Floating Solar Power Generation Forecasting Model Based On Long Short-Term Memory And Extreme Gradient Boosting Methods
Keywords:
Forecasting, Floating Solar Power, Long Short-Term Memory, Extreme Gradient Boosting, Hybrid Forecasting MethodAbstract
The purposes of this research were to (1) build a forecasting model for floating solar energy generation based on Long Short-Term Memory and Extreme Gradient Boosting methods and (2) to evaluate the performance of a model based on Long Short-Term Memory and Extreme Gradient Boosting methods. The research methodology follows the deep learning pipeline, which consists of three main steps: In the first step, the data were collected from the electricity generation records and sensor readings obtained from a floating solar power facility with a capacity of 45 megawatts during February–October 2023, which consisted of 6,511 examples and 11 features. In the second step, feature extraction and classification were applied using the hybrid model by using two deep learning algorithms: 1) Long Short-Term Memory (LSTM) for memorizing long-term dependencies of time-series data, and 2) Extreme Gradient Boosting (XGBoost) for learning from uncertain data and predicting high performance; and In the third step, model evaluation was assessed using metrics including the mean absolute error (MAE), mean square error (MSE) and root mean square error (RMSE) for the indicated values from the forecasting model. The experiment result shows an average MAE of 0.0577, an average MSE of 0.0143, and an average RMSE of 0.1196 that represent suitable values in a real situation.
References
กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน กระทรวงพลังงาน. (ม.ป.ป.). การจัดการก๊าซเรือนกระจก. เข้าถึงได้จากhttps://www.dede.go.th/articles?id=191
เกศินี ซ่อนกลิ่น. (2566). แบบจำลองการพยากรณ์ราคาอนุพันธ์โดยใช้เทคนิคโครงข่ายประสาทเทียมแบบสังวัตนาการ 1 มิติ หน่วยความจำระยะสั้นแบบยาวและซัพพอร์ตเวกตอร์รีเกรสชัน. (วิทยานิพนธ์วิทยาศาสตร์มหาบัณฑิต). กรุงเทพฯ: สถาบันเทคโนโลยีไทย-ญี่ปุ่น.
ภาณุพงศ์ น้ำแก้ว. (2563). การพยากรณ์กำลังไฟฟ้าของระบบเซลล์แสงอาทิตย์แบบติดตั้งอุปกรณ์วัด ด้วยโครงข่าย
ประสาทเทียม. (วิทยานิพนธ์วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต). กรุงเทพฯ: จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
วฤษาย์ ร่มสายหยุด. (2566). การเรียนรู้ของเครื่องสำหรับการวิเคราะห์ข้อมูลเชิงทำนายและการประยุกต์. นนทบุรี: มหาวิทยาลัยสุโขทัยธรรมาธิราช
ศรีรักษ์ ศรีทองชัย. (2565). แบบจำลองการพยากรณ์ค่า PM2.5 โดยใช้โครงข่ายประสาทเทียมแบบ LSTM ในพื้นที่กรุงเทพมหานคร. Journal of Engineering and Digital Technology (JEDT), 10(1), 1-9.
สรวุฒิ จิตตานนท์ และจักรกฤษ เติมฤทธิกุล. (2566). การพยากรณ์การใช้พลังงานภายในอาคาร SGtech อย่างชาญฉลาดด้วยการเรียนรู้เชิงลึก. (วิทยานิพนธ์วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต). พิษณุโลก: มหาวิทยาลัยนเรศวร.
สำนักนโยบายและแผนพลังงาน กระทรวงพลังงาน. (2561). แผนพัฒนากำลังผลิตไฟฟ้าของประเทศ (Power Development Plan : PDP). เข้าถึงได้จาก https://www.eppo.go.th/index.php/th/electricity/pdp
อุรชา จันทรภา. (2564). การพยากรณ์มูลค่าการส่งออกรถยนต์ อุปกรณ์ และส่วนประกอบของประเทศไทย. (วิทยานิพนธ์วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต). กรุงเทพฯ: จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
Berberich, D. (2020). Hybrid Methods for Time Series Forecasting. Retrieved from https://www.inovex.de/de/blog/hybrid-time-series-forecasting/
Cazzaniga, R., & Rosa-Clot, M. (2021). The booming of floating PV. Solar Energy, 219, 3–10.
Chen, T., & Guestrin, C. (2016). XGBoost: A Scalable Tree Boosting System. Proceedings of the 22nd ACM SIGKDD International Conference on Knowledge Discovery and Data Mining, 785–794.
Foster, J., Liu, X., & McLoone, S. (2017). Adaptive sliding window load forecasting. 2017 28th Irish Signals and Systems Conference (ISSC), 1–6.
Hochreiter, S., & Schmidhuber, J. (1997). Long Short-Term Memory. Neural Computation, 9(8), 1735–1780.
Jebli, I., Belouadha, F.-Z., Kabbaj, M. I., & Tilioua, A. (2021). Deep Learning based Models for Solar Energy Prediction. Advances in Science, Technology and Engineering Systems Journal, 6(1), 349–355.
Li, C., Chen, Z., Liu, J., Li, D., Gao, X., Di, F., Li, L., & Ji, X. (2019). Power Load Forecasting Based on the Combined Model of LSTM and XGBoost. Proceedings of the 2019 the International Conference on Pattern Recognition and Artificial Intelligence, 46–51.
Lim, S.-C., Huh, J.-H., Hong, S.-H., Park, C.-Y., & Kim, J.-C. (2022). Solar Power Forecasting Using CNN-LSTM Hybrid Model. Energies, 15(21), 8233.
Liu, C.-H., Gu, J.-C., & Yang, M.-T. (2021). A Simplified LSTM Neural Networks for One Day-Ahead Solar Power Forecasting. IEEE Access, 9, 17174–17195.
Obiora, C. N., Ali, A., & Hasan, A. N. (2021). Implementing Extreme Gradient Boosting (XGBoost) Algorithm in Predicting Solar Irradiance. 2021 IEEE PES/IAS PowerAfrica, 1–5.
Obiora, C. N., Ali, A., & Hasan, A. N. (2022). Efficient Method of Finding the Best Time Interval for Predicting Short Term Solar Radiation Using CNN-LSTM Model. 2022 11th International Conference on Power Science and Engineering (ICPSE), 159–163.
Saxena, S. (2021, March 16). What is LSTM? Introduction to Long Short-Term Memory. Retrieved from https://www.analyticsvidhya.com/blog/2021/03/introduction-to-long-short-term-memory-lstm/
World Bank Group. (2018, OCTOBER 30). Where Sun Meets Water: Floating Solar Market Report. Retrieved from https://www.worldbank.org/en/topic/energy/publication/where-sun-meets-water
Ye, H., Yang, B., Han, Y., & Chen, N. (2022). State-Of-The-Art Solar Energy Forecasting Approaches: Critical Potentials and Challenges. Frontiers in Energy Research, 10, 875790.