Araştırma Makalesi

Mum Çubuğu Grafik Gösterimi, Minimum Artıklık Maksimum İlgililik Algoritması ve XGBoost Modeline Dayalı Rüzgâr Hızı Tahmini

Cilt: 16 Sayı: 1 26 Mart 2025
PDF İndir
EN TR

Mum Çubuğu Grafik Gösterimi, Minimum Artıklık Maksimum İlgililik Algoritması ve XGBoost Modeline Dayalı Rüzgâr Hızı Tahmini

Öz

Günümüz elektrik şebekelerinde fosil enerji kaynaklarına bağımlılığı azaltmak için yenilenebilir enerji kaynaklarına dayalı elektrik üretim tesislerinin sayısı giderek artmaktadır. Rüzgâr türbinleri (RT) sayesinde rüzgâr enerjisi elektrik enerjisine çevrilmekte ve RT’lerin günlük elektrik ihtiyacını karşılama noktasında elektrik şebekesine entegrasyonu sağlanmaktadır. RT’nin yüksekliği, rüzgâr türbininin kanat yapısı, jeneratör çıkış gücü, mekanik ve elektrik dönüştürücü verimliliği gibi iç faktörler ile birlikte rüzgâr hızı ve yönü gibi dış faktörlere bağlı olarak RT’nin çıkış gücü etkilenmektedir. Rüzgâr hızını tahmin etmek rüzgâr çiftliği operatörlerinin elektrik üretimini optimize etmesine olanak tanımaktadır. Bu sayede rüzgâr enerjisi elektrik şebekesine daha iyi entegre edilebilmektedir. Mevcut çalışmalar, kısa vadeli tahmin yaklaşımlarının doğruluk açısından yetersiz kaldığını ve rüzgâr hızının doğrusal olmayan ve stokastik doğasının tam anlamıyla modellenemediğini ortaya koymaktadır. Bu nedenle, tekil modeller yerine hibrit modellerin kullanımı giderek yaygınlaşmakta ve daha yüksek tahmin performansı sağlamak amacıyla tercih edilmektedir. Bu çalışmada, rüzgâr hızını tahmin etmek için mum çubuğu gösterimi, özniteliklerin Minimum Artıklık Maksimum Uygunluk (Minimum Redundancy Maximum Relevance-MRMR) yaklaşımı ile değerlendirildiği XGBoost modeline dayalı yeni bir yöntem önerilmektedir. RT’de bulunan Merkezi Denetleme Kontrol ve Veri Toplama (SCADA) sisteminden 10 dakikalık örnekleme zamanı için 1 yıllık zaman dilimi içerisinde toplanan veri seti kullanılmaktadır. Veri seti öncelikle önişleme adımından geçirilerek rüzgâr yönü, rüzgâr hızı dağılımı gibi değerler ile istatistiksel değerlere bakılmaktadır. Daha sonra zaman serisine mum çubuğu gösterimi işlem adımı uygulanmaktadır. Elde edilen mum çubuğu gösterimi için trend ve osilatör tabanlı öznitelikler uygulanarak MRMR yaklaşımı ile öznitelik grubu değerlendirilmiştir. XGBoost yöntemi ile rüzgâr hızı tahmin modeli oluşturulmakta ve model karmaşıklığının az ve tahmin hatasının en düşük olduğu durum elde edilmektedir. Özellikle mum çubuğu grafik gösterimine dayalı olarak önerilen bu hibrit yaklaşım, kısa vadeli rüzgâr hızı tahmininde doğruluğu artırmayı ve geleneksel yöntemlerin sınırlamalarını aşmayı hedeflemektedir. Önerilen yöntem, tüm diğer modellere göre en düşük hata oranı (RMSE: 0.0644) ve en yüksek korelasyon katsayısı (R: 0.8601) ile en iyi performansı göstermektedir. Bu, modelin hem doğruluk hem de hata oranı açısından üstün olduğunu göstermektedir.

Anahtar Kelimeler

Destekleyen Kurum

Bulunmamaktadır.

Proje Numarası

Bulunmamaktadır.

Etik Beyan

“Hazırlanan makalede etik kurul izni alınmasına gerek yoktur”. “Hazırlanan makalede herhangi bir kişi/kurum ile çıkar çatışması bulunmamaktadır”.

Teşekkür

Bulunmamaktadır.

Kaynakça

  1. [1] Behera, S., Sahoo, S., & Pati, B. B. (2015). A review on optimization algorithms and application to wind energy integration to grid. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 48, 214-227.
  2. [2] Shafiullah, G. M., Oo, A. M., Ali, A. S., & Wolfs, P. (2013). Potential challenges of integrating large-scale wind energy into the power grid–A review. Renewable and sustainable energy reviews, 20, 306-321.
  3. [3] MansourLakouraj, M., Shahabi, M., Shafie-khah, M., & Catalão, J. P. (2022). Optimal market-based operation of microgrid with the integration of wind turbines, energy storage system and demand response resources. Energy, 239, 122156.
  4. [4] Msigwa, G., Ighalo, J. O., & Yap, P. S. (2022). Considerations on environmental, economic, and energy impacts of wind energy generation: Projections towards sustainability initiatives. Science of the Total Environment, 157755.
  5. [5] Lin, Z., Liu, X., & Collu, M. (2020). Wind power prediction based on high-frequency SCADA data along with isolation forest and deep learning neural networks. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 118, 105835.
  6. [6] Suo, L., Peng, T., Song, S., Zhang, C., Wang, Y., Fu, Y., & Nazir, M. S. (2023). Wind speed prediction by a swarm intelligence based deep learning model via signal decomposition and parameter optimization using improved chimp optimization algorithm. Energy, 276, 127526.
  7. [7] Gong, Y., Jiang, Q., & Baldick, R. (2015). Ramp event forecast based wind power ramp control with energy storage system. IEEE Transactions on Power Systems, 31(3), 1831-1844.
  8. [8] Neshat, M., Nezhad, M. M., Abbasnejad, E., Mirjalili, S., Groppi, D., Heydari, A., ... & Wagner, M. (2021). Wind turbine power output prediction using a new hybrid neuro-evolutionary method. Energy, 229, 120617.

Ayrıntılar

Birincil Dil

Türkçe

Konular

Makine Öğrenme (Diğer) , Elektrik Mühendisliği (Diğer)

Bölüm

Araştırma Makalesi

Erken Görünüm Tarihi

26 Mart 2025

Yayımlanma Tarihi

26 Mart 2025

Gönderilme Tarihi

5 Haziran 2024

Kabul Tarihi

25 Aralık 2024

Yayımlandığı Sayı

Yıl 2025 Cilt: 16 Sayı: 1

Kaynak Göster

IEEE
[1]S. Karasu, “Mum Çubuğu Grafik Gösterimi, Minimum Artıklık Maksimum İlgililik Algoritması ve XGBoost Modeline Dayalı Rüzgâr Hızı Tahmini”, DÜMF MD, c. 16, sy 1, ss. 13–25, Mar. 2025, doi: 10.24012/dumf.1496080.
DUJE tarafından yayınlanan tüm makaleler, Creative Commons Atıf 4.0 Uluslararası Lisansı ile lisanslanmıştır. Bu, orijinal eser ve kaynağın uygun şekilde belirtilmesi koşuluyla, herkesin eseri kopyalamasına, yeniden dağıtmasına, yeniden düzenlemesine, iletmesine ve uyarlamasına izin verir. 24456