HIFA: Promising Heterogeneous Solar Irradiance Forecasting Approach Based on Kernel Mapping
- 1. Aswan University
- 2. Aalto University
Description
The rapid employment of photovoltaic (PV) has highlighted the importance of accurate solar irradiance forecasting in grid operation. However, the intermittent nature of solar irradiance represents a big challenge and degrades the accuracy of forecasting techniques, posing towards developing ensemble-based approaches. Most ensemble approaches generate weights based on the performance of individual forecasting models (IFMs) where linear operations are often used to aggregate them. The generalization of such weights could not be practically guaranteed due to the high variability among predictions obtained by IFMs. To tackle these issues, a novel heterogeneous solar irradiance forecasting approach, so-called HIFA, is proposed in this article. Specifically, we propose an effective aggregation strategy based on kernel mapping for aggregating the predictions of accurate deep learning based IFMs. The proposed aggregation strategy can properly map the predictions of IFMs onto a consensus prediction. HIFA utilizes efficient deep recurrent neural networks, which can exploit long-term information from previous computations to model the fluctuated solar irradiance, for building the IFMs. The results reveal that HIFA substantially improves the accuracy of solar irradiance forecasting when compared to ensemble-based approaches, thanks to the generalization capability of the proposed aggregation strategy and the high accuracy of deep IFMs.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
لقد أبرز التوظيف السريع للطاقة الكهروضوئية (PV) أهمية التنبؤ الدقيق بالإشعاع الشمسي في تشغيل الشبكة. ومع ذلك، فإن الطبيعة المتقطعة للإشعاع الشمسي تمثل تحديًا كبيرًا وتقلل من دقة تقنيات التنبؤ، وتتجه نحو تطوير مناهج قائمة على المجموعة. تولد معظم مناهج المجموعة أوزانًا بناءً على أداء نماذج التنبؤ الفردية (IFMs) حيث غالبًا ما يتم استخدام العمليات الخطية لتجميعها. لا يمكن ضمان تعميم هذه الأوزان عمليًا بسبب التباين الكبير بين التنبؤات التي حصلت عليها IFMs. لمعالجة هذه القضايا، يقترح نهج جديد للتنبؤ بالإشعاع الشمسي غير المتجانس، يسمى HIFA، في هذه المقالة. على وجه التحديد، نقترح استراتيجية تجميع فعالة تستند إلى تعيين النواة لتجميع تنبؤات IFMs الدقيقة القائمة على التعلم العميق. يمكن لاستراتيجية التجميع المقترحة أن تحدد بشكل صحيح تنبؤات IFMs على تنبؤ بالإجماع. تستخدم HIFA شبكات عصبية متكررة عميقة فعالة، والتي يمكن أن تستغل المعلومات طويلة الأجل من الحسابات السابقة لنمذجة الإشعاع الشمسي المتقلب، لبناء IFMs. تكشف النتائج أن HIFA يحسن بشكل كبير من دقة التنبؤ بالإشعاع الشمسي عند مقارنته بالنهج القائمة على المجموعة، وذلك بفضل القدرة على التعميم لاستراتيجية التجميع المقترحة والدقة العالية لـ IFMs العميقة.Translated Description (French)
L'utilisation rapide du photovoltaïque (PV) a mis en évidence l'importance d'une prévision précise de l'irradiance solaire dans le fonctionnement du réseau. Cependant, la nature intermittente de l'irradiation solaire représente un grand défi et dégrade la précision des techniques de prévision, ce qui permet de développer des approches basées sur des ensembles. La plupart des approches d'ensemble génèrent des pondérations basées sur la performance des modèles de prévision individuels (IFM) où des opérations linéaires sont souvent utilisées pour les agréger. La généralisation de tels poids n'a pas pu être pratiquement garantie en raison de la grande variabilité des prédictions obtenues par les IFM. Pour résoudre ces problèmes, une nouvelle approche de prévision de l'irradiance solaire hétérogène, appelée HIFA, est proposée dans cet article. Plus précisément, nous proposons une stratégie d'agrégation efficace basée sur la cartographie du noyau pour agréger les prédictions d'IFM précis basés sur l'apprentissage profond. La stratégie d'agrégation proposée peut correctement mapper les prédictions des IFM sur une prédiction consensuelle. HIFA utilise des réseaux neuronaux récurrents profonds efficaces, qui peuvent exploiter les informations à long terme des calculs précédents pour modéliser l'irradiance solaire fluctuante, pour construire les IFM. Les résultats révèlent que HIFA améliore considérablement la précision de la prévision de l'irradiance solaire par rapport aux approches basées sur des ensembles, grâce à la capacité de généralisation de la stratégie d'agrégation proposée et à la grande précision des IFM profonds.Translated Description (Spanish)
El rápido empleo de la energía fotovoltaica (PV) ha puesto de relieve la importancia de la previsión precisa de la irradiancia solar en la operación de la red. Sin embargo, la naturaleza intermitente de la irradiancia solar representa un gran desafío y degrada la precisión de las técnicas de pronóstico, lo que plantea el desarrollo de enfoques basados en conjuntos. La mayoría de los enfoques de conjunto generan ponderaciones basadas en el rendimiento de los modelos de pronóstico individuales (IFM), donde a menudo se utilizan operaciones lineales para agregarlos. La generalización de tales ponderaciones no pudo garantizarse prácticamente debido a la alta variabilidad entre las predicciones obtenidas por los IFM. Para abordar estos problemas, en este artículo se propone un nuevo enfoque heterogéneo de pronóstico de la irradiancia solar, llamado HIFA. Específicamente, proponemos una estrategia de agregación efectiva basada en el mapeo del kernel para agregar las predicciones de IFM precisos basados en el aprendizaje profundo. La estrategia de agregación propuesta puede mapear adecuadamente las predicciones de los IFM en una predicción de consenso. HIFA utiliza redes neuronales recurrentes profundas eficientes, que pueden explotar la información a largo plazo de cálculos anteriores para modelar la irradiancia solar fluctuante, para construir los IFM. Los resultados revelan que HIFA mejora sustancialmente la precisión del pronóstico de la irradiancia solar en comparación con los enfoques basados en conjuntos, gracias a la capacidad de generalización de la estrategia de agregación propuesta y la alta precisión de los IFM profundos.Files
09585490.pdf.pdf
Files
(245 Bytes)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:a1fb4495bc85a2f726d72ce837c219bd
|
245 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- HIFA: نهج واعد للتنبؤ بالإشعاع الشمسي غير المتجانس يعتمد على رسم خرائط النواة
- Translated title (French)
- HIFA : approche prometteuse de prévision de l'irradiance solaire hétérogène basée sur la cartographie du noyau
- Translated title (Spanish)
- HIFA: Enfoque prometedor de pronóstico heterogéneo de la irradiancia solar basado en el mapeo del núcleo
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3209893264
- DOI
- 10.1109/access.2021.3122826
References
- https://openalex.org/W1563088657
- https://openalex.org/W1689711448
- https://openalex.org/W1924770834
- https://openalex.org/W1967546078
- https://openalex.org/W1987302169
- https://openalex.org/W2020835139
- https://openalex.org/W2041406732
- https://openalex.org/W2061082730
- https://openalex.org/W2122617678
- https://openalex.org/W2151554678
- https://openalex.org/W2222420182
- https://openalex.org/W2340683
- https://openalex.org/W2736385547
- https://openalex.org/W2753824345
- https://openalex.org/W2760948241
- https://openalex.org/W2845688424
- https://openalex.org/W2883906022
- https://openalex.org/W2888165363
- https://openalex.org/W2889323772
- https://openalex.org/W2903265999
- https://openalex.org/W2905012744
- https://openalex.org/W2912834121
- https://openalex.org/W2922281988
- https://openalex.org/W2949806812
- https://openalex.org/W2963682069
- https://openalex.org/W2982118449
- https://openalex.org/W2997752693
- https://openalex.org/W3000700458
- https://openalex.org/W3011149747
- https://openalex.org/W3011272105
- https://openalex.org/W3015676876
- https://openalex.org/W3016711424
- https://openalex.org/W3024509612
- https://openalex.org/W3028104798
- https://openalex.org/W3037937991
- https://openalex.org/W3126304977
- https://openalex.org/W3127713043
- https://openalex.org/W3134685246
- https://openalex.org/W3165230167
- https://openalex.org/W3195523817
- https://openalex.org/W858921981