Conventional machine learning (ML) models and algorithms are constantly advancing at a fast pace. Most of this development are due to the implementation of hybrid- and ensemble techniques that are powerful tools to complement and empower the efficiency of the algorithms. At the same time, the development and demand for renewable energy sources are rapidly increasing driven by political and environmental issues in which failure to act fast enough, could lead to an existential crisis. With the phasing of non-renewable to renewable energy sources, new challenges arise due to its intermittent and variable nature. Accurate forecasting techniques plays a crucial role in addressing these challenges. In this thesis, I present a hybrid ensemble machine learning model based upon stacking, utilizing a Gradient Boosted Tree as a meta-learner to predict the energy demand for the energy area SE3 in Sweden. The Hybrid model is based on three composite models: XGBoost, CatBoost and Random Forest (RF); utilizing only features extracted from the timeseries data. For training and testing the proposed Hybrid model, hourly demand load data was gathered from Svenska Kraftnät, measuring energy consumption for the energy area SE3 from year 2016-2021. The forecasting results of the models are measured using a regression score (R-squared, which measures Explained Variance) and Accuracy (measured in terms of Mean Absolute Percentage Error). The result shows that in an experimental setting, the Hybrid model reaches a R-squared score of 0.9785 and an accuracy of 97.85%. When utilized for day-ahead prediction on unseen data outside of the scope of the training dataset, the Hybrid model reaches a R-squared score of 0.9764 and an Accuracy of 93.43%. This thesis concludes that the proposed methodology can be utilized to accurately predict the variance in the energy demand and can serve as a framework to decision makers in order to accurately predict the energy demand in Sweden. / Konventionella maskininlärningsmodeller (ML) och algoritmer utvecklas ständigt i snabb takt. Det mesta av denna utveckling beror på implementeringen av hybrid- och ensembletekniker som är kraftfulla verktyg för att komplettera och stärka effektiviteten hos algoritmer. Samtidigt ökar utvecklingen och efterfrågan på förnybara energikällor snabbt, drivet av politiska och miljömässiga motiv, där underlåtenhet att agera tillräckligt snabbt kan leda till en existentiell kris. Med utfasningen av icke-förnybara till förnybara energikällor uppstår nya utmaningar på grund av dess intermittenta och varierande karaktär. Noggranna prognostekniker spelar en avgörande roll för att hantera dessa utmaningar. I det här examensarbetet presenterar jag en hybrid ensemble maskininlärningsmodell baserad på stacking, med användning av ett Gradient Boosted Decision Tree (GBDT) som en meta-learner för att förutsäga energibehovet för energiområdet SE3 i Sverige. Hybridmodellen är baserad på tre kompositmodeller: XGBoost, CatBoost och Random Forest (RF) och använder endast features extraherade från tidsseriedata. För att utbilda och testa den föreslagna hybridmodellen samlades timbelastningsdata från Svenska Kraftnät, som mäter energiförbrukningen för energiområdet SE3 från år 2016-2021. Modellernas prognosresultat mäts med hjälp av ett regressionsmått (R-kvadrat, som mäter Explained Variance) och Accuracy (mätt i termer av Mean Absolute Percentage Error). Resultatet visar att i en experimentell miljö når hybridmodellen en R-kvadratvärde på 0,9785 och en Accuracy på 97,85%. När hybridmodellen används för att förutsäga energiförbrukningen dagen framåt på data utanför omfattningen av träningsdata, når hybridmodellen ett R-kvadratpoäng på 0,9764 och en Accuracy på 93,43%. Denna avhandling drar slutsatsen att den föreslagna metoden kan användas för att korrekt förutsäga variansen i energibehovet och kan fungera som ett ramverk för beslutsfattare för att korrekt prognostisera energibehovet i Sverige.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-322032 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Su, Binxin |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2022:794 |
Page generated in 0.0039 seconds