An Improved Mixture Density Network Via Wasserstein Distance Based Adversarial Learning for Probabilistic Wind Speed Predictions

风速 概率密度函数 混合模型 计算机科学 风力发电 概率逻辑 SCADA系统 密度估算 混合物分布 时间戳 人工智能 气象学 统计 数学 工程类 实时计算 物理 估计员 电气工程
作者
Luoxiao Yang,Zhong Zheng,Zijun Zhang
出处
期刊:IEEE Transactions on Sustainable Energy [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:13 (2): 755-766 被引量:12
标识
DOI:10.1109/tste.2021.3131522
摘要

This paper develops a novel improved mixture density network via Wasserstein distance-based adversarial learning (WA-IMDN) for achieving more accurate probabilistic wind speed predictions (PWSP). The proposed method utilizes the historical supervisory control and data acquisition (SCADA) system data collected from multiple wind turbines (WTs) in different wind farms to predict the wind speed probability density function (PDF) of a targeted WT at the next timestamp. To better capture the fluctuation pattern of historical wind speed sequences and estimate parameters of the probability mixture model for approximating the wind speed PDF, an improved mixture density network (IMDN) is proposed. To address drawbacks of the traditional maximum likelihood estimation (MLE) on training the mixture density network, a Wasserstein distance (WD)-based adversarial learning is developed and the reparameterization trick is employed for the gradient delivery. The effectiveness of the proposed WA-IMDN is validated based on SCADA data (One dataset is publicly accessible) by benchmarking against a set of the commonly considered and recently reported PWSP methods, such as the mixture density network (MDN), maximum likelihood estimation (MLE) based mixture density attention network (MLE-IMDN), recent DMDNN and Improved Deep Mixture Density Network (IDMDN). Results demonstrate the superior performance of the proposed WA-IMDN on the PWSP. To demonstrate the repeatability of the presented research, we release our code at https://github.com/IkeYang/WA-IMDN- .

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