I AE I nte rna t io na l J o urna l o f   Art if icia l In t ellig ence   ( I J - AI )   Vo l.   4 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 5 ,   p p .   1 2 9 ~ 1 3 8   I SS N:  2252 - 8938          129       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I J AI   Na rx  Ba sed Sho rt  Ter m  Wi nd  Pow er F o recas ti ng  Mo del       M .   Na nd a na   J y o t hi 1 ,   V.   Dina k a r 2 ,   N.   S S R a v i Tej a 3   De p a rtm e n o f   El e c tri c a a n d   El e c tro n ics   En g in e e rin g ,   A c h a ry a   Na g a rju n a   Un iv e rsit y ,   A n d h ra   P ra d e sh ,   In d ia   2, 3   De p a rtm e n o f   El e c tri c a a n d   E lec tro n ics   En g i n e e rin g ,   K L   Un iv e rsit y ,   A n d h ra   P ra d e sh ,   I n d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Au g u s t   4 ,   2 0 1 5   R ev i s ed   Oct  8 ,   2 0 1 5   A cc ep ted   No v   1 4 ,   2 0 1 5       T h is  p a p e c o n tri b u tes   a   sh o rt - term   w in d   p o w e f o re c a stin g   th ro u g h   A rti f icia l   Ne u ra Ne tw o rk   w it h   n o n li n e a a u to re g re ss iv e   e x o g e n o u in p u t (NA RX m o d e l.   T h e   m e teo ro lo g ica p a ra m e ters   li k e   w in d   sp e e d ,   te m p e ra tu re ,   p re ss u re ,   a n d   a ir  d e n si ty   a r e   c o n sid e re d   a in p u p a r a m e ters   c o ll e c ted   f ro m   KL   Un iv e rsit y   a re a   a n d   th e   c a lcu late d   g e n e ra ted   p o we a s   o u tp u p a ra m e ters   o f   n e u ra n e tw o rk   to   p re d ict  t h e   w in d   p o w e g e n e ra ti o n .   Ba se d   o n   h y b rid   f o re c a stin g   tec h n iq u e   a   c o d e   is  d e v e lo p e d   in   M A TL A a d i ff e r e n h id d e n   la y e rs an d   d e l a y   ti m e s.   K ey w o r d :   A N N   H y b r id   m et h o d   Nar x   Netc   W in d   p o w er   f o r ec asti n g     Co p y rig h ©   2 0 1 5   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   M.   Nan d an J y o th i   Dep ar t m en t o f   E lectr ical  an d   E lectr o n ics  E n g i n ee r in g ,   A c h ar y Na g ar j u n U n i v er s it y ,   Gu n tu r ,   An d h r P r ad esh ,   5 2 2 5 0 2 -   I n d ia .   E m ail:  n an d a n aj y o t h i @ g m a il. co m       1.   I NT RO D UCT I O N     I n   th p r ese n d a y   s ce n ar io   t h n ee d   f o r   elec tr ical  p o w er   i s   g r o w i n g   i n   an   e x p o n e n tial  m a n n er .   T h f u e r eser v es  f o r   t h elec tr ical   p o w er   g en er atio n   t h r o u g h   co n v e n tio n al  m et h o d s   ar d ep let in g   at  a   v er y   f as ter   r ate  an d   ar ca u s in g   s e v er h ar m f u ef f ec o n   t h en v ir o n m e n t.  A cc o r d in g   to   th Gl o b al  W in d   E n er g y   Ou tlo o k   2 0 1 4   b y   Glo b al  W in d   E n er g y   C o u n ci l   ( GW E C )   p o w er   s ec to r   is   th s o le  e m itter   o f   ab o u 4 0 o f   th ca r b o n   d io x id an d   2 5 % o f   all  th g r ee n   h o u s g a s es.   T h b etter   s o lu tio n   th at  ad d r ess es  m o s o f   t h p r o b lem s   t h a ar is es  b ec au s o f   t h f o s s il  f u els  i s   th e   u s a g o f   r e n e w ab le  e n er g y .   Am o n g   all   th r e n e w ab le  e n er g ies  w i n d   e n er g y   is   th m o s p r o m i s i n g   a n d   ch ea p er   to   o p e r ate.   B u th er is   h u g d e m a n d   f o r   th elec tr ical  en er g y   w h ic h   is   p ar tl y   s h ar ed   b y   t h n o n - co n v e n tio n al   en er g y   r eso u r ce s .   GW E C   i n   i ts   r ec e n p u b li ca tio n   s ta ted   th a t h w i n d   e n er g y   co u ld   r ea ch   2 0 0 0 GW   b y   2 0 3 0 .   B u th m aj o r   h in d r an ce   f o r   th ex p an s io n   a n d   in te g r atio n   o f   th w i n d   p o w er   to   th g r id   is   th h ig h   v o latile  an d   in ter m itte n n a tu r o f   th w i n d   p o w er .   B ec au s o f   th ese  n a tu r es  o f   w i n d   p o w e r   it  is   v er y   d if f ic u lt   to   in teg r ate  to   th g r id   an d   s ch ed u le  th p o w er .   T o   o v er co m th s tated   p r o b lem s   w in d   p o w er   f o r ec asti n g   i s   th b est   s o l u tio n .   W in d   p o wer   f o r ec asti n g   m o d el   h elp s   t h p o w er   s y s te m   o p er ato r s   in   p o w er   s ch ed u li n g ,   d is p atch ,   g r id   s ec u r it y ,   s y s t e m   o p er atio n   a n d   m ai n tai n i n g   t h r eser v ca p ac itie s .   T h er ar d if f er e n t   f o r ec asti n g   m eth o d s   ac co r d in g   to   d i f f er en t   ti m h o r izio n s   w h ic h   ar v er y   s h o r ter m   f o r ec asti n g   m e th o d   i n   th is   m i n u te s   to   h o u r s   ti m e   h o r izo n   i s   co n s id er ed ,   s h o r t - ter m   f o r ec asti n g   m e th o d   i s   h o u r s   to   d a y s   ti m h o r izo n   is   co n s id er ed ,   lo n g   ter m   f o r ec asti n g   m et h o d   is   co n s id er ed   as d a y   to   m o n t h s   ar co n s id er ed   [ 1 - 5 ] .     1 . 1   O v er   v ie w   o f   t he  p re s ent   w ind   f o re ca s t ing   m et ho d s   T h er ar v ar io u s   f o r ec asti n g   m et h o d s   d ev elo p ed   to   p r ed i ct  w in d   s p ee d   an d   o r   p o w er ,   w h ic h   ar p r esen ted   as th f o llo w in g   tab u lar   co lu m n :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8938   IJ - AI    Vo l.  4 ,   No .   4 ,     Dec em b er   2 0 1 5   :   1 2 9     1 3 8   130   T ab le  1 .   W in d   Fo r ec asti n g   Me th o d s   an d   th e ir   A p p licatio n   [ 1 ] - [ 6 ]   F o r e c a st i n g   me t h o d   S u b   c l a ss   T e c h n i q u e   A d v a n t a g e s   D i s - a d v a n t a g e   P e r si st e n c e   me t h o d                               -   P ( t + k )   =   p ( t )   B e n c h   m a r k   a p p r o a c h   f o r   V e r y   sh o r t   t e r m   w i n d   p o w e r   f o r e c a st i n g .   R e l i a b i l i t y   d e c r e a se a s t i me   l a p se   i n c r e a se s.   P h y si c a l   a p p r o a c h   N u me r i c a l   W e a t h e r   P r e d i c t i o n ( N W P )   S o l v e   c o mp l e x   mat h e mat i c a l   mo d e l s u si n g   l a r g e   me t e o r o l o g i c a l   d a t a   i s   c o l l e c t e d   t o   d e v e l o p   p a t t e r n s   I t   i s re l i a b l e   f o r   me d i u m   t o   l o n g   t e r f o r e c a st i n g .   N e e d   l a r g e   n u m b e r   o f   c o mp u t a t i o n s (s u p e r   c o mp u t e r s n e e d e d ) .   S t a t i st i c a l   a p p r o a c h   A r t i f i c i a l   N e u r a l   N e t w o r k   ( A N N )   T u n e   t h e   n e t w o r k   w i t h   t h e   h e l p   d i f f e r e n c e   b e t w e e n   a c t u a l   d a t a   a n d   me a su r e d   d a t a   N o t   c o mp l e t e l y   b a se d   o n   p r e d e f i n e d   e q u a t i o n s   D a t a   me a su r e me n t   sh o u l d   b e   a c c u r a t e   f o r   p r o p e r   t r a i n i n g   o f   t h e   n e t w o r k .   T i me   se r i e s mo d e l s   H y b r i d   st r u c t u r e s   N W P &A N N   C o mb i n a t i o n   o f   f o r e c a st i n g   me t h o d s   i u se d   t o   i m p r o v e   t h e   e f f i c i e n c y   o f   f o r e c a st i n g .   I t   i s re l i a b l e   f o r   v e r y   sh o r t   t e r m fo r e c a st i n g .   D a t a   me a su r e me n t   sh o u l d   b e   a c c u r a t e   f o r   p r o p e r   t r a i n i n g   o f   t h e   n e t w o r k .                               T h p r e d icatio n   ca r r ied   o u in   th is   p ap er   u s es  t h h y b r id   s tr u ctu r e s .   Statis tical  d ata  is   co llected   f r o m   th E n er g y   Dep ar t m e n o f   K L U n i v er s it y ,   An d h r P r ad esh   w h ich   co n s is ts   o f   7 2 0   h o u r s   d ata  o f   w h ic h   6 7 2   h o u r s   d ata  is   u s ed   f o r   tr ain in g   an d   4 8   h o u r s   d ata  i s   u s ed   f o r   p r ed ictio n   an d   also   th p h y s i ca la w s   ar tak en   in to   ac co u n f o r   th ca lc u lati o n   o f   p o w er   g e n er atio n .   T h d ev elo p ed   m o d el  is   b ased   o n   th n o n - l in ea r   au to   r eg r ess i v w i th   e x o g e n o u s   i n p u ( n ar x )   to o w h ic h   tr ai n s   t h A NN   f o r   t h ti m s er ies.  T h i n p u p ar a m eter s   tak en   i n to   co n s id er atio n   ar w i n d   s p ee d ,   tem p er at u r e,   p r e s s u r e,   air   d en s it y   an d   th o u tp u p ar a m eter   i s   g en er ated   p o w er .   Me an   s q u ar er r o r   an d   r o o m ea n   s q u ar er r o r   a r ca lcu lated   f r o m   th p r ed icted   an d   k n o w n   r esu lt s .       1 . 2   Ca lcula t i o n   o f   w ind   po w er   f r o m   t he  da t a   T h w in d   p o w er   g e n er ated   b y   t h tu r b in e s   d ep en d s   u p o n   th f ac to r s   lik w i n d   s p ee d ,   am b ien t   te m p er atu r e,   w i n d   p r es s u r e,   air   d en s it y .   Am o n g   all   th e   f a cto r s   w in d   s p ee d   an d   air   d en s it y   d o m i n ates   t h e   p o w er   g en er ated .   W in d   p o w er   g en e r ated   is   k n o w n   b y                                      ( 1 )     W h er P - W in d   p o w er   g en er at ed   Ρ - A ir   d en s it y   at  th g i v en   te m p er atu r e   A - A r ea   s w ep t b y   t h t u r b in b lad es   V - W in d   s p ee d   W in d   p o w er   g e n er ated   is   h ig h l y   a f f ec ted   b y   t h air   d en s i t y   a n d   t h w i n d   s p ee d as   th e   ar ea   s w ep b y   th t u r b in es   b lad es  r e m ai n   co n s ta n f o r   ta k en   tu r b in e   [ 5 ] .   T h d ata  is   co llected   f r o m   E n er g y   Dep ar t m en o f   L   Un i v er s i t y ,   v ad d es w ar a m   ar ea   f o r   tim s p a n   o f   o n m o n t h   w h ic h   co m p r is es  o f   w i n d   s p ee d ,   am b ie n t   te m p er atu r e,   a n d   air   p r es s u r e.   T h ai r   d en s it y   i n   t h e   c o n s id er ed   ar ea   is   n o t   k n o wn .   Fo r   t h e   d en s i t y   ca lcu latio n s   v ap o u r   p r ess u r i s   r eq u ir ed   ac co r d in g   to   th f o r m u la  [ 5 ]             (            )   (                   )               ( 2 )     W h er ρ -   A ir   d en s it y   at  th g i v en   te m p er atu r e   D -   A ir   d en s it y   at  ab s o l u te  te m p er atu re   T -   Giv en   te m p er atu r e   B -   B ar o m etr ic  ( at m o s p h er ic)   p r ess u r e   e -   Vap o u r   p r ess u r o f   t h air   a t th g i v e n   te m p er at u r   A ll  t h d ata  r eq u ir ed   f o r   th d en s it y   ca lcu latio n   i s   p r esen ex ce p th v ap o u r   p r ess u r e.   I n   clo s ed   s y s te m   t h p r ess u r ex er ted   b y   v ap o u r   in   t h er m o d y n a m ic   eq u ilib r iu m   at  g i v en   te m p e r atu r is   th v ap o u r   p r ess u r e.   Vap o u r   p r ess u r is   c alcu lated   u s i n g   t h C la u s is - cla p eu r o n   r elatio n .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ - AI     I SS N:  2252 - 8938       N a r B a s ed   S h o r t Term  W in d   P o w er F o r ec a s tin g   Mo d el  ( M.   N a n d a n a   Jy o th i )   131      (         )   (             ) (               )               ( 3 )     W h er P 1 ,   P 2     T h v ap o u r   p r ess u r es a t te m p er at u r es T 1 ,   T 2   r esp ec t iv el y     H v ap     E n t h alp y   o f   v ap o u r iz atio n   o f   liq u id     R -   R ea l g a s   co n s ta n t ( 8 . 3 1 4 J )     T 1 -   T em p er atu r at  w h ic h   th v ap o u r   p r ess u r is   k n o w n     T 2 -   T em p er atu r at  w h ic h   th v ap o u r   p r ess u r to   b ca lcu lat ed   T ak T 1   an d   P 1   at   STP  co n d itio n s   an d   P 2   is   th v ap o u r   p r ess u r to   b e   ca lcu lated   at  w h ich   t h te m p er atu r is   T 2 .   B y   t h is   f o r m u la  v ap o u r   P 2 ,   e   i n   t h e   d en s it y   ca lcu la tio n   is   o b tain ed .   A ir   d en s i t y   is   th e n   ca lcu lated   b y   t h s tated   f o r m u la.   T h d ata  r eq u ir ed   f o r   th ca lcu latio n   o f   p o w er   g e n r atio n   is   o b tain ed   an d   t h e   p o w er   th at  ca n   b g en er ated   b y   u s i n g   all  th e s p ar am eter s   is   ca lcu lated   b y   i g n o r i n g   t h o p er atio n al  lo s ee s   o f   tu r b in e.         Fig u r 1 .   Diag r a m t ical  R ep r es en tatio n   o f   W in d   S pe ed   v s   P o w er   G e n er ated         2.   RE S E ARCH   M E T H O D     2 . 1   Art if ici a l N eura l N et wo rk   ( ANN)   A r ti f icial  n eu r al  n e t w o r k s   ar th n eu r al  n et w o r k s   d er iv ed   f r o m   th i n s p ir atio n   o f   b io lo g ical  n eu r al   n et w o r k s   ( an i m al   ce n tr al  n er v o u s   s y s te m ) .   T h ese  ar ti f icial  n eu r al  n et w o r k s   ar u s ed   to   ta k lo g ical  d ec i s io n s   b ased   o n   th in p u ts .   A NN  c an   d ea w it h   n o n - l i n ea r   an d   co m p le x   p r o b lem s   in   ter m s   o f   class i f icat io n   o r   f o r ec asti n g   b y   ex tr ac ti n g   t h d ep en d en ce   b et w ee n   v ar iab les  th r o u g h   th tr ain i n g   p r o ce s s .   So   th A NN  b ased   m et h o d   is   a n   ap p r o p r iate  m et h o d   to   ap p l y   to   t h p r o b le m   o f   f o r ec ast in g   w i n d   p o w er   b e ca u s it  i s   d ir ec tl y   p r o p o r tio n al  to   w in d   s p ee d   w h ic h   is   h ig h l y   i n ter m i tten t   in   n at u r e.   Am o n g   t h av a il ab le  m e th o d s   u s i n g   ar tif icial  n e u r al  n et w o r k s   t h NARX,  d y n a m ic  r ec u r r en m et h o d ,   is   u s ed   to   s o lv t h ti m s er ie s     p r o b lem   [ 7 - 1 0 ] .     2 . 1 . 1   ANN  t ra ini ng   On o f   th e   k e y   ele m e n ts   o f   n eu r al  n e t w o r k s   is   t h eir   ab ilit y   to   lear n .   A   n eu r al  n et w o r k   is   co m p lex   ad ap tiv s y s te m ,   w h ich   m ea n s   it  ca n   c h an g it s   i n ter n al  s tr u ct u r b ased   o n   t h in p u ts   an d   tar g et s .   T h ese   A N Ns  n ee d   to   b tr ain ed   f o r   d o in g   p ar ticu lar   tas k   [ 1 0 - 1 4 ] .   T h er ar th r ee   t y p es  o f   tr a in i n g   p ar ad ig m s   to   tr ain   th ar ti f icial  n e u r al  n et wo r k   an d   ar as f o llo w s :   1.   Su p er v i s ed   tr ain i n g I t   is   th e   p r o ce s s   o f   p r o v id in g   t h n et w o r k   w it h   s er ie s   o f   s a m p le  in p u t s   an d   co m p ar i n g   t h o u tp u w i th   t h ex p ec ted   r esp o n s e.   T h tr ai n in g   co n ti n u es  u n til  th e   n et wo r k   is   ab le   to   p r o v id th e x p ec ted   r esp o n s e.   T h p r o p o s ed   w o r k   is   s u p er v i s ed   tr ain in g   w i th   b ac k   p r o p ag atio n   tech n iq u e.   2.   Un s u p er v i s ed   tr ain i n g I n   t h is   m et h o d   o f   tr ain i n g ,   t h i n p u t   v ec to r   an d   th tar g et  o u tp u is   n o k n o w n .   T h n et w o r k   m a y   m o d i f y   i n   s u ch   w a y   th at  t h m o s s i m il ar   in p u v ec to r   is   as s i g n ed   to   th s a m o u tp u t   u n i t.   3.   R ein f o r ce m e n tr ain i n g I i s   t h p r o ce s s   o f   tr ain in g   t h n et w o r k   in   th e   p r esen ce   o f   tea ch er   b u i n   t h e   ab s en ce   o f   tar g e t v ec to r .   T h teac h er   g i v es o n l y   t h an s w er   w h et h er   it is   co r r ec t ( 1 )   o r   w r o n g   ( 0 ) .       0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 0 50 100 150 200 250 300 W i n d   s p e e d   m / s e c W i n d   P o w e r K W h Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8938   IJ - AI    Vo l.  4 ,   No .   4 ,     Dec em b er   2 0 1 5   :   1 2 9     1 3 8   132   2 . 1 . 2   No n linea Aut o   Reg r ess iv w it h e x o g eno us   inp ut  ( NARX )   T h n o n li n ea r   au to r eg r e s s i v e   n et w o r k   w ith   ex o g en o u s   i n p u ts   ( N AR X)   is   r ec u r r en t   d y n a m ic   n et w o r k ,   w it h   f ee d b ac k   co n n ec tio n s   en clo s in g   s e v er al  la y e r s   o f   th e   n et w o r k .   T h N AR m o d el  is   b ased   o n   th li n ea r   AR X   m o d el,   w h ic h   is   co m m o n l y   u s ed   i n   ti m e - s e r ies  m o d eli n g   [ 6 ] .   T h d ef in i n g   eq u atio n   f o r   th NARX  m o d el  i s       (   )     (   (       ) )     (       )               (        )     (       )     (       )               (        ) )   ( 4 )     W h er th d ep en d e n n e x v a lu o u tp u s i g n al   y ( t)   is   r e g r ess ed   o n   p r e v io u s   v a lu e s   o f   t h y ( t)   s ig n al  a n d   a n   in d ep en d en t   ( ex o g e n o u s )   i n p u s i g n al  is   th e   p r ev io u s   v alu e s .   I m p le m e n t   th e   N AR m o d el  t h r o u g h   f ee d f o r w ar d   n e u r al  n et w o r k   is   to   ap p r o x i m ate   t h f u n ctio n   f .   d iag r a m   o f   t h r esu lti n g   t w o - la y e f ee d f o r w ar d   n et w o r k   i s   s h o w n   F ig u r e   2.   T h is   ap p licatio n   also   allo w s   f o r   v ec to r   A R m o d el  f o r   m u ltid i m en s io n al  i n p u t s   an d   o u tp u t s   [ 5 ] .   NARX  n et w o r k   h av m a n y   ap p licatio n s   to   p r ed ict  th n e x v alu o f   t h in p u s i g n al  an d   al s o   b u s ed   f o r   n o n li n ea r   f ilter in g ,   i n   th i s   n o is e - f r ee   tar g e o u tp u o f   th in p u s ig n al  w il b o b tain ed .   T h im p o r tan u s e   o f   th N AR n et w o r k   i s   est ab l is h ed   in   a n o th er   ap p licati o n   o f   th n o n l in ea r   d y n a m ic   s y s te m s   m o d elli n g .   B ef o r s ig n if y i n g   t h tr ain i n g   o f   th N A R n et w o r k s ,   v ital   co n f i g u r atio n s   is   u s e f u in   tr ain i n g   a n d   co n s id er   th o u tp u o f   t h N A R n et w o r k   m o d el  to   b p r e d ictio n   o f   th e   o u tp u o f   n o n l in ea r   d y n a m ic  s y s te m .   T h s tan d ar d   N A R ar c h itect u r is   o u tp u f ed   b ac k   to   th i n p u o f   th f ee d f o r w ar d   n eu r al  n et w o r k .           Fig u r 2 .   T w o - L a y er   Feed f o r w ar d   N et w o r k       2 . 1 . 2 . 1 .     Series pa ra llel a rc hite ct ure   T h is   ar ch itectu r u s ed   w h en   t h o u tp u o f   t h N A R n et wo r k   is   co n s id er ed   to   b an   esti m ate  o f   th e   o u tp u o f   s o m n o n lin ea r   d y n a m ic  s y s te m .   T h o u tp u is   f ed   b ac k   to   th in p u o f   t h f ee d   f o r w ar d   n e u r al   n et w o r k   as  p ar o f   t h s tan d ar d   NARX  ar ch itec tu r e.   B ec au s th tr u o u tp u i s   av ai lab le  d u r in g   t h tr ain i n g   o f   th n et w o r k ,   y o u   co u ld   cr ea te  s er ies - p ar allel  ar ch itect u r e,   i n   w h ich   th tr u o u tp u i s   u s e d   in s tead   o f   f ee d i n g   b ac k   t h es ti m a ted   o u tp u t.  T h is   h as  t w o   ad v a n ta g es   w h ich   ar th f ir s i s   t h at  t h e   in p u t o   th f ee d   f o r w ar d   n et w o r k   is   m o r ac cu r ate.   T h s ec o n d   is   th at  th r esu lt i n g   n e t w o r k   h as  p u r el y   f ee d   f o r w a r d   ar ch itectu r e,   an d   s tatic  b ac k   p r o p ag atio n   ca n   b e   u s ed   f o r   tr ain i n g .           Fig u r 3 .   Ser ies P ar allel  A r ch i tectu r e       2 . 1 . 2 . 2 .     P a ra llel a rc hite ct ur e   L ater   th is   ar ch itec tu r is   co n v er ted   in to   p ar allel  ar ch itectu r e   f o r   th p r ed ictio n .   T h p r ed ic tio n   o f   th e   n ex v al u d ep en d s   o n   th in p u ts   a n d   p r ev i o u s   o u tp u ts   to   th n et w o r k .   T h d ep en d en ce   o n   th p r ev io u s   o u tp u t   ca n   b ad j u s ted   b y   u s i n g   d ela y s ,   in p u t d ela y s   a n d   f ee d b ac k   d ela y s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ - AI     I SS N:  2252 - 8938       N a r B a s ed   S h o r t Term  W in d   P o w er F o r ec a s tin g   Mo d el  ( M.   N a n d a n a   Jy o th i )   133       Fig u r 4 .   B lo ck   Diag r a m   o f   P ar allel  A r c h itec t u r e       2 . 2 Ste ps   f o t r a in t he  Neura l N et wo rk   B lo ck   d iag r a m   o f   Ma tlab   co d e   in   Fi g u r 5 .           Fig u r 5 .   B lo ck   Diag r a m   o f   M atlab   C ode       2 . 3 .     Alg o rit h m   o f   Neura l N et w o rk   NARX  n eu r al  n et w o r k   i s   u s ed   to   s o lv ti m s er ie s   p r o b lem .   [ X, T ]   s i m p leser ies_ d ataset;    n et  n ar x n et( 1 :2 , 1 :2 , 1 0 )   [ Xs,Xi, A i,T s ]   p r e p ar ets(n et, X, {} , T )   n et  tr ain ( n et, Xs,T s , Xi, A i) ;   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8938   IJ - AI    Vo l.  4 ,   No .   4 ,     Dec em b er   2 0 1 5   :   1 2 9     1 3 8   134       Fig u r 6 .   Neu r al  Net w o r k   T r ain in g   D ia g r a m         V ie w   ( n et)           Fig u r 7 .   NARX Ne t w o r k   V ie w         n et( Xs,Xi, A i) ;   p er f   p er f o r m ( n et, T s , Y)   Her th N A R n et w o r k   i s   s i m u lated   in   clo s ed   lo o p   f o r m .   n etc  clo s elo o p ( n et) ;   v ie w ( n e tc)           Fig u r 8 .   C lo s ed   lo o p   o f   NA R Net w o r k   Vie w   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ - AI     I SS N:  2252 - 8938       N a r B a s ed   S h o r t Term  W in d   P o w er F o r ec a s tin g   Mo d el  ( M.   N a n d a n a   Jy o th i )   135   [ Xs,Xi, A i,T s ]   p r e p ar ets(n etc, X, {} , T ) ;   y   n etc( X s , Xi, A i)   Her th N A R n et w o r k   i s   u s ed   to   p r e d ict  th n ex t o u tp u t a   ti m e s tep   ah ea d   o f   w h e n   it  w i ll   ac tu all y   ap p ea r .   n etp   r e m o v ed ela y ( n et) ;   v ie w ( n e tp )           Fig u r 9 .   P r ed ictio n   o f   Nex t O u tp u t o f   C lo s ed   L o o p   o f   NAR Net w o r k   Vie w       [ Xs,Xi, A i,T s ] = p r ep a r ets(n etp , X, {} , T ) ;   y   n etp ( Xs,Xi, Ai)       3.   RE SU L T A ND  AN AL Y SI S     3 . 1 .     P er f o rm a nce  o f   t he  AN N   First  th co llected   d ata  is   p r ep r o ce s s ed   i.e .   n o r m alize d   an d   th en   g i v e n   as  in p u ts ,   w h ic h   ar te m p er atu r es,  p r es s u r e,   air   d e n s it y ,   s p ee d   an d   p o w er   g e n er ated   is   g i v e n   as  o u tp u to   t h NARX  Ma t lab   co d e   is   d ev elo p ed   f o r   tr ain in g .   Af te r   t r ain in g ,   th n eu r al  n et w o r k   i s   r ea d y   f o r   th p r ed ictio n .   T h last   2   d ay s   d ata  is   g iv e n   to   t h n eu r al   n et w o r k   a n d   t h p r ed icted   o u tp u t   is   o b tain ed .   T h p r ed icted   o u tp u t   i s   co m p ar ed   to   t h e   ca lcu lated   p o w er   a n d   th e   p er f o r m a n ce   is   m o n ito r ed   b y   ca lcu lati n g   t h er r o r s   b y   v ar io u s   m ea n s   o f   er r o r   ca lcu latio n s .           Fig u r 1 0 .   C o llected   Data   P lo t   b et w ee n   air   De n s i ties ,   T e m p er atu r es v s   T im ( h o u r s )   0 100 200 300 400 500 600 700 800 22 24 26 28 30 32 34 36 38 T i m e - s e i r e s T e m p a r a t u r e Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8938   IJ - AI    Vo l.  4 ,   No .   4 ,     Dec em b er   2 0 1 5   :   1 2 9     1 3 8   136       Fig u r 1 1 .   C o llected   Data   P lo t   b et w ee n   P r ess u r es  v s   T im ( h o u r s )   Fig u r 1 2 .   C o llected   Data   P lo t   b et w ee n   W i n d   Sp ee d   v s   T i m ( h o u r s )         a.   Me an   E r r o r   ( ME ) I t is th b a s ic  t y p o f   er r o r   ca lcu latio n .   I t is th a v er ag o f   t h er r o r s .                     ( 5 )     b.   Me an   Sq u ar E r r o r   ( MSE ) : I is   o n o f   t h b asic t y p es o f   er r o r   ca lcu latio n .   I t is t h av er ag o f   th s q u ar es  o f   t h er r o r s .                   ( 6 )   c.   R o o t M ea n   Sq u ar E r r o r   ( R MSE ):   R MSE   is   t h s ta n d ar d   d e v iatio n   o f   th d i f f er en ce s   b et wee n   p r ed icted   v alu e s   an d   ac t u al  v a lu e s .   I t is t h s q u ar r o o t o f   th av er a g o f   s q u ar es o f   t h er r o r s .                   ( 7 )   W h er -   No .   o f   s a m p le s   T - A ct u al  Ou tp u t   P - P r ed icted   Ou tp u t   P r ed ictio n   is   ca r r ied   o u b y   v ar y in g   t h d ela y s   o f   th i n p u t   an d   also   th n u m b er   o f   n e u r o n s   in   th e   h id d en   la y er .   T h er r o r s   at  d if f er en t d ela y s   a n d   d if f er en n u m b er   o f   n eu r o n s   i n   t h h id d en   la y er   ar e       T ab le  1 . T h P er f o r m an ce   o f   t h P r ed icted   A NN  m o d el   A N N   D e l a y   ME   M S E   R M S E   N R M S E   S t a n d a r d   D e v i a t i o n   3       2   0 . 6 5   0 . 6 4   0 . 8   0 . 3 9   0 . 1 6   4   0 . 9 8   0 . 9 9   0 . 9 3   0 . 5 7   0 . 5 3   6   0 . 2 5   0 . 7 6   0 . 2 7   0 . 7 1   0 . 0 9   8   0 . 9 1   0 . 9 9   0 . 9   0 . 5 4   0 . 2 6   5       2   0 . 6 1   0 . 5 8   0 . 7 6   0 . 4 9   0 . 1 1   4   0 . 4 3   0 . 1 6   0 . 4 6   0 . 6 4   0 . 9   6   0 . 1 6   0 . 5 1   0 . 2 2   0 . 4 3   0 . 2   8   0 . 6 7   0 . 7 7   0 . 8 8   0 . 4   0 . 2   10       2   0 . 6 8   0 . 6 9   0 . 8 3   0 . 4 8   0 . 1 4   4   0 . 7 4   0 . 8 2   0 . 9   0 . 4 5   0 . 9   6   0 . 2 4   0 . 7 9   0 . 2 8   0 . 5 9 9   0 . 3 1   8   0 . 6 2   0 . 5 8   0 . 7 6   0 . 4 9   0 . 1 1           0 100 200 300 400 500 600 700 800 294 296 298 300 302 304 306 308 310 312 T i m e   i n   h o u r s w i n d   p r e s s u r e 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 W i n d   s p e e d   i n   m / s e c T i m e -   s e r i e s Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ - AI     I SS N:  2252 - 8938       N a r B a s ed   S h o r t Term  W in d   P o w er F o r ec a s tin g   Mo d el  ( M.   N a n d a n a   Jy o th i )   137   3 . 2 .     P er f o rm a nce  P lo t s   o f   t he  ANN   T h tr a in ed   n eu r al  n et w o r k   L e v en b er g - Ma r q u ar d ( tr ain l m )   is   e m p lo y ed   f o r   t h p r ed ictio n   o f   t h e   p o w er   g e n er ated   f o r   th la s 4 8   d ay s   b y   g i v i n g   th in p u p ar a m eter s   b y   v ar y in g   t h i n p u t i m d ela y s   an d   al s o   ch an g i n g   th n u m b er   o f   n eu r o n s   i n   th h id d en   la y er .   I n   ca s o f   3   n e u r o n s   i n   t h h id d en   la y er   th m i n i m u m   er r o r   is   attai n ed   w h en   t h ti m d ela y   g i v e n   i s   8   a n d   i n   ca s o f   5   n e u r o n s   i n   t h h id d en   la y er   t h m i n i m u m   er r o r   a r attain ed   w h en   t h d el a y   g i v e n   is   6   ar s h o w n .         Fig u r 1 3 .   T h A NN  p r ed icte d   o u tp u t p lo w h en   3   h id d en   la y er   n e u r o n s   a n d   ti m d ela y   o f   8           Fig u r 1 4 .   T h A NN  P r ed icted   Ou tp u t P lo w h e n   5   Hid d en   L a y er   Neu r o n s   w it h   T im D el a y   o f   6       Fo r   s h o r ter m   p r ed ictio n   o f   w i n d   p o w er   p er s is te n ce   m et h o d   s ee m s   to   b th b en c h   m a r k ,   b u b y   co n s id er in g   w in d   d ir ec tio n   an d   u p o n   p r o p er   tr ain in g   o f   th n et w o r k   t h A N m o d el  b ec o m e s   m o r r eliab le  ac co r d in g   to   th r e s ea r ch   a n d   r esu lt s   ar p r esen i n   [ 6 ] .   An d   as  th ti m p er io d   in cr ea s es  t h ef f ic ien c y   o f   th e   m et h o d   d ec r ea s es  d r asti ca l l y ,   b u th m o d el  p r esen ted   i n   th i s   p ap er   ca n   ad o p its elf   to   th v ar ied   ti m e( s )   u p o n   s u cc e s s f u tr ain i n g .   T h m o d el  is   les s   co m p le x ,   d o esn co n tain   a n y   f ilter s ,   w h ic h   m ak es  it  c h ea p er   i n   r ea lizatio n   o f   th m o d el  b u w it h   ap p r o x i m atel y   s a m ef f i cien cies  w h en   co m p ar ed   to   th o th er   m o d els  s u c h   as B a y esia n   ap p r o ac h ,   My c iel s k i,  f u zz y   lo g ic,   g r e y   m o d el  an d   etc. [ 1 1 ] - [ 1 2 ] .       4.   CO NCLU SI O N     T h is   p ap er   a d d r ess es  th p r o b le m   w in d   p o w er   f o r ec asti n g   m o d el  w it h   th h elp   o f   ar tifi cial  n eu r al   n et w o r k s   ( A NN) .   I is   d e v elo p ed   s o   th at  th e   w i n d   p o w er   c an   b f o r ec asted   an   h o u r   b ef o r e,   w h ich   h elp s   i n   m ai n tai n in g   g r id   in ter co n n ec t io n   an d   also   s c h ed u lin g   o f   u n its .   T h is   p ap er   n o o n l y   co m p ar e s   th d i f f er en t   la y er s   an d   d ela y s   b u al s o   p r o v id es  co m p ar ati v an al y s is   o f   d if f er e n m o d els.  Am o n g   t h e   d if f er e n m e th o d s ,   th p r o p o s ed   is   m o r r eliab le  f o r   an y   t y p e   o f   p r ed ictio n   a n d   ch ea p est  s o lu t io n .   O f   all,   th m o d el   w it h   h id d en   la y er   s ize  3   an d   d elay   6   an d   also   th m o d el  w it h   h id d en   la y er   s ize  5   an d   d elay   6   h av s h o w n   b est  p er f o r m a n c a m o n g   all  t h co m b in at io n s .         0 100 200 300 400 500 600 700 800 - 5 0 0 50 100 150 200 250 T i m e   s e r i e s w i n d   p o w e r     O r i g i n a l   T a r g e t s N e t w o r k   P r e d i c t i o n s E x p e c t e d   O u t p u t s 0 100 200 300 400 500 600 700 800 - 5 0 0 50 100 150 200 250 T i m e   s e r i e s w i n d   p o w e r     O r i g i n a l   T a r g e t s N e t w o r k   P r e d i c t i o n s E x p e c t e d   O u t p u t s Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8938   IJ - AI    Vo l.  4 ,   No .   4 ,     Dec em b er   2 0 1 5   :   1 2 9     1 3 8   138   RE F E R E NC E   [1 ]   Zh a o ,   X   W a n g ,   S X   L i,   T Re v i e o e v a lu a ti o n   c rit e ria  a n d   m a in   m e th o d o f   w in d   p o w e f o re c a stin g .   En e rg y   Pro c e d ia .   2 0 1 1 1 2 7 6 1 7 6 9 .     [2 ]   Ja e su n g   Ju n g ,   Ro b e rt  P   Br o a d w a ter.  Cu rre n sta tu a n d   f u tu re   a d v a n c e f o w in d   sp e e d   a n d   p o w e r   f o re c a stin g .   Ren e wa b le  a n d   S u sta in a b le E n e rg y   Rev iews .   2 0 1 4 ;   3 1 7 6 2 - 7 7 7 .   [3 ]   Ya o   Zh a n g ,   Jia n x u e   W a n g ,   Xif a n   W a n g Re v ie w   o n   p ro b a b il isti c   f o re c a stin g   o f   w in d   p o w e g e n e ra t io n .   Ren e wa b le   a n d   S u sta i n a b le E n e rg y   Rev iews .   2 0 1 4 ;   3 2 :   2 5 5 - 2 7 0 .      [4 ]   Tas c i k a ra o g lu ,   M   Uz u n o g lu re v ie o f   c o m b in e d   a p p ro a c h e f o p re d ictio n   o f   sh o rt - term   w in d   sp e e d   a n d   p o w e r .   Ren e wa b le  a n d   S u sta in a b l e   En e rg y   Rev iew.   2 0 1 4 3 4 :   2 4 3 - 2 5 4 .   [5 ]   Bh a sk a K,  S in g h   S N.   A W NN - A s siste d   W in d   P o w e F o re c a stin g   Us in g   F e e d - F o rw a rd   Ne u ra l   Ne tw o rk .   IEE T ra n sa c ti o n o n   S u sta i n a b le E n e rg y .   2 0 1 2 3 3 0 6 - 3 1 5 .   [6 ]   W e n - Ye a u   Ch a n g .   S h o rt - T e rm   W in d   P o w e F o re c a stin g   Us in g   th e   En h a n c e d   P a rti c le  S w a r m   Op t im iz a ti o n   Ba se d   H y b rid   M e th o d .   E n e rg ies .   2 0 1 3 6 4 8 7 9 - 4 8 9 6 .   [7 ]   Ca talã o ,   JP S   Os ó ri o ,   G P o u si n h o ,   HM I.   S h o rt - T e rm   W in d   Po we Fo re c a stin g   Us in g   a   Hy b ri d   Evo lu t io n a ry   In telli g e n A p p ro a c h .   In   P ro c e e d in g o f   th e   1 6 th   In tern a ti o n a l   C o n f e re n c e   o n   In telli g e n S y ste m   A p p li c a ti o n   t o   P o w e S y ste m s (IS A P ),   He rso n is so s,  G re e c e .   2 0 1 1 2 5 :   1 5 .     [8 ]   P a n   Zh a o ,   Jia n g f e n g   W a n g ,   J u n r o n g   X ia,  Yi n g x in   S h e n g ,   J ie  Yu e.   P e rf o rm a n c e   e v a lu ti o n   a n d   a c c u ra c y   e n h a n c e m e n o f   a   d a y - a h e a d   w in d   p o w e f o re c a stin g   in   c h in a Ren e wa b le E n e rg y .   2 0 1 2 4 3 2 3 4 - 2 4 1 .   [9 ]     M   Ca ro li n   M a b e l ,   E   F e rn a n d e z .   A n a l y sis  o f   w in d   p o w e g e n e ra ti o n   a n d   p re d icti o n   u sin g   A NN :   c a se   stu d y .   Ren e wa b le E n e rg y .   2 0 0 8 ;   3 3 9 8 6 - 9 9 2 .   [1 0 ]   L iu ,   HQ   T ian ,   Ch e n ,   Y   L i.   h y b rid   sta ti stica m e th o d   to   p re d ict  w in d   sp e e d   a n d   w in d   p o w e r.   R e n e wa b l En e rg y .   2 0 1 0 3 5 :   1 8 5 7 - 1 8 6 1 .   [1 1 ]   IJ  Ra m irez - Ro sa d o ,   LA   F e rn a n d e z - Ji m e n e z ,   M o n teiro ,   S o u sa ,   R   Be ss a Co m p a riso n   o f   t w o   n e w   sh o rt - ter m   w in d -   p o w e f o re c a stin g   s y ste m s .   Ren e wa b le  En e rg y .   2 0 0 9 ;   3 4 1 8 4 8 - 1 8 5 4 .   [1 2 ]     P   F l o re s,  A   T a p ia,  G   T a p ia.  Ap p li c a ti o n   o f   a   c o n tr o a lg o rit h m   f o w in d   sp e e d   p re d ict io n   a n d   a c ti v e   p o w e g e n e ra ti o n .   Ren e w a b le E n e rg y   2 0 0 5 ;   3 0 5 2 3 - 5 3 6 .   [1 3 ]   F Ho c a o g lu ,   M   F id a n ,   O.  Ge re k .   M y c ielsk i   a p p ro a c h   f o w in d   sp e e d   p re d ictio n .   E n e rg y   Co n v e rs io n   a n d   M a n a g e me n t.   2 0 0 9 ;   5 0 :   1 4 3 6 - 1 4 4 3 .   [1 4 ]   M   M o n f a re d ,   Ra ste g a r,   H M   Ko jab a d i.   A   n e w   stra te g y   f o win d   sp e e d   f o re c a stin g   u sin g   a rti f icia in telli g e n t   m e th o d s.   Ren e wa b le E n e rg y .   2 0 0 9 3 4 8 4 5 - 8 4 8 .   [1 5 ]   M   Na n d a n a   Jy o th i,   V   Di n a k a r .   S h o rt - term   W in d   S p e e d   F o re c a stin g   th ro u g h   A NN .   In ter n a t io n a l   J o u rn a l   o A p p li e d   En g i n e e rin g   Res e a rc h .   2 0 1 5 1 0 ;   2 1 4 7 5 - 2 1 4 8 6 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.