Previsão de séries temporais de consumo diário de gás natural no Brasil

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Universidade Federal de Minas Gerais

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Dissertação de mestrado

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Time series forecast of daily natural gas consumption in Brazil

Primeiro orientador

Membros da banca

Eduardo Mazoni Andrade Marçal Mendes
Frederico Gadelha Guimarães

Resumo

Este trabalho objetiva definir um modelo de previsão de curto prazo do consumo de Gás Natural (GN) no Brasil. O GN desempenha um papel crucial na matriz energética do Brasil, impactando diversos setores como indústria, geração de energia elétrica e aquecimento residencial. A previsão do consumo de gás natural a curto prazo é essencial para o cumprimento regulamentar e a eficiência econômica, especialmente para as empresas de distribuição. A complexidade do consumo de GN, influenciada por parâmetros econômicos, dados meteorológicos e fatores de calendário, apresenta desafios para previsões precisas. Visa-se preencher uma lacuna na literatura de estudos brasileiros e pesquisas limitadas sobre previsão no Brasil, em que está destacada a necessidade de estudos e modelos localizados, com os quais pretende-se contribuir. A metodologia é uma comparação de vários modelos como Regressão, ARIMA, Random Forest, Redes Neurais e Séries Temporais Nebulosas. O modelo proposto combina o Yamakawa Neo-Fuzzy-Neuron com o Unscented Kalman Filter (UKF) para previsão diária e semanal do consumo de GN. Os resultados experimentais destacam as melhorias do modelo em relação às abordagens existentes. Por fim, conclui-se que sempre o modelo adaptativo de Yamakawa é o mais eficiente, e que pode ser utilizado sempre que houver duas ou mais séries temporais, uma vez que cada uma delas avança independentemente, depois tudo se reúne em um UKF, que filtra as médias e os desvios-padrão.

Abstract

This work aims to define a short-term forecast model for Natural Gas (NG) consumption in Brazil. NG plays a crucial role in Brazil's energy matrix, impacting several sectors such as industry, electricity generation and residential heating. Forecasting short-term natural gas consumption is essential for regulatory compliance and economic efficiency, especially for distribution companies. The complexity of NG consumption, influenced by economic parameters, meteorological data and calendar factors, presents challenges for accurate predictions. The aim is to fill a gap in the literature of Brazilian studies and limited research on forecasting in Brazil, which highlights the need for localized studies and models, to which it's intended to contribute. The methodology is a comparison of several models such as Regression, ARIMA, Random Forest, Neural Networks and Fuzzy Time Series. The proposed model combines the Yamakawa Neo-Fuzzy-Neuron with the Unscented Kalman Filter (UKF) for daily and weekly prediction of NG consumption. The experimental results highlight the model's improvements over existing approaches. Finally, it is concluded that Yamakawa's adaptive model is always the most efficient, and that it can be used whenever there are two or more time series, since each of them advances independently, then everything comes together in a UKF, which filters the means and standard deviations.

Assunto

Engenharia elétrica, Gás natural, Previsão, Engenharia industrial, Análise de séries temporais, Combustíveis - Consumo

Palavras-chave

Gás natural, Previsão, Industrial, Séries temporais, Consumo

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