualidade do fornecimento de energia, passando pelo gerenciamento do melhor despacho em um sistema interligado, chegando até a fundamentação de investimentos em expansão. Prever a demanda possui um importante papel no desenvolvimento do setor energético. Para tanto, são diversos métodos que auxiliam a inferência desse consumo no mais variado horizonte temporal. Modelos estatísticos, máquinas de vetores suporte e árvores de decisão são algumas maneiras de realizar tal tarefa, porém as redes de aprendizado profundo vêm recebendo um grande destaque pelo baixo erro de inferência obtido, onde múltiplas propriedades vinculadas ao consumo estão presentes. Devido à permissibilidade das redes recorrentes ao problema de previsão de séries temporais, torna-se interessante compará-las à arquitetura Transformers, que além de também trazer aspectos de persistência durante o treinamento, está inserida no estado da arte. Não limitado ao comparativo do comportamento entre modelos, é possível levantar estudos de caso de redução de características e granularidade de tempo, a fim de constatar o impacto que as propriedades e o número de amostras possui no desempenho das arquiteturas estudadas. Muito embora seja possível avaliar desempenho, o comparativo torna-se mais completo com a interpretabilidade dos modelos, constatando o impacto dos atributos e, para o conjunto de teste, a importância média de cada característica utilizada no treinamento do modelo. Baseado em um referencial teórico, o comparativo estudado demonstra um ótimo desempenho na utilização dos modelos recorrentes, Transformers e baseados em camadas convolucionais. Partindo de um intervalo fixo de tempo, os estudos de caso demonstraram que, à medida que o número de amostras diminui com a resolução de tempo analisado, a redução de atributos faz piorar o erro médio quadrático dos modelos, portanto, a seleção traz bons resultados nas granularidades temporais que trazem um maior número de amostras disponíveis para o treinamento do modelo. Melhoras de até 10, 9% são passíveis de serem alcançadas quando o método de fusão tardia por votação, otimizado pela meta-heurística de resfriamento simulado, é utilizado.
Abstract: Predicting a future electrical energy demand of a residence gets several applications on many scales. Starting with the energy supply quality indicator, going through the best management of dispatch on interconnect energy system, and getting to the bottom of expansion investments. Infer the demand takes a significant role in developing the energy segment. Therefore, certain methods help to infer consumption on various time horizons. Statistical models, support vector machines, and decision trees are some of the ways to solve the task, but deep neural networks come with a great focus on decreasing the error on the prediction, in which multiple features are presented with the consumption reading. Due to the recurrent neural network permissibility of the time-series prediction problem, it becomes interesting to compare these networks with Transformers, recently inserted on state of the art. Not limited by the comparison of model behaviors, it is possible to raise case studies on feature selection and time resolution, intended to see the impact of those features and the number of samples on the studied model’s architecture. Even though it is possible to evaluate the performance, the comparison becomes more complete with the interpretability of the models, noticing the feature force and average importance for the whole testing set. The comparison shows a great performance using recurrent models, Transformers, and those with convolutional layers. The case study shows that with the decrease of samples parallel with the resolution, the feature selection makes the accuracy degrade, thus, the selection makes good results where the training set comes with greater time resolution. All the results are possible to become better with the voting ensemble method, optimized by the simulated annealing metaheuristic.
Keywords: Previsão de demanda
Energia elétrica
Aprendizado profundo
Seleção de atributos
Demand prediction
Electrical energy
Deep learning
Feature selection
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Program: Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação
Access Type: Acesso Aberto
Attribution 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/18198
Issue Date: 13-Jan-2023
Appears in Collections:Mestrado em Ciência da Computação (Dissertações)



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