極端なクラス不均衡下における信頼性の高いウィンド・ランプ事象予測のための直接分類アプローチ

arXiv cs.AI / 2026/3/25

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要点

  • 本論文は、制御室のオペレータに対して早期アラートを発出することで系統安定性を支援する、リアルタイムでのウィンド・パワー・ランプ事象(WPRE)予測の信頼性を高めることを目的としている。
  • WPREの予測を多変量時系列の分類問題として定式化し、ランプ事象が通常サンプルの15%未満であるという深刻なクラス不均衡に取り組む。
  • 提案手法は、多数派クラス(通常状態)への偏りを低減し、性能を向上させるために、多数派クラスのアンダーサンプリングとアンサンブル学習を組み合わせる。
  • 直近の電力観測から特徴を抽出し、利用できないランプ情報をマスクするデータ前処理戦略を含み、従来のランプ識別ツールとの統合を見据えている。
  • 数値シミュレーションによる実世界データセットでの実験により、85%超の精度や88%の重み付きF1スコアなど、強い結果が報告されており、ベンチマーク分類器を上回る。

Abstract

Decision support systems are essential for maintaining grid stability in low-carbon power systems, such as wind power plants, by providing real-time alerts to control room operators regarding potential events, including Wind Power Ramp Events (WPREs). These early warnings enable the timely initiation of more detailed system stability assessments and preventive actions. However, forecasting these events is challenging due to the inherent class imbalance in WPRE datasets, where ramp events are less frequent (typically less than 15\% of observed events) compared to normal conditions. Ignoring this characteristic undermines the performance of conventional machine learning models, which often favor the majority class. This paper introduces a novel methodology for WPRE forecasting as a multivariate time series classification task and proposes a data preprocessing strategy that extracts features from recent power observations and masks unavailable ramp information, making it integrable with traditional real-time ramp identification tools. Particularly, the proposed methodology combines majority-class undersampling and ensemble learning to enhance wind ramp event forecasting under class imbalance. Numerical simulations conducted on a real-world dataset demonstrate the superiority of our approach, achieving over 85% accuracy and 88% weighted F1 score, outperforming benchmark classifiers.