Ayrıştırma Yöntemlerinin Derin Öğrenme Algoritması ile TanımlananRüzgâr Hızı Tahmin Modeli Başarımına Etkisinin İncelenmesi

Son on yılda, rüzgâr enerjisine dayalı yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımındaki kayda değer artış, bu kaynakların ihtiyaçlarakesintisiz ve tahmin edilebilir bir şekilde cevap verebilmesini sağlamak için rüzgâr hızı tahmin çalışmalarının önemini arttırmaktadır. Rüzgâr enerjisinden teknolojik olarak faydalanmak için; yararlanma imkânlarının bilinmesi, yüksek rüzgâr enerjisi potansiyeline sahipbölgelerin belirlenmesi, rüzgâr karakteristiklerinin ve hızlarının tahmin edilebilir olması oldukça önemlidir. Güvenilir ve yüksekhassasiyetli rüzgâr hızı tahmini, rüzgâr gücünün verimli kullanımı ve kullanılması açısından hayati önem arz etmektedir. Rüzgâr hızının durağan olmaması ve stokastik yapısı, rüzgâr hızı tahmininde ayrıştırma yöntemlerini ön plana çıkarmaktadır. Bu çalışmada, ayrıştırmayöntemlerinden ampirik kip ayrışımı, topluluk ampirik kip ayrışımı ve ampirik dalgacık dönüşümünün derin öğrenme yöntemlerindenuzun-kısa süreli bellek ile elde edilen rüzgar hızı tahmin modeli başarımına etkisi incelenmektedir. Türkiye'nin Marmara bölgesindekiüç rüzgâr istasyonundan toplanan veriler her bir ayrıştırma yöntemi ile alt bant sinyallerine ayrıştırılarak uzun-kısa süreli bellek modelyapısı ile kombine rüzgâr hızı tahmin modeli oluşturulmaktadır. Her bir ayrıştırma yöntemi ile birlikte elde edilen kombine modellerinbaşarımları istatistiksel hata ölçütlerine göre değerlendirilmekte ve rüzgâr hızı tahmin modeli başarımına etkisi en yüksek ayrıştırmayöntemi, melez rüzgâr hızı tahmin modeli elde edilmesi çalışmalarında önerilmektedir.

Investigation of the Effect of Decomposition Methods on Wind Speed Forecasting Model Performance Defined by Deep Learning Algorithm

In the last decade, the significant increase in the use of renewable energy sources based on wind energy has increased the importanceof wind speed forecasting studies to ensure that these resources can respond to the needs in an uninterrupted and predictable manner. Inorder to be able to utility from wind energy technologically, it is very important to knowing the facilities of utilization, determining theregions, which have high potential of wind energy, being predictable the wind characteristics and speeds. The reliable and high accuracywind speed forecasting is of vital to the efficient exploitation and utilization of wind power. The non-stationary and stochastic structureof the wind speed raise to the forefront the decomposition methods in wind speed forecasting. In this study, the effect of empirical modedecomposition, ensemble empirical mode decomposition and empirical wavelet transform on the performance of wind speed forecastingmodel obtained with long-short term memory from deep learning methods is investigated. The data collected from five wind farms inMarmara region, Turkey are decomposed to subband signal by these three decomposition methods, and the combined wind speed forecasting model is obtained with the long-short-term memory model structure. The performance of the combined models obtained byeach decomposition method has been evaluated according to the statistical error criteria, and the decomposition method that is thehighest effective to performance of wind speed forecasting model is suggested for the studies of obtaining the hybrid wind speedforecasting model.

___

  • Akçay, H. & Filik, T. (2017). Short-term wind speed forecasting by spectral analysis from long-term observations with missing values. Applied Energy, 191, 653-662.
  • Cadenas, E., Rivera, W., Campos-Amezcua, R., & Heard, C. (2016). Wind speed prediction using a univariate ARIMA model and a multivariate NARX model. Energies, 9(2), 109- 124.
  • Chen, J., Zeng, G. Q., Zhou, W., Du, W., & Lu, K. D. (2018). Wind speed forecasting using nonlinear-learning ensemble of deep learning time series prediction and extremal optimization. Energy Conversion and Management, 165, 681-695.
  • Çakır, M. T. (2010). Türkiye’nin rüzgâr enerji potansiyeli ve AB ülkeleri içindeki yeri. Politeknik Dergisi, 13(4), 287-293.
  • De Giorgi, M. G., Ficarella, A., & Tarantino, M. (2011). Assessment of the benefits of numerical weather predictions in wind power forecasting based on statistical methods. Energy, 36(7), 3968-3978.
  • Du, P., Wang, J., Guo, Z., & Yang, W. (2017). Research and application of a novel hybrid forecasting system based on multi-objective optimization for wind speed forecasting. Energy Conversion and Management, 150, 90-107.
  • Hochreiter, S. & Schmidhuber, J. (1997). Long short-term memory. Neural Computation, 9(8), 1735-1780.
  • Hu, Y. L., & Chen L. (2018). A nonlinear hybrid wind speed forecasting model using LSTM network, hysteretic ELM and differential evolution algorithm. Energy Conversion and Management, 173, 123-142.
  • Gilles, J. (2013). Empirical wavelet transform. IEEE Transactions on Signal Processing, 61(16), 3999-4010.
  • Huang, N. E., Shen, Z., Long, S. R., Wu, M. C., Shih, H. H., Zheng, Q., Yen, N. C., Tung, C. C., & Liu H. H. (1998). The empirical mode decomposition and the Hilbert spectrum for nonlinear and non-stationary time series analysis. Proceedings of the Royal Society of London, Series A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 454(1971), 903-995.
  • Huang, N. E., Wu, M. L. C., Long, S. R., Shen, S. S., Qu, W., Gloersen, P., & Fan K. L. (2003). A confidence limit for the empirical mode decomposition and Hilbert spectral analysis. Proceedings of the Royal Society of London, Series A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 459(2037), 2317-2345.
  • Jiang, Y. & Huang, G. (2017). Short-term wind speed prediction: hybrid of ensemble empirical mode decomposition, feature selection and error correction. Energy Conversion and Management, 144, 340-350.
  • Karasu, S., Altan, A., Saraç, Z., & Hacıoğlu, R. (2017). Estimation of fast varied wind speed based on NARX neural network by using curve fitting. International Journal of Energy Applications and Technologies, 4(3), 137-146.
  • Karasu, S., Altan, A., Saraç, Z., & Hacıoğlu, R. (2017b). Prediction of wind speed with non-linear autoregressive (NAR) neural networks. 25th IEEE Signal Processing and Communications Applications Conference, 1-4, Antalya.
  • Lange, M. & Focken, U. (2006). Physical approach to short-term wind power prediction, Berlin, Germany: Springer, 3, 22-38. Li, G. & Shi, J. (2010). On comparing three artificial neural networks for wind speed forecasting. Applied Energy, 87(7), 2313-2320.
  • Li, H., Wang, J., Lu, H., & Guo, Z. (2018). Research and application of a combined model based on variable weight for short term wind speed forecasting. Renewable Energy, 116, 669-684.
  • Liu, H., Chen, C., Tian, H. Q., & Li, Y. F. (2012). A hybrid model for wind speed prediction using empirical mode decomposition and artificial neural networks. Renewable Energy, 48, 545-556.
  • Liu, H., Tian, H. Q., Li, Y. F., & Zhang, L. (2015). Comparison of four adaboost algorithm based artificial neural networks in wind speed predictions. Energy Conversion and Management, 92, 67-81.
  • Liu, H., Tian, H. Q., Liang, X. F., & Li, Y. F. (2015). Wind speed forecasting approach using secondary decomposition algorithm and Elman neural networks. Applied Energy, 157, 183-194.
  • Liu, H., Tian, H., Liang, X., & Li, Y. (2015). New wind speed forecasting approaches using fast ensemble empirical model decomposition, genetic algorithm, mind evolutionary algorithm and artificial neural networks. Renewable Energy, 83, 1066-1075.
  • Liu, H., Mi, X., & Li, Y. (2018). Smart deep learning based wind speed prediction model using wavelet packet decomposition, convolutional neural network and convolutional long short term memory network. Energy Conversion and Management, 166, 120-131.
  • Liu, H., Mi, X. W., & Li, Y. F. (2018b). Wind speed forecasting method based on deep learning strategy using empirical wavelet transform, long short term memory neural network and Elman neural network. Energy Conversion and Management, 156, 498-514.
  • Ma, X., Jin, Y., & Dong, Q. (2017). A generalized dynamic fuzzy neural network based on singular spectrum analysis optimized by brain storm optimization for short-term wind speed forecasting. Applied Soft Computing, 54, 296-312.
  • Mohandes, M., Rehman, S., & Rahman, S. M. (2011). Estimation of wind speed profile using adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS). Applied Energy, 88(11), 4024-4032.
  • Riahy, G. H. & Abedi, M. (2008). Short term wind speed forecasting for wind turbine applications using linear prediction method. Renewable Energy, 33(1), 35-41.
  • Sainath, T. N., Vinyals, O., Senior, A., & Sak, H. (2015). Convolutional, long short-term memory, fully connected deep neural networks. IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing, Brisbane, Australia, 4580-4584.
  • Scarlat, N., Dallemand, J. F., Monforti-Ferrario, F., Banja, M., & Motola, V. (2015). Renewable energy policy framework and bioenergy contribution in the European Union-An overview from national renewable energy action plans and progress reports. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 51, 969-985.
  • Sfetsos, A. (2000). A comparison of various forecasting techniques applied to mean hourly wind speed time series. Renewable Energy, 21(1), 23-35.
  • Sun, W. & Wang, Y. (2018). Short-term wind speed forecasting based on fast ensemble empirical mode decomposition, phase space reconstruction, sample entropy and improved backpropagation neural network. Energy Conversion and Management, 157, 1-12.
  • Wu, Z. & Huang, N. E. (2009). Ensemble empirical mode decomposition: A noise-assisted data analysis method. Advances in Adaptive Data Analysis, 1(1), 1-41.
  • Yu, C., Li, Y., & Zhang, M. (2017). Comparative study on three new hybrid models using Elman neural network and empirical mode decomposition based technologies improved by singular spectrum analysis for hour-ahead wind speed forecasting. Energy Conversion and Management, 147, 75- 85.
  • Zhang, X., Lai, K. K., & Wang S. Y. (2008). A new approach for crude oil price analysis based on empirical mode decomposition. Energy Economics, 30(3), 905-918.
Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi-Cover
  • Yayın Aralığı: Yılda 4 Sayı
  • Başlangıç: 2013
  • Yayıncı: Osman Sağdıç
Sayıdaki Diğer Makaleler

Isparta Koşullarında Düzlemsel Su Isıtmalı Güneş KollektörlerindeFarklı Tasarım Özelliklerinin Enerji ve Verim Üzerine EtkilerininBelirlenmesi

Recep KÜLCÜ

Aşırı Beslenmeye Bağlı Oluşan İnsülin Direncinin BiyokimyasalGelişimi ve AMP-ile Aktive Edilmiş Protein Kinaz (AMPK)’ınFonksiyonu

Mustafa YAMAN, Halime UĞUR, Cemalettin KİŞMİROĞLU, İsmail BELLİ, Bahtiyar ÖZGÜR

Geleneksel Yatay Taşıyıcı Düzlemlerin Isıl Geçirgenlik DeğerlerininGünümüz Koşullarında İrdelenmesi

Güllü MUTLU, Merve Tuna KAYILI

Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi ile Kontrast Madde Iomeprol Üzerinde Çözücü Etkileri

Meryem EVECEN, Fatma KANDEMİRLİ, Sedat Giray KANDEMİRLİ, Fatma GENÇ

Farklı Leonardit Dozlarının Nohut (Cicer arietinum L.)’un Verim veBazı Verim Özelliklerine Etkileri

Özge UÇAR, Sipan SOYSAL, Murat ERMAN

Zencefil ve Keten Tohumu Oleoresinlerinin Elde Edilmesi veEkstraksiyon Koşullarının Cevap Yüzey Yöntemi İle Optimizasyonu

Büşra ŞAHİN, Seda ÖZGEN

ROS Ekosistemi ile Robotik Uygulamalar için UWB, LiDAR ve Odometriye Dayalı Konumlandırma ve İlklendirme Algoritmaları

Pınar Oğuz EKİM

Patates (Solanum tuberosum L.) Yetiştirilen Toprakların VerimlilikDurumu ve Potansiyel Besin Maddesi Sorunlarının Belirlenmesi

Mehmet Arif ÖZYAZICI, Gülen ÖZYAZICI, Orhan DENGİZ

Alışveriş Merkezlerinde Ortak Kullanımlı Yemek AlanlarınınTasarım Kriterleri

Gülşah KARYAĞDI

Kavramsal Saha Modelleme Çalışması Bağlamında Düzce1.Organize Sanayi Bölgesinin İş Sağlığı ve Güvenliği AçısındanDeğerlendirilmesi

Rüştü UÇAN, Nuri BİNGÖL, Mustafa Cüneyt GEZEN, Melike HAKSOY