Wind turbine power curve models translate ambient conditions into turbine power output. They are essential for energy yield prediction and turbine performance monitoring. In recent years, data-driven machine learning methods have outperformed parametric, physics-informed approaches. However, they are often criticised for being opaque "black boxes" which raises concerns regarding their robustness in non-stationary environments, such as faced by wind turbines. We, therefore, introduce an explainable artificial intelligence (XAI) framework to investigate and validate strategies learned by data-driven power curve models from operational SCADA data. It combines domain-specific considerations with Shapley Values and the latest findings from XAI for regression. Our results suggest, that learned strategies can be better indicators for model robustness than validation or test set errors. Moreover, we observe that highly complex, state-of-the-art ML models are prone to learn physically implausible strategies. Consequently, we compare several measures to ensure physically reasonable model behaviour. Lastly, we propose the utilization of XAI in the context of wind turbine performance monitoring, by disentangling environmental and technical effects that cause deviations from an expected turbine output. We hope, our work can guide domain experts towards training and selecting more transparent and robust data-driven wind turbine power curve models.


翻译:风力发电机功率曲线模型将环境条件转化为涡轮机功率输出,这对于能量产量预测和涡轮机性能监测至关重要。近年来,数据驱动的机器学习方法已超越参数化、基于物理信息的方法,但因其不透明的“黑箱”特性而常受批评,这引发了对其在非平稳环境(如风力发电机面临的环境)中稳健性的担忧。因此,我们引入一个可解释人工智能(XAI)框架,用于从运行SCADA数据中研究并验证数据驱动功率曲线模型学到的策略。该框架结合领域特定考量、沙普利值(Shapley Values)以及XAI在回归问题中的最新成果。结果表明,学到的策略比验证集或测试集误差更能指示模型稳健性。此外,我们观察到高度复杂的最先进机器学习模型倾向于学习物理上不合理的策略。为此,我们比较了多种确保模型行为物理合理性的方法。最后,我们建议在风力发电机性能监测中利用XAI,通过分离导致预期输出偏差的环境因素与技术因素。希望我们的工作能指导领域专家训练和选择更透明、稳健的数据驱动风力发电机功率曲线模型。

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
41+阅读 · 2020年10月13日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
106+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
IEEE | DSC 2019诚邀稿件 (EI检索)
Call4Papers
10+阅读 · 2019年2月25日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9日
LibRec 精选:推荐的可解释性[综述]
LibRec智能推荐
10+阅读 · 2018年5月4日
半监督多任务学习:Semisupervised Multitask Learning
我爱读PAMI
18+阅读 · 2018年4月29日
【推荐】用Tensorflow理解LSTM
机器学习研究会
36+阅读 · 2017年9月11日
【推荐】SVM实例教程
机器学习研究会
17+阅读 · 2017年8月26日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年6月2日
Arxiv
34+阅读 · 2022年12月20日
Arxiv
38+阅读 · 2021年8月31日
VIP会员
最新内容
对抗环境下超视距目标打击的情报支援
专知会员服务
8+阅读 · 7月22日
《无人机对海面作战影响评估》
专知会员服务
15+阅读 · 7月21日
印度精确打击与指挥架构的断层
专知会员服务
7+阅读 · 7月20日
美空军AI完成F-16战斗机自主空战历史性试飞
专知会员服务
8+阅读 · 7月20日
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
IEEE | DSC 2019诚邀稿件 (EI检索)
Call4Papers
10+阅读 · 2019年2月25日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9日
LibRec 精选:推荐的可解释性[综述]
LibRec智能推荐
10+阅读 · 2018年5月4日
半监督多任务学习:Semisupervised Multitask Learning
我爱读PAMI
18+阅读 · 2018年4月29日
【推荐】用Tensorflow理解LSTM
机器学习研究会
36+阅读 · 2017年9月11日
【推荐】SVM实例教程
机器学习研究会
17+阅读 · 2017年8月26日
相关基金
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员