8/18/2019 Redes Neurais Artificiais Na Previsão Do Consumo de Energia Elétrica No Brasil_II
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CENTRO UNIVERSITÁRIO SOCIESC – UNISOCIESC
SOCIEDADE EDUCACIONAL DE SANTA CATARINA
SAHAR MAHMOUD AYOUB
REDES NEURAIS ARTIFICIAIS NA PREVISÃO DE CONSUMO DE ENERGIA
ELÉTRICA NO BRASIL
JOINVILLE-SC
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2015012CENTRO UNIVERSITÁRIO SOCIESC – UNISOCIESC
SOCIEDADE EDUCACIONAL DE SANTA CATARINA
SAHAR MAHMOUD AYOUB
REDES NEURAIS ARTIFICIAIS NA PREVISÃO DE CONSUMO DE ENERGIA
ELÉTRICA NO BRASIL
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201502SAHAR MAHMOUD AYOUB
REDES NEURAIS ARTIFICIAIS NA PREVISÃO DE CONSUMO DE ENERGIA
ELÉTRICA NO BRASIL
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AGRADECIMENTOS
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RESUMO
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Palavras-Chave: R##! N#/$%.! A$".4..%.! M)#') # P$#.=>) C),!/:) #
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6
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ABSTRACT
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LISTA DE ILUSTRA!ES
F.8/$% 1 S.!"#:% E'9"$.) # P)",.% SEP.................................................................19
F.8/$% 2 O4#$"% I,"#$,% # E,#$8.% E'9"$.% +)$ F),"#...................................................20
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F.8/$% F/,=>) L.,#%$ +)$ P%$"#!.............................................................................38
F.8/$% < F/,=>) S.8:).#........................................................................................40
F.8/$% 10 A$3/."#"/$% # /:% RNA.............................................................................41
F.8/$% 11 R## %'.:#,"%% %.%,"# ): /:% ,.% %:%% # ,#/$,.)!.......................42
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F.8/$% 1< P$)#=>) % +)+/'%=>) ")"%' $#!.#,"#..........................................................53
F.8/$% 20 P)!!# :9.% # #3/.+%:#,")!....................................................................53
F.8/$% 21 C$#!.:#,") #),:.) :/,.%' # ,%.),%'..................................................55
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F.8/$% 2; P$)#=>) # ),!/:) # #,#$8.% #'9"$.%......................................................67
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F.8/$% 2 T#'% # ),4.8/$%=>) # /:% %! RNA !.:/'%%............................................73
F.8/$% 2 R## !.:/'%% +#') MATLAB......................................................................73
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GR"#ICOS
Gráfco 1 População brasileira..............................................................................54
Gráfco 2 Produto !ter!o "ruto do "rasil.............................................................56
Gráfco 3 #ese$pe!%o das $portaç&es e '(portaç&es......................................57
Gráfco 4 Produção de alu$)!io e$ 1000 to!eladas............................................59
Gráfco 5 Produção de aço bruto e$ 1000 to!eladas...........................................60
Gráfco 6 Produção de ci$e!to e$ $il%&es de to!eladas....................................61
Gráfco 7 Produção de papel e celulose e$ 1000 to!eladas................................62
Gráfco 8 Produção de *obre !o "rasil.................................................................63
Gráfco 9 Produção de pelotas e$ $il%&es de to!eladas.....................................64
Gráfco 10 Produção de soda e cloro e$ 1000 to!eladas.....................................65
Gráfco 11 *apacidade i!stalada e$ +,%...........................................................66
Gráfco 12 *o!su$o de e!er-ia eltrica !o "rasil................................................67
LISTA DE TABELAS
10
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/abela 1 +odelos de redes !eurais artifciais.......................................................29
/abela 2 'rro perce!tual e!tre alores co!%ecidos e trei!ados............................78
/abela 3 alores si$ulados ( alores co!%ecidos.................................................81
/abela 4 edes si$uladas ( 'rro $dio perce!tual..............................................82
/abela 5 'rro perce!tual e!tre alores co!%ecidos e trei!ados............................84
/abela 6 alores si$ulados ( alores co!%ecidos.................................................86
/abela 7 *o$paratio e!tre $e!or e $aior ua!tidade de dados dispo!)el......87
SUM"RIO
11
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12/96
1 INTRODUÇÃO...............................................................................................15
1.1 /'+...........................................................................................................16
1.1.1 Delimitação do tema............................................................................16
1.2 P"'+..................................................................................................16
1.3 P/''....................................................................................................16
1.4 :;/*...............................................................19
2.1.1 Estações e!ado!as.............................................................................20
2.1.2 Li"#as de T!a"smissão........................................................................21
2.1.$ %istemas de Dist!i&'ição....................................................................22
2.2 #'+># #' '>'G '=/*...............................................................23
2.3 P'? #' #'+>#.............................................................................23
2.4 "##' # P'? #' *G '=/* #...................................................25
2.6 =' /'+P.....................................................................................27
2.7 '#' >'; /
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2.7.6.2 t!i*a "o 0!asil......................65
3.2 ' #' #.................................................................................66
3.3 +#' ;/D# >'' '/;#..........................................................68
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EPEK E:+$#!% # P#!3/.!% E,#$89".%
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PDEK P'%,) D##,%' # E,#$8.%
PIBK P$)/") I,"#$,) B$/")
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1 INTRODUÇÃO
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1.1 /'+
UTILIWAXÃO DE REDES NEURAIS ARTIFICIAIS NA PREVISÃO DE
CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA
1.1.1 Delimitação do tema
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1.2 P"'+
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2 REFERENCIAL TEÓRICO
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Figura 1 Sistema Elétrico de Potência SEP
Fonte: Desconhecido
19
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2.1.1 Estações e!ado!as
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Figura 2 Oferta Interna de Energia Elétrica por Fonte
Fonte: Balanço Energético Nacional (BEN 2015, p1!
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Figura , Fun-*o +imiar
Fonte: & a'tor
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Figura . Fun-*o +inear por Partes
Fonte: & a'tor
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Figura / Fun-*o Sigmoide
Fonte: & a'tor
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Figura 11 #ede alimentada adiante com uma nica camada de neur&nios
Fonte: & a'tor
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Figura 12 #ede !+P t4pica com duas camadas intermediarias
Fonte: )a*$in, 2001
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Figura 13 #ede totalmente conectada
Fonte: & a'tor
Figura 1"5 #ede parcialmente conectada
Fonte: & a'tor
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Fonte: )a*$in, 2001
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Figura 1) prendi6ado super7isionado
Fonte: Braga 3ar4alho e +'der"ir, 2000
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Fig'ra 1/ Fl'o de processa"ento do algorit"o ac$propagation
Fonte: & a'tor
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Figura 1. Flu8ograma do algoritmo 'ac9propagation
Fonte: & a'tor
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Fonte: lano Decenal de Epans6o de Energia 7 EE,2015 p8.
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Figura 21 Crescimento econ&mico mundial e nacional
Fonte: Nota técnica DE; 08
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20072008
20092010
20112012
20132014
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1500.00
2000.00
2500.00
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Fonte: & a'tor co" dados do Banco 'ndial e BNDE=
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20092010
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10.00
15.00
20.00
"ala!ça *o$ercial
s e(portaç&es de be!s e seriços BM do P"C
s i$portaç&es de be!s e seriços BM do P"C
Fonte & a'tor co" dados do inistério do Desen4ol4i"ento, 9nd>stria e 3o"ércio Eterior
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0.00
500.00
1000.00
1500.00
2000.00
Produção de lu$i!io
Produção de lu$i!io B10N3 tC
Fonte: & a'tor co" dados da ;ssociaç6o Brasileira do ;l'"?nio (;B;+!
C): $#'%=>) % +$)/=>) # %=) &$/") % ,)"% "9,.% DEA 0;15 :)!"$% /:
$#!.:#,") +#3/#,) #: $#'%=>) % +$)/=>) # %=) &$/") ,) B$%!.'
>o prese!te estudoI co!f-uraKse u$ ce!ário $odesto de
e(pa!são da produção de aço bruto para os prO(i$os a!os.
capacidade i!stalada au$e!ta !o decorrer do %oriEo!te
dece!alI co$ e(pa!são de 0I9M ao a!oI JaEe!do co$ ue as
e(portaç&es l)uidas te!%a$ Jorte retração !este per)odo.
produção brasileira de aço eoluirá de 35 $il%&es de
to!eladasI e$ 2014I para 48 $il%&es de to!eladas e$ 2024I
pri!cipal$e!te co$o co!seu!cia da pre$issa de -radual
reto$ada da utiliEação da capacidade i!stalada BN)"% "9,.%
DEA 0;15 - EPE +1
60
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adeuará Qs !ecessidades de ate!di$e!to ao cresci$e!to
da de$a!da do$sticaI a ual se sup&e auecidaI e$
Ju!ção dos pro-ra$as %abitacio!ais e da $el%oria de re!da
da população alaa!ca!do a co!strução ciilI assi$ co$o de
-ra!des obras de i!Jraestrutura !ecessárias ao
dese!oli$e!to suste!tado do Pa)s. BN)"% "9,.% DEA 0;15 -
EPE +;2
61
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6.!")! ,) 8$*4.)
;ráfico ) Produ-*o de cimento em mil=>es de toneladas
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
Produção de *i$e!to
Produção de *i$e!to !o "rasil B10N6 tC
Fonte: & a'tor co" dados do BNDE=
D# %)$) ): ) P'%,) D##,%' # E+%,!>) E,#$89".% ): $#'%=>) %)
$#!.:#,") ) !#")$ # +%+#' # #'/')!# "#:)!K
setor de papel e celulose u$ dos $ais pro$issores da i!dAstria
de tra!sJor$ação !o "rasilI ue possui a!ta-e$ !atural para a
pla!tação de árores de fbra curtaI co$o o eucalipto. ra$o de
celuloseI especial$e!teI opera co$ bai(o custoI e$ pla!tas de
-ra!de escalaI e $uito co$petitio i!ter!acio!al$e!teI co$
-ra!de pote!cial para e(portar. produção de papel a partir da
celulose $ais oltada para o $ercado i!ter!oI possui!do $uito
espaço para e(pa!sãoI dado o bai(o co!su$o per capita atual.P'%,) D##,%' # E+%,!>) # E,#$8.% 202; – EPE201; +;0
62
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#'/')!# ,) B$%!.' ,)! '".:)! 20 %,)!
;ráfico , Produ-*o de papel e celulose em 1000 toneladas
0.00
2000.00
4000.00
6000.00
8000.00
10000.00
12000.00
14000.00
16000.00
18000.00
Produção de Papel *elulose
Produção de Papl B10N3 tC Produção de *elulose B10N3 tC
Fonte: & a'tor co" dados da ;ssociaç6o Brasileira de 3el'lose e apel (B@;3E+;!
C): $#'%=>) % +$)/=>) # C)&$# ,) B$%!.' %! +#$!+#".6%! +%$% ) B$%!.' #
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DEA 0;15 - EPE +;2
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6.!")! ,) 8$*4.) <
;ráfico . Produ-*o de Cobre no 'rasil
0.00
50.00
100.00
150.00
200.00
250.00
300.00
Produção de cobre e$ 103 to!eladas
Fonte: & a'tor co" dados do BNDE=
A .,!"$.% # +#')".%=>) "#: ):) 4.,%'.%# % 4%&$.%=>) %! +#')"%! 3/#
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64
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;ráfico / Produ-*o de pelotas em mil=>es de toneladas
0.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.00
PelotiEação
PelotiEação B10N6 tC
Fonte: & a'tor co" dados do Departa"ento Nacional de rod'ç6o ineral (DN!
O ')$) # % !)% */!".% !)% !>) +$)/.)! !.:/'"%,#%:#,"# +#'%
#'#"$'.!# # !%' ,/:% +$)+)$=>) 4.% # 1 "),#'%% # ')$) +%$% 112 " # !)%
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EPE201; +1
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Á'%'.! C')$) # D#$.6%)! ABICLOR #:),!"$%: ) #!#:+#,() #!!# !#")$ ,)!
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65
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;ráfico 10 Produ-*o de soda e cloro em 1000 toneladas
0.00
500.00
1000.00
1500.00
2000.00
Produção de oda *loro
Produção de oda B10N3 tC Produção de *loro B10N3 tC
Fonte: & a'tor co" dados da ;ssociaç6o Brasileira da 9nd>stria de Alcalis, 3loro e Deri4ados
(;B93+&@!
$.1. Ca7a*idade i"stalada de e!ação el>t!i*a "o
0!asil
S#8/,) ) B%'%,=) E,#$89".) N%.),%' BEM 2015 % %+%.%# ")"%'
.,!"%'%% # 8#$%=>) # #,#$8.% #'9"$.% ) B$%!.' #,"$%.! # !#$6.=) +&'.) #
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0.00
20000.00
40000.00
60000.00
80000.00
100000.00
120000.00
140000.00
160000.00
*apacidade i!stalada de -eração eltrica !o "rasil B+,%C
*apacidade i!stalada de -eração eltrica !o "rasil B+,C
Gráco 11 Capacidade instalada em MWh
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;ráfico 12 Consumo de energia elétrica no 'rasil
0.00
100000.00
200000.00
300000.00
400000.00
500000.00
*o!su$o de '!er-ia 'ltrica e$ G,%
Fonte: & a'tor co" dados do &perador Nacional do =iste"a (&N=!
U".'.%,) ) P'%,) D##,%' # E+%,!>) # E,#$8.% 202 ):) +%$:#"$) #
):+%$%=>) +%$% )! $#!/'"%)! )&".)! ,% !%% % RNA 6#:)! ,% 4.8/$% %&%.) %!
+$)#=#! # ),!/:) #,),"$%%! +#'% EPE
Figura 23 Pro:e-*o de consumo de energia elétrica
Fonte: lano Decenal de Epans6o de Energia 2028 7 EE,2018 p80
68
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# 6#")$#! # "%:&9: +#'% 4%.'.%# # /".'.%=>) % TOOLBOb # RNA
Figura 2" Flu8o básico para a concep-*o de uma #%
Fonte: & a'tor
69
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70
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Figura 2$ ela de configura-*o da #% no !+' #201$a
Fonte: & a'tor
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71
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Figura 2) ela do tool de redes neurais do !+'
Fonte: & a'tor
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:)#')! # RNA "#!"%) ,#!!# "$%&%'() ),# )! +%$:#"$)! %)"%)! 4)$%:K
Modelo de rede e Feedforward ): ac$propagation
#&92o de 're)a*e'o e +e4energarC'ardt ac$propagation
#&92o de ada/'a92o e radient descent weight and ias learning f'nction
#&92o de /er3or*a0e e ean =C'ared Error
N*ero de 0a*adas o0&l'as e ;
N*ero de e&r;)os /or 0a*ada e
#&92o de a')va92o e F/,=>) S.8:).#
73
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Figura 2, ela de configura-*o de uma das #% simulada
Fonte: & a'tor
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+%$:#"$)! ),4.8/$%)!
U:% ),4.8/$%=>) %% +#') MATLAB %! $##! "#!"%%! ,#!!# "$%&%'()
+)# !#$ 6.!/%'.%% ,% 4.8/$% %&%.)
Figura 2. #ede simulada pelo !+'
Fonte: & a'tor
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A+! % $## $.%% #6#:)! %&$.-'% '.%,) #: .:% % $## $.%% ,%
%,#'% ) tool # $##! ,#/$%.! 4.8/$% 2Q +%$% "#$ %#!!) % %,#'% # "$#.,%:#,")
),4.8/$%=>) # "$#.,%:#,") 6%'.%=>) :/%,=% ) 6%')$ )! +#!)! # %%
6%$.*6#' # "%:&9: ) ias E!!% %,#'% +)# !#$ 6.!"% ,% 4.8/$% %&%.) %% /: )!
."#,! !#$* "$%"%) ): :%.! #"%'(#! ) "/")$.%' ) A,#) B
Figura 2/ anela com op->es de comandos da rede criada
Fonte: & a'tor
3.4 /rei!a$e!to da ede
P%$% #!!# #!"/) 4)$%: $.%%! %) ")) 2 $##! +).! 4). 4#."% % 6%$.%=>) )
,:#$) # %:%%! "$! )+=#! ,:#$) # ,#/$,.)! "$! )+=#! # ,:#$) #
4/,=#! # %".6%=>) "$! )+=#! ) 3/# '#6% % ;;e2 ): %! ),4.8/$%=#! ."%%!
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Figura 30 ParDmetros de treinamento da rede
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Figura 32 Processo de treinamento da rede
Fonte: & a'tor
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Figura 33 Compara-*o ente 7alores con=ecidos e 7alores treinados
Fonte: & a'tor
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