Privacy-preserving federated learning: Application to behind-the-meter solar photovoltaic generation forecasting

光伏系统 计算机科学 可再生能源 灵活性(工程) 多层感知器 差别隐私 分布式发电 人工智能 信息隐私 机器学习 数据挖掘 人工神经网络 分布式计算 工程类 计算机安全 电气工程 统计 数学
作者
Paniz Hosseini,Saman Taheri,Javid Akhavan,Ali Razban
出处
期刊:Energy Conversion and Management [Elsevier]
卷期号:283: 116900-116900 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.enconman.2023.116900
摘要

The growing usage of decentralized renewable energy sources has made accurate estimation of their aggregated generation crucial for maintaining grid flexibility and reliability. However, the majority of distributed photovoltaic (PV) systems are behind-the-meter (BTM) and invisible to utilities, leading to three challenges in obtaining an accurate forecast of their aggregated output. Firstly, traditional centralized prediction algorithms used in previous studies may not be appropriate due to privacy concerns. There is therefore a need for decentralized forecasting methods, such as federated learning (FL), to protect privacy. Secondly, there has been no comparison between localized, centralized, and decentralized forecasting methods for BTM PV production, and the trade-off between prediction accuracy and privacy has not been explored. Lastly, the computational time of data-driven prediction algorithms has not been examined. This article presents a FL power forecasting method for PVs, which uses federated learning as a decentralized collaborative modeling approach to train a single model on data from multiple BTM sites. The machine learning network used to design this FL-based BTM PV forecasting model is a multi-layered perceptron, which ensures privacy and security of the data. Comparing the suggested FL forecasting model to non-private centralized and entirely private localized models revealed that it has a high level of accuracy, with an RMSE that is 18.17% lower than localized models and 9.9% higher than centralized models.
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