A number of industrial applications, such as smart grids, power plant operation, hybrid system management or energy trading, could benefit from improved short-term solar forecasting, addressing the intermittent energy production from solar panels. However, current approaches to modelling the cloud cover dynamics from sky images still lack precision regarding the spatial configuration of clouds, their temporal dynamics and physical interactions with solar radiation. Benefiting from a growing number of large datasets, data driven methods are being developed to address these limitations with promising results. In this study, we compare four commonly used Deep Learning architectures trained to forecast solar irradiance from sequences of hemispherical sky images and exogenous variables. To assess the relative performance of each model, we used the Forecast Skill metric based on the smart persistence model, as well as ramp and time distortion metrics. The results show that encoding spatiotemporal aspects of the sequence of sky images greatly improved the predictions with 10 min ahead Forecast Skill reaching 20.4% on the test year. However, based on the experimental data, we conclude that, with a common setup, Deep Learning models tend to behave just as a `very smart persistence model', temporally aligned with the persistence model while mitigating its most penalising errors. Thus, despite being captured by the sky cameras, models often miss fundamental events causing large irradiance changes such as clouds obscuring the sun. We hope that our work will contribute to a shift of this approach to irradiance forecasting, from reactive to anticipatory.


翻译:一些工业应用,如智能电网、发电厂运行、混合系统管理或能源交易等,都可以从改进短期太阳预报、处理太阳能电池板间歇性能源生产中获益。然而,目前利用天空图像模拟云层覆盖动态的方法仍然对云层的空间结构、其时间动态和与太阳辐射的物理互动缺乏准确性。从数量越来越多的大型数据集中受益,正在开发数据驱动方法,以解决这些局限性,并取得有希望的结果。在本研究中,我们比较了四个常用的深学习结构,这些结构经过训练,从半球际天空图像序列和外源变量中预测太阳辐照。为了评估每个模型的相对性能,我们使用了基于智能持久性模型以及斜坡度和时间扭曲度测量仪的预测云层。结果显示,云层序列的编码模糊性方面极大地改善了预测,在试验年将提前10分钟的预报Skill达20.4%。然而,根据实验数据,我们的结论是,通过共同设置,深度学习模型往往会表现为“非常智能的持久性模型”的相对性模型,而时间上则导致持续性模型的云层变化,同时使持续性模型与持续性变化,从而减轻了我们的基本模型。

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ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
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