Rüzgar santralinde üretim tahmini ve kayıp: açık veriyle sınama
Müşteri verisi kullanmadan, yöntemimizi Fransa'daki dört türbinli La Haute Borne santralinin herkese açık SCADA verisinde ölçtük. Neyin işe yaradığını da, nerede yetersiz kaldığını da aşağıda olduğu gibi yazıyoruz.
- %9,3
- 24 saatlik ufukta ısrar tabanından daha düşük hata
- %83–87
- Ölçülen tahmin aralığı kapsaması (hedef %90)
- 10,6 MWh
- Test döneminde işaretlenen beklenenin altı üretim (üretimin %0,23 kadarı)
- 17.287
- Kullanılan eksiksiz saatlik santral kaydı
01
Soru
İşletmeci iki şeyi bilmek ister: santral yarın ne kadar üretecek ve bugün nerede üretim kaçıyor? Bu vaka, iki sorunun yöntem tarafını sınar: zaman sıralı tahmin, belirsizlik aralığı ve arıza etiketi gerektirmeyen kayıp tespiti.
02
Veri
ENGIE'nin La Haute Borne rüzgâr santralinin (Fransa) 2014–2015 yıllarına ait 10 dakikalık SCADA kayıtları. Kayıtlar saatlik ortalamaya çevrilip santral düzeyinde toplandı; dört türbinin de veri verdiği 17.287 eksiksiz saat kaldı. Veri zaman sırasıyla bölündü: eğitim %70, kalibrasyon %15, test %15 (Eylül–Aralık 2015). Model, eğitim sırasında test dönemini hiç görmedi.
- Santral
- La Haute Borne, Fransa
- Türbin
- 4 × Senvion MM82, 2,05 MW
- Dönem
- 2014–2015, 10 dk SCADA
- Bölme
- 70 / 15 / 15, zaman sıralı
- Test dönemi
- Eylül–Aralık 2015
- Lisans
- Etalab Açık Lisans 2.0
03
Yöntem
A
Zaman sıralı tahmin
Santralin 1, 6 ve 24 saat sonraki üretimi yalnızca geçmiş SCADA değerlerinden (güç, rüzgâr hızı, sıcaklık, gecikmeler, günün saati) tahmin edilir; üç ağaç tabanlı modelin (HistGB, Random Forest, Extra Trees) ortalaması alınır. Karşılaştırma tabanı ısrardır (persistence): “üretim şimdiki gibi kalır” varsayımı. Rüzgârda kısa ufuklarda yenmesi en zor basit taban budur.
B
Konformal aralık
Kalibrasyon dönemindeki hatalardan her tahminin çevresine %90 kapsama hedefli bir aralık çizilir (bölünmüş konformal). Ölçülmesi gereken, aralığın test döneminde gerçekten %90 tutup tutmadığıdır.
C
Etiketsiz anomali ve kayıp
Bir güç eğrisi modeli rüzgâr hızı ve sıcaklıktan beklenen üretimi öğrenir; Isolation Forest sapan türbin-saatleri işaretler. Rüzgâr 4 m/s'nin üzerindeyken beklenenin kurulu gücün %10'undan fazla altında kalan saatler MWh kaybı olarak toplanır. Arıza etiketi kullanılmaz.
04
Sonuçlar
Hata nMAE olarak verilir: ortalama mutlak hatanın kurulu güce oranı. Düşük olan daha iyidir.
Ufka göre tahmin hatası
nMAE, kurulu gücün %'si
1 saatte ısrar tabanıyla başa baş; ufuk uzadıkça fark açılıyor.
Hedef %90. Test dönemi kalibrasyondan farklı bir mevsime denk geldiği için kapsama hedefin altında kaldı.
| Ufuk | nMAE model | nMAE ısrar | Beceri | Aralık kapsaması | Aralık yarı genişliği |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 sa | %4,76 | %4,73 | −%0,6 | %87,0 | ±%10,3 |
| 6 sa | %11,13 | %11,56 | %3,7 | %85,9 | ±%21,8 |
| 24 sa | %15,52 | %17,10 | %9,3 | %83,0 | ±%24,8 |
Kayıp tahmini
Test dönemindeki 10.447 türbin-saatten 175 tanesi anomali olarak işaretlendi; bunların 15 tanesi beklenenin belirgin biçimde altındaydı. Toplamı 10,6 MWh: dönemdeki 4.651,1 MWh üretimin %0,23 kadarı.
10,6 / 4.651,1 MWh%0,23
05
Sınırlar, açıkça
- 01Gerçek hava tahmini (NWP) kullanılmadı; girdi yalnızca geçmiş SCADA. Bu yüzden 1 saatlik ufukta ısrar tabanı geçilemedi.
- 02Aralık kapsaması, kalibrasyon ile test dönemleri arasındaki dağılım kayması nedeniyle %90 hedefin altında kaldı. Sahada kayan pencereli yeniden kalibrasyon gerekir.
- 03Anomali adımı arıza etiketi kullanmaz. Sonuç bir arıza yakalama iddiası değil, beklenenin altı üretimin tahminidir.
- 04Tek santral ve tek test dönemi. Başka bir sahaya genellemek için o sahanın verisiyle yeniden ölçmek gerekir.
06
Sizin sahanızda ne değişir
Aynı ölçümü sizin santral verinizle, aynı açıklıkla tekrarlıyoruz. İyileşme beklenen yerler:
- Gerçek hava tahmini (göbek yüksekliğine taşınmış Open-Meteo NWP): uzun ufuklarda asıl kazancın beklendiği yer.
- Sahaya özgü kalibrasyon ve kayan pencereli aralık: kapsamayı hedefe yaklaştırmak için.
- Bakım kayıtlarıyla eşleştirme: işaretlenen saatlerin arıza mı, kısıtlama mı, sensör hatası mı olduğunu ayırmak için.
07
Tekrar üretilebilirlik
Ölçüm, sabit tohumlu (42) tek bir Python betiğidir; aynı veri ve kütüphane sürümleriyle aynı sonuç çıkar. Betik ve sonuç dosyası istek üzerine paylaşılır.
Veri: ENGIE, La Haute Borne açık verisi ↗ · Etalab Açık Lisans 2.0