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

Authors : Seçkin Karasu

Pages : 13-25

Doi:10.24012/dumf.1496080

View : 98 | Download : 110

Publication Date : 2025-03-26

Article Type : Research Paper

Abstract :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.
Keywords : Rüzgâr Hızı Tahmini, Mum Çubuğu Grafiği, XGBoost, MRMR, Osilatörler