Electricity Demand Forecasting with Hybrid Statistical and Machine Learning Algorithms: Case Study of Ukraine

Auteurs : Tatiana Gonzalez Grandon, Johannes Schwenzer, Thomas Steens, Julia Breuing

31 pages, 13 figures, submitted to Applied Energy
Licence : CC BY-NC-ND 4.0

Résultats du processus de synthèse de l'article arXiv : 2304.05174v1

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Cet article présente une nouvelle approche hybride combinant des statistiques et de l'apprentissage automatique pour prévoir la demande nationale d'électricité. Les investissements et le fonctionnement des futurs systèmes énergétiques requièrent des prévisions à long terme de la consommation d'électricité avec une résolution horaire. Notre modèle mathématique remplit cette lacune en matière de prévision énergétique. La méthodologie proposée a été construite à partir de données horaires sur la consommation d'électricité en Ukraine entre 2013 et 2020. Nous avons analysé la structure sous-jacente des séries temporelles horaires, quotidiennes et annuelles de la consommation d'électricité. La tendance annuelle à long terme a été estimée par une analyse de régression macro-financière. Le modèle à moyen terme intègre les régresseurs liés aux températures et au calendrier pour décrire sa structure sous-jacente, et combine les approches ARIMA et LSTM "black-box" pour décrire le terme d'erreur. Le modèle à court terme capture la saisonnalité horaire grâce aux régresseurs du calendrier et aux multiples modèles ARMA pour le résidu. Les résultats montrent que le meilleur modèle de prévision est composée en combinant plusieurs modèles de régression et un modèle hybride LSTM pour la prédiction du résidu. Notre modèle hybride est très efficace pour prévoir la demande d'electricité à long terme avec une résolution horaire. En testant notre modèle sur 17520 pas de temps pendant 2 ans, il s’est avérée être très précis (96,83 \%).
Mots clés générés par l'IA : Prévision Demande électrique Modèle hybride LSTM Régression

Points clés générés par l'IA

  • Une nouvelle approche hybride combinant des statistiques et de l'apprentissage automatique pour prévoir la demande nationale d'électricité est présentée.
  • Les investissements et le fonctionnement des futurs systèmes énergétiques requièrent des prévisions à long terme de la consommation d'électricité avec une résolution horaire.
  • Le modèle mathématique proposé remplit cette lacune en matière de prévision énergétique.
  • La méthodologie proposée a été construite à partir de données horaires sur la consommation d'électricité en Ukraine entre 2013 et 2020.
  • Le modèle hybride combine les approches ARIMA et LSTM "black-box" pour décrire le terme d'erreur.
  • Les résultats montrent que le meilleur modèle de prévision est composé en combinant plusieurs modèles de régression et un modèle hybride LSTM pour la prédiction du résidu.
  • Notre modèle hybride est très efficace pour prévoir la demande d'electricité à long terme avec une résolution horaire. En testant notre modèle sur 17520 pas de temps pendant 2 ans, il s’est avéré être très précis (96,83 \%).
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Résumé : This article presents a novel hybrid approach using statistics and machine learning to forecast the national demand of electricity. As investment and operation of future energy systems require long-term electricity demand forecasts with hourly resolution, our mathematical model fills a gap in energy forecasting. The proposed methodology was constructed using hourly data from Ukraine's electricity consumption ranging from 2013 to 2020. To this end, we analysed the underlying structure of the hourly, daily and yearly time series of electricity consumption. The long-term yearly trend is evaluated using macroeconomic regression analysis. The mid-term model integrates temperature and calendar regressors to describe the underlying structure, and combines ARIMA and LSTM ``black-box'' pattern-based approaches to describe the error term. The short-term model captures the hourly seasonality through calendar regressors and multiple ARMA models for the residual. Results show that the best forecasting model is composed by combining multiple regression models and a LSTM hybrid model for residual prediction. Our hybrid model is very effective at forecasting long-term electricity consumption on an hourly resolution. In two years of out-of-sample forecasts with 17520 timesteps, it is shown to be within 96.83 \% accuracy.

Soumis à arXiv le 11 Avr. 2023

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