TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol. 12, No. 9, September  2014, pp. 65 0 2  ~ 651 0   DOI: 10.115 9 1 /telkomni ka. v 12i9.467 1          6502     Re cei v ed O c t ober 1 0 , 201 3; Revi se d May1 9, 2014;  Acce pted Jun e  10, 2014   An improved Grey-based Approach for Short-Term  Wind Power Prediction      Bin Zeng*, Hong-bing Xu,  Jian-xiao Zo u, Kai Li, Xia o -shu ai Xin  Schoo l of auto m ation e ngi ne erin g,  Univers i ty of Electro n ic  Scienc e an d T e chn o lo g y  of C h in a,  No.20 06, Xi yu an Ave, W e st Hi-T e ch Z one, Che ngd u 61 17 31, Sichu an, C h in a   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : zengb in 200 6 @ 12 6.com       A b st r a ct   W i th the expa nsio n of w i nd farm insta l l a tio n s in  most co untries a ll ove r  the w o rld, the pow er   gen eratio has  alre ady  sig n ifi c antly  influ enc ed  on th e st a b ility a n d  secur i ty of the  pow e r  grid  after  gri d - conn ectio n . W i nd pow er fore casting is an  effectiv e met h od for guar ant ees stabi lity of the pow er output  from w i nd far m . T h is pap er pr opos ed a n  i m p r oved GM(1,1)   base d  pre d icti on  meth od, a n d  focuses  on t h e   w i nd pow er  o n lin e pr edicti o n usi ng th e r e lati onsh i bet w een the w i n d  spe ed  and  the w i nd  po w e gen eratio n. T h e si mulati on  re sults h a ve  verif i ed  that  th de velo ped  a ppr o a ch, w i th GM r o lli ng   mech an i s m,   d a t a   p r e p r o c e s si n g   a n d  ba ckg r o u n d  va l u e   o p t im i z ing   h a s  b e tte r p r e d i ctio n  p r e c i s io n ove r  th e  trad i t i onal  GM rolli ng  mo del  an d d a ta s e ries s m ooth i n g   mod e l. F i n a l l y, utili z e a c a se stu d y at  A z u o q i  w i nd  far m   locate d in Inn e r  Mongo lia pr o v ince of Ch ina,  w h ich obv io usl y  reali z e d  w i nd  pow er gen erat ion pr edicti on f o opti m i z i n g the  w i nd pow er co ntrol in the w i n d  farm in r eal ti me.      Ke y w ords : Grey theory, GM(1,1), predicti o n ,  w i nd pow er      Copy right  ©  2014 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion  No wad a ys, wind power ge neratio n is un derg o ing  the  fastest rate o f  growth of any form  of elect r icity  gene ration i n  the wo rld. T he po we ge neratio n from  the win d  farms h a sig n ificant   influen ced o n  the stability and security of the power  grid  after grid -co nne ction. For  a certai n type   of wind tu rbin e, max output  power i s  fixed unde certai n wind  sp eed . In other words, wi nd po wer  c a n in d i r e c t ly p r ed ic ted  by fo r e ca s t ing w i nd   s p e e d   at  the hub  height of  ea ch win d   turbi ne,  throug h the  manufa c ture’ s  po we r cu rv e [1-4]. T he  physi cal ap proach investe d  for win d  sp eed   forecastin g,  whi c h u s e s  t opog rap h ical  informatio of  the site to  d e scrib e  the  wind flow i n  de tail  applying flui d  dynami c s eq uation s  [5].  Wind  speed  predi ction   is an  effe ctive method  fo r p o wer   control.  In re cent d e cade s, seve ral  time-seri e s- b a se d mo dels  have be en  studied fo win d  sp eed   forecastin g,  such  a s  a u toregre s sive  (AR), m o ving  a v erage  (MA )   algorith m . Art i ficial intellig e n ce  and hyb r id m odel s, incl udi ng ad aptive  netwo rk ba se d Fu zzy inte rferen ce  syste m  (ANFIS) a nd  radial b a si s functio n  (RBF ), are also in volved for ho urly wind sp eed fore ca sti ng [6-9]. The s e   model s requi re la rge  set  of histori c al  data fo r thei r para m eters  estimation,  strong m a chin e   learni ng abilit y or compli cated comp uting process, which  limited application in real wind farm   Grey syst em theory is suited to predi ct with  poo r dat a [10]. More and mo re sch o lars ha tried to take  GM(1,1 ) mo del into the  study of pre d iction  whe n  lacki ng of l a rge  numb e r of  histori c al d a ta for learning  and com puti ng po wer  i s  limited [11, 12]. While the traditional GM (1,1)  model i s  ap prop riate fo r steady d e velopme n tenden cy of p r edi ction b a ckgroun d, lots of   transfo rmatio n method s p r opo sed a nd  most of them  can not wo rk  well  when th e discrete series  cha nge  ra pidl y. Wind  sp ee d in  win d  p o w er pla n t al ways  cha nge sha r ply,  so, it  is  ne ce ssary  to   find a more ef ficient metho d  for wind  sp eed fore ca sti ng.  In this  pap e r , an  imp r ov ed G M (1,1 ) model  p r op ose d  fo r p r edictin win d  po we r   continuously. First, rolling  mech ani sm i n troduced for forecastin g wind  speed cont inuously, and  only four hist orical value s  need ed in on e predi ct ion  cycle. Secon d , we pre p ro ce ss d a ta se ries  with smoothi ng meth od a nd optimi z b a ckgroun d va lue of tra d itio nal alg o rithm,  whi c h im pro v ed   predi ction accuracy  in the very great  degree. Fi nall y, the proposed appr oach is  illustrated b y   impleme n ting  it in the win d  sp eed a n d  active  po we r predictio of a middle - size  wind p o wer  plant.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     An im proved  Gre y -ba s ed  Appro a ch for Short-T e rm  Wind Po we r Predi ction (Bi n  Zeng 6503 2. Rese arch  Metho d   The  comm on  pro c e s se s o f  traditional   GM(1,1 algo rithm for wi n d  spee d fore ca sting    listed a s  belo w  [10].    2.1.  Accum u lated G e ner a ting Ope r ation (AG O Serve the sa mple data of wind  spee d, colle cted  fro m  wind turbi n e, as the inpu t data set    (0) ( 0 ) (0) ( 0) ( 1 ), ( 2 ), ..., ( ) VV V V n  for the GM (1,1) mo delin g, and at lea s t four d a ta i n clu ded  in the data set. Then, a  new accum u lated ro w matrix  (1 ) V  generated by the first-o r de Accu mulate d Gene rating O peratio n (1 -A GO).   (1 ) ( 1 ) (1 ) ( 1 ) ( 1 ) , ( 2 ) , ..., ( ) VV V V n          ( 1 )     (1 ) ( 0 ) (1 ) ( 0 ) 1 (1 ) ( 1 ) 1 , 2 , ... , () ( ) i k VV in Vi V k          ( 2 )     2.2.  Grey  Differen t ial Equ a tion and Pa ram e te rs Ide n tifica tion   The definition  of GM(1,1)  Model is fo rm ulated a s   (0 ) ( 1 ) () Va z i b             ( 3 )     Whe r (1 ) z , the backgroun d value, can b e  e x presse d as f o llow,   (1 ) ( 1 ) ( 1 ) 1 ( ) ( ) ( 1 ) 2 , ..., 2 z i Vi Vi i n           ( 4 )     And the first-orde r whitene d di fferential  equatio n expressed a s :     (1 ) (1 ) dV Vb di             ( 5 )     2.3. Param e t e rs Identi fic a tion of t h GM(1,1 ) Mod e The pa ramet e rs a a nd b can be calcula t ed with the least squa re  method a s  follow:     1 () T TT ab B B B Y           ( 6 )     Whe r e the m a trixes B and  Y can be exp r esse d by:    (1 ) (1 ) (1 ) (2 ) 1 (3 ) 1 ... ... () 1 z z B zn                  ( 7 )     (0) (0 ) (0 ) (2 ) (3 ) ... () V V Y Vn                   ( 8 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 9, September 20 14:  65 02 – 651 0   6504 2.4. Calculate Prediction  Value  Finally, the  predi cted tim e -seri e data   (1 ) V can  be o b tained  by me thod of inve rse  accumul a ted gene rating  o p e ration (IAG O):      (0 ) ( 1 ) (0 ) (0 ) ( ) (1 ) ( 1 ) (1 ) ( 1 ) ( 1 ) 1 , 2 , ..., aa i VV b Vi e V e a in              ( 9 )     2.5. Prediction Precision   The preci s io n  of predictio n  can be te ste d  by  the size  of residu als  and rel a tive errors.  Relative error  () i  can be calculated a s  is shown in Equa tion (10 )   (0 ) ( 0 ) (0 ) ˆ () () ( ) 1 , 2 , ..., () Vi Vi ii m Vi          ( 1 0 )     Whe r e m is t he numb e r of  predi cted val ues. And ave r age e r ror  () av g  is expre s sed a s   1 1 ( ) ( ) 1 , 2 , .. ., m i av g i i m m         3. Im prov ed  GM(1,1 ) Alg o rithm   3.1. Rolling Modeling an d Wind Spee d Prediction   The tradition al GM(1,1 ) model ca n only  be  used for  predi cting lim ited numbe r of data  seri es,  and  rolling m odeli ng me ch ani sm is involve d  for p r edi ctin g the  contin u ous  win d   sp eed   data  se ries [ 10]. The  met hod  of rolling  modeli ng i s   refre s hi ng th e real  wind  speed  data  se ries  (0 ) V , which h a s f our d a ta in this wo rk, by re moving the ol dest value a n d  inse rting int o  the latest  one. Wh en th e pre d iction fi nish ed with d a ta se rie s  be gin with  (0 ) () Vi , and  (0 ) V  will changed as  follow by rolli ng.    (0 ) ( 0) (0 ) ( 0) ( 1 ) , ( 2 ) , ..., ( ) VV i V i V i n          ( 1 2 )     Above ope rat i ons repe ated  as long a s  n e we r win d  sp eed value exi s ted.     3.2. Optimizing the Back ground Valu From th e p r e d iction  pro c e ss  of GM (1,1 ), we   ca n se e that predi ction p r e c isio depe nd on paramete r s a an d b, i.e. precisi o n is  clo s ely related to original data serie s   (0 ) V  and   backg rou nd value  (1) () zi In traditional  GM(1,1 ) alg o rithm, Equa tion  (4 ) is  ch ose n  to de scribe the  ba ckgroun d   value b a sed  the a s sumpti on that th ere  is  no  muta ti ons ap pea re d in  a ve ry short time  inte rval.  Ho wever, bei ng a sho r t pe riod of time,  t is only a re lative concept ion. In this period of time, the  cha nge of wi nd sp eed ma y include mut a tions, a s  is shown in Figu re 1.   A integral  eq uation  can b e  obtain ed from traditio nal  GM(1,1 ) mo del in Equ a tion (3 ) at   regio n   1, ii Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     An im proved  Gre y -ba s ed  Appro a ch for Short-T e rm  Wind Po we r Predi ction (Bi n  Zeng 6505 (1 ) (1 ) Vi (1 ) () Vi i 1 i (1 ) () Vt     Figure 1. Erro r of Backgrou nd Value       (1 ) (1 ) 11 ii ii dV dt a V dt b dt      i.e.     (0) ( 1 ) 1 () i i Vi a V d t b            ( 1 3 )     Comp ari ng Equation (13)  with GM(1,1)  model in  Equ a tion (3 ), it is easy to find out that  error come s from re pla c em ent  (1 ) 1 i i Vd t  by  (1 ) z .   In orde r to eliminate the error,  (1 ) z  can be calcul ated a s  follows,     (1 ) ( 1 ) (1 ) () 1 ( ) ( ) ( ) ( 1 ) zi i V i i V i           ( 1 4 )     Whe r  determined by met hod of ‘avera ge syste m   slo pe’ [13] with the followi ng rules:   1)      02 () 2 1 11 2, 3 , . .., 1 i ii i ki ik i k i ki in       2)      () 1 n   And the relati ve position s   i k   determi ned b y  the followin g  formula:       (0) ( 0 ) ln ( ) ( 1 ) ln i av g Vi V k           ( 1 5 )     Whe r e the av erag e slo pe coefficient  av g  calculate d  as foll ow:     (0 ) (1 ) (0) () (1 ) n avg Vn V            ( 1 6 )     3.3. Smoothing the Origi n al Data Series   Equation (14 )  develope d with the assum p tion t hat ori g inal data  se ries i s  ba se d  on the  homog ene ou s expon ential  law, and  sm oothne ss ch a r acte ri stic of  origin al data  seri es i s  the  main  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 9, September 20 14:  65 02 – 651 0   6506 factor that inf l uen ce s the predi ction p r eci s ion. Th u s , it is necessary to prep ro ce ss the o r igi nal  data, to make  it more smo o t hness an d cl ose  to the ch ara c teri stic of  exponential l a w.   Functio n   1 bx ae  was  utilized to improve the sm oot hness of original   seri es,  thus  predi ction  a c curacy  imp r o v ed [12]. But  lots of  non se nse  p r edi ctive value s   app ear wh en  we   use   this function f o r pre d ictin g  wind spee d conti nually. So, the sum of  mean value  and max differ  value se rved  as re du ction  buffer ope rat o redu c d  to eliminate  the abnormal pre d ictio n  results.   For  kee p ing  con s i s ten c y of the equ ations  as   before, the origi n al win d  spee d se rie s   expre s sed a s   (0 ) X , instead of  (0 ) V . Before op er ation (1 -AGO ) in (1 ), s e rie s   (0 ) V  establishe d   from  (0 ) X  by the formul a:    (0 ) (0 ) () 1 () re d u c bX i Vi d ae            ( 1 7 )     Whe r red u c d  can b e  cal c ulate d  as:     1 (0 ) ( 0 ) (0 ) 11 1 1 () m a x ( ) ( ) nn n r e duc ii j i dV i V i V j n         ( 1 8 )     Acco rdi ngly, the final pre d i c tion data  will  expresse d a s   (0 ) (0 ) (0 ) (1 ) (1 ) l n (1 ) 1 red u c Vi Xi b d aV i           ( 1 9 )     Once colle cted the  curre n t  wind  spe e d  value, wind  spe ed of n e xt time interva l  can  be  predi cted  wit h  the im proved al gorithm.  Figu re  2 sh ows  the   pred iction pro c e s b a sed on  t he  improve d  GM (1,1)  rolling m odel for wi nd  spe ed predi ction.       (1) ( 1 ) (1 ) ( 1) ( 1 ), ( 2 ), .. . , ( ) XX X X n (0) (0) () 1 () re du c bX i Vi d ae  (1 ) ( 0 ) (1 ) ( 0 ) 1 (1 ) ( 1 ) () ( ) i k VV Vi V k (1 ) ( 1 ) (1 ) () 1 ( ) ( ) ( ) ( 1 ) z ii V i i V i    (0 ) ( 1 ) (0 ) (0 ) ( ) (1) ( 1) (1 ) ( 1 ) ( 1 ) aa i VV b Vi e V e a     (0 ) (0 ) (0 ) (1 ) (1 ) l n (1 ) 1 r e duc Vi Xi b d aV i       Figure 2. Flow Ch art of Wi nd Speed Pre d ic tion  with Improve d  GM(1,1) Algorith m       4. Results a nd Analy s y s   Sample data  of wind sp ee d and po wer  colle cted fro m  Azuoqi wi n d  farm locate d in Inner  Mongoli a  pro v ince of Chi n a. The rate p o we r of wi n d  turbine i s  1.5 M W, whi c h i s  cha r a c teri ze d by  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     An im proved  Gre y -ba s ed  Appro a ch for Short-T e rm  Wind Po we r Predi ction (Bi n  Zeng 6507 a cut in  win d  sp eed  of 3 m /s, rate wi nd  spe ed  of  11.7m/s and   a cutting o u t win d   spe e d  of  25m/s.   Original wi nd speed data  was sampled every 100 millis econds from anem ometers  mounted  on  cabi n of the wind tu rbin e, and the me an value in 5  minutes  cal c ulated for a c t i ve  power predi ction. In order t o  ensu r e the  pre c isi on  of predi ction, 3 d e cimal di gits retaine d  in the  mean  value   of 5 mi nute s . A whole  day ’s  sam p le  dat a set of  win d  sp eed  an power coll ect e d   from one  win d  turbine, a s  pre s ente d  in Figure 3.           Figure 3. Sample Data Se t of Wind Spe e d       From Fi gure  3, we  can  se e that wind  speed  kee p stable rel a tively betwee n  po int 41th  and 6 0 th, wh ile co ntinue cha nge  sh arply betwe en  point 16 0th a nd 24 0th in  the  sampl e  d a ta   set. So, we will verify the algorithm p r edi ction  p r e c isio n not only with the wind  sp eed data  se ri es  of whole d a y and in the co ndition of sta b le and rape d  chan ging.     4.1. stable Wind Simulation  We sele cted real wind   spe ed  data set  from  41th  to  60th as S1 to  verify the algorithms and S2={5.32 , 5.35, 5.28,  5.45, 5. 74, 5.78, 5.59, 5.83, 6.25, 6.72,  6.37, 6.79, 6.65, 6.03, 6.12 6.02, 6.63, 6.05, 5.86, 6.77 }.  Predictio n result s with dif f erent metho d s liste d in Table 1.       Table 1. Pred iction Result whe n  Win d  Speed  Cha nge  Gently  Time point  real w i nd  speed  (m/s )   predicted  w i nd speed(m/s) a nd M R Traditional GM (1 ,1)   Smooth  GM (1,1)  Improved  GM(1, 1 )   45th  5.74  5.46(4.85 %)  5.45(4.98 %)  5.45(5.07 %)   46th  5.78  5.97(3.24 %)  5.95(2.86 %)  5.81(0.59 %)   47th  5.59  5.99(7.19 %)  6.01(7.50 %)  5.87(5.07 %)   48th  5.83  5.56(4.70 %)  5.55(4.87 %)  5.56(4.69 %)   49th  6.25  5.78(7.45 %)  5.78(7.60 %)  5.81(7.07 %)   50th  6.72  6.58(2.07 %)  6.54(2.71 %)  6.35(5.47 %)   51th  6.37  7.21(13.1 6 %)  7.17(12.6 3 %)  6.89(8.18 %)   52th  6.79  6.57(3.31 %)  6.58(3.14 %)  6.45(5.00 %)   53th  6.65  6.70(0.73 %)  6.68(0.38 %)  6.76(1.67 %)   54th  6.03  6.88(14.1 6 %)  6.92(14.6 8 %)  6.67(10.6 3 %)   55th  6.12  5.77(5.66 %)  5.69(6.98 %)  5.90(3.55 %)   56th  6.02  5.74(4.57 %)  5.81(3.53 %)  5.98(0.62 %)   57th  6.63  6.05(8.80 %)  6.05(8.81 %)  6.03(9.09 %)   58th  6.05  6.79(12.2 9 %)  6.69(10.5 5 %)  6.65(9.84 %)   59th  5.86  6.26(6.87 %)  6.25(6.59 %)  6.09(3.99 %)   60th  6.77  5.44(19.6 4 %)  5.49(18.9 6 %)  5.69(15.8 9 %)   MRE  7.42%  7.30%  6.03%       From the val ue of mean relative erro r (MRE ), we  ca n see that improved G M (1 ,1) has  better p r edi ct ed re sult a n d  the pre c i s ion  of predi ction  improve d  18 .7%, 17.4%, 0.5% com paring  with tradition al, smooth, a nd ada ptive al pha-ba sed G M (1,1)  algo risms re sp ectiv e ly.    0 50 100 15 0 200 250 30 0 0 5 10 15 i n t e rv al s ( 5   m i nut es ) f r om  0: 00 t o  23: 55 () W i nd S peed m / s Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 9, September 20 14:  65 02 – 651 0   6508 4.2. Rapid Changing Win d  Simulation  The  wind  sp e ed data  set from 20 6th to  225t h in  ra pi d ch angi ng  wind spee se ction a r e   sele cted  as S2, and   S2={9.5 4 ,8.5 7,7.58,8.45,6. 18, 12.83,8.1 1 , 8.52,6.93,10. 16,8.31, 12.1 4 , 10.23,8.32,7. 86,10.99,1 0 .3 ,8.92,10.74,9. 44}. Predi ctio n result of using  the ab o v e mentione d method s base d  on rolli ng   modelin g techniqu e to pre d ict win d  sp e ed value s  list ed in Table 2.       Table 2. Pred iction Result whe n  Win d  Speed  Cha nge  Rapidly   Time point  real w i nd  speed  (m/s )   predicted  w i nd speed(m/s) a nd M R Traditional GM (1 ,1)   Smooth  GM (1,1)  Improved  GM(1, 1 )   210th  6.18  8.08(30.6 7 %)   8.06(30.4 )   8.34(35.0 0 %)     211th   12.83   6.19(51.7 6 %)  5.64(56.0 7 %)  5.98(53.4 1 %)     212th  8.11  15.32(88. 94% )   8.25(1.76 %)   10.75(32. 50% )   213th   8.52  10.75(26. 12% )  13.48(58. 19% )  8.15(4.40 %)    214th  6.93  5.94(14.2 2 %)   7.42(7.00 %)   8.23(18.7 5 %)     215th   10.16   6.79(33.2 0 %)  6.40(37.0 0 %)  6.74(33.6 9 %)     216th  8.81  10.49(19. 04% )   8.65(1.79 %)   9.64(9.40 %)    217th  12.14   10.50(13. 49% )   12.22(0.6 8 %)   10.23(15. 69% )   218th  10.23   12.68(23. 91% )   10.78(5.3 6 %)   11.79(15. 21% )   219th   8.32  11.77(41. 46% )  13.02(56. 46% )  11.63(39. 84% )   220th  7.86  6.95(11.5 2 %)   7.17(8.83 %)   7.64(2.78 %)   221th   10.99   6.63(39.7 1 %)  6.98(36.5 3 %)  7.44(32.3 0 %)   222th  10.3  12.26(19. 00% )   10.08(2.1 6 %)   10.57(2.6 5 %)   223th   8.92  12.23(37. 09% )  13.99(56. 85% )  11.60(30. 08% )   224th   10.74   8.19(23.7 8 %)  8.06(24.9 1 %)  8.61(19.8 0 %)     225th  9.44  10.46(10. 80% )   10.06(6.6 1 %)   9.92(5.07 %)    MRE  30.30%  24.41%  21.91%       Whe n  win d   spe ed chan g e s rapidly, the pr eci s io n  of predi ctio n based o n  improve d   GM(1,1 ) in creased 2 7 .7% and 1 0 .2%, comp ari ng  wi th  that of trad itional GM (1, 1 ) alg o rithm   and  smooth  GM(1 ,1) algo rithm respe c tively.    4.3. Whole d a y   w i nd spe e d simulatio n   In orde r to e v aluate the a c tual result o f   these p r edi ction meth od s, all data  se t of 13th   May 2013 u s ed for fore ca sting. The mea n  absolute error (MA R ) an d  MRE listed i n  Table 3.       Table 3. Statistic of wh ole  Day Win d  Speed Pre d ictio n   Prediction algorithm  MAE  MRE  traditional GM(1 , 1 )   1.43  19.24%   smooth GM( 1 ,1)   1.39  19.05%   improved GM (1, 1 )   1.18  16.01%       In Table 3, t he sm ooth G M (1,1)  mod e l i ng ma ke o u t non sen s e p r edict valu es i n  som e   points  ch angi ng sha r ply, whi c re sult i n  the la r ge  e rro r. The  imp r oved  GM(1,1) mo del in  this  work u s in g b o th data  set  smoothi ng a n d  ba ckgro u n d  value o p timizing te ch nol ogie s  ha s hi g her  predi ction  preci s com paring with  the  smooth  GM (1,1)  rolling  m odel, with  its MAE and  M R redu ce d by 1 5 .1% and 1 5 .96%, so th e i m prove d  GM (1,1) rolling m odel h a ve the  best p r e d icti on  pre c isi on am ong the thre e  models.     4.4. Wind Pow e r  Predic tion  Wind tu rbi ne  has  win d  spe ed-p o wer  cu rve in theo ry, whi c can  be  use d  for  cal c ulatin the active  po wer by relatio n shi p  bet wee n  win d   spee d  and  wind  po wer. So, th predi ctive  wind  power  pre d P can be  expresse d a s  belo w ,     0[ 3 , 2 5 ] [ 17. 5 , 25 ] [3, 1 7 . 5 } pr e d r a t e cu r v e v PP v Pv            ( 2 0 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     An im proved  Gre y -ba s ed  Appro a ch for Short-T e rm  Wind Po we r Predi ction (Bi n  Zeng 6509 Whe r pre d P is p r edicte d  wi nd  power,  rat e P the  rate p o wer  o f  wind tu rbin e,  curv e P the  queri ed wi nd  power a c cord ing to power-spe ed curve, v the predicti v e wind spee d.    However, re al situation o f  wind turbi n e, such as  mech ani cal p r ope rty and  electri c al   cha r a c ter, is different fro m  theory values  whic h were calculate d  in the peri od of desig ni ng.  Figure 4 sho w s the comp arison of the  theory cu rv e and re al wind spe e d - po wer p o ints, real  value clo s e to  theory value on the cu rve but not one a nd the sam e         Figure 4. Power in T heo ry vs. Real Power      The cu rve  ex pre s ses  the relation ship b e twee n wind   sp eed and  output  p o wer  ca be  establi s h ed b y  methods a s  below.    1)  Se rve  the  power  val ue as refe ren c e value  at eve r y wind  sp eed  interval  of 0. 1m/s o n   theory cu rve.   2) Colle ct the  wind  sp eed  and o u tput p o we r from  wi nd turbi ne, a nd re move a bnormal  points.   3)  Gro up th e  real  po we values on  wi nd  spe ed i n terval a s   befo r e, an statistic offset   from theo ry curve.  4) Revi se referen c e valu e s  acco rdin g o ffset value an d freque ncy o f  occu rren ce.   The co ntinuo us predi cted power  calcul ated by the predi cted wi nd  speed d a ta with the  MAE value of  136.20  and  MRE value  of 23.72%. Co mpari s o n  bet wee n  predi cted po we r an d  real   power sho w n  as Figu re 5.           Figure 5. Win d  spe ed-po wer cu rve in th eory       5. Conclusio n   The com putin g powe r  and  histori c al d a ta are limited in most wind  power pla n t,  so a poo data req u ire d  short - term wi nd power p r e d iction alg o rit h m is necessary for wind p o we r pre d icti on  0 50 100 15 0 200 25 0 300 -2 00 0 20 0 40 0 60 0 80 0 100 0 120 0 140 0 160 0 i n t e r v a l s ( 5   m i nut es )  f r om  0: 0 0  t o  23 : 5 5 W i nd P o w e r ( K W     pr ed i c t e d  po w e r r eal  pow er Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 9, September 20 14:  65 02 – 651 0   6510 and cont rol. An  improved   GM(1,1 ) rolli ng  p r edi ct ion  model  pro p o s ed i n  thi s  p aper with  bet ter   perfo rman ce   in the ve ry short-te rm  pre d iction   comp ared  to oth e r GM(1,1) ba sed  simil a r type   method s with   actu al wind  spe ed at  a mi ddle-si zed   wi nd fa rm. F r o m  the te st  re sults of  real  case,  it can  be  see n  that p r edi ction p r e c isi on  of t he imp r ov ed alg o rithm   are  18.7% a n d  27.7% hi gh er  than that of t r adition al alg o rithm u nde r relatively ge ntle win d  sp eed a nd  rapi d ch angi ng  wind  spe ed  re spe c tively. The  wind  po we predi ction  re sult o b tained  ba sed  on t he relation sh ip   betwe en the wind  spee d and win d  po wer  with MR E value of 23.72%, which  confirm that  the   improve d  GM (1,1)  mod e l i s  favorable f o r imp r ov ing  the  accu ra cy of  wi nd sp ee predictio n and   achi eving win d  power p r edi ction.       Referen ces   [1]  Z hang Z Z ,  Z o u  JX, Z h e ng G.  Ultra-Sh o rt T e rm W i n d  Pow e r  Predicti on M o del B a se d o n   Modifi ed Grey   Mode l Method  for Pow e r Control in W i n d  F a rm . W i nd e ngi n eeri ng. 20 11; 3 5 (1): 55-6 8 [2]  Z hang  YC, L i u  HJ, Z han g HJ , Z hao  X. P e rformanc e An al ysis of D o u b l y   Excite d Br ushl ess Gen e rat o r   w i t h  Outer Rotor for Wi nd  Po w e r App l i c ation.  T E LK OMNIKA T e lecommunic a tio n  Computi n g   Electron ics an d Contro l . 201 2; 10(3): 47 1-4 76.   [3]  Karki R, T hapa  S, Billi nton  R.  A simpl i fied r i s k -base d  meth o d  for sh ort-term  w i n d  p o w e commitment.   Sustain abl e En ergy . 201 2; 3(3 ) : 498-50 5.   [4]  Moha ndas S, Cha nde l AK.  T r ansi ent stabil i ty en ha ncem en t of the po w e r s y stem  w i th  w i nd ge ner atio n .   T E LKOMNIKA T e leco mmunic a tion C o mputi n g Electron ics a nd Co ntrol . 20 11: 9(2): 26 7-2 78.   [5]  T ogelou A, Sid e ratos G, Hatziarg yrio u ND. W i nd Po w e r F o recasti ng in th e Absenc e of Historica l Data.   IEEE Transactions on  sust ainable energy . 2 012; 3(3): 4 16- 421.   [6]  Hua ng Z ,  Cha l abi Z S . Use  of time-series  an al ysis to mo de l  and for e cast  w i nd s p e ed.  Jo urna l of W i n d   Engi neer in g an d Industria l Aer odyn a m ics . 19 95; 56(2): 3 11– 322.    [7]  Kamal L,  Jafri YZ.  T i me  series  mode ls to s i mulate  an d for e cast h ourl y   av erag ed  w i n d  sp eed  in  Quetta ,   Pakistan.  Sol a r  Energy . 19 97; 61(1): 23 –3 2.  [8]  Ale x i adis MC, Doko pou los P S , Sahsaman o g lo u HS,  Mano usari d is IM. Short-term forecasting of  w i n d   spee d an d rela ted electric p o w e r . Solar En e r g y . 1 998; 6 3 (1 ): 61–68.   [9]  Li S, Wunsch  DC, Ha ir EO , Giesselmann MG.  Neural  netw o rk for w i nd p o w e r gen eratio n w i th  compressi ng fu nction . Proc. Int. Conf. Neural  Net w orks. Ho u s ton. 199 7; 1: 115 –1 20.   [10]  Den g  JL. T he  Gre y   Contr o l S y stem. W u h an:  Pr ess of  Hu az hon g U n ivers i ty  of Scie nce  &  T e chnolo g y .   199 3.  [11]  W ang Y, Song  QB, MacDone ll S,  Shep perd  M, Shen JY. Integrate  the GM (1,1) and V e rh ulst Mode ls   to Predict Soft w a re Stage  Effort.  IEEE transactions  on system m a n and cy bernetics-part c :   app licati ons a n d  review s . 200 9; 39(6): 64 7-6 58.   [12]  Liu R C , Yang  AP, Dai W Z GM (1, 1)  Mode l bas ed  on the transfo rmati on of fun c tion  1 bx ae Procee din g s o f  2007 IEEE Internatio na l C onfere n ce  o n  Gre y  S y stems  and Intell ig e n t Services.   Nanj in g. 200 7: 440- 444.   [13]  Yao W L , Chi  SC, Chen JH.  An improve d   Gre y -b as e d  ap proac h for ele c tricit y  d e man d  forecastin g ,   Electric Power System s Res e arch . 200 3; 67( 3): 217– 22 4.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.