Prévoir l'éclairement et son incertitude avec des nombres complexes

Une seule autorégression complexe, six coefficients, prévoit en même temps l'éclairement et sa volatilité. Pour une couverture visée de 80 %, la couverture observée reste entre 79,5 et 80,7 % jusqu'à six heures, et ses intervalles sont plus étroits que ceux de la régression quantile à tous les horizons.

L'idée

On calcule l'indice de ciel clair κ = GHI/GHICS, puis sa volatilité στ : l'écart-type de ses variations d'une heure à l'autre sur les 30 dernières heures. Au lieu de prévoir l'un puis l'autre, on les réunit dans un seul nombre complexe, z(t) = κ(t) + j·στ(t), et l'on applique une autorégression d'ordre p à z : ẑ(t+1) = Σ ωi·z(t−i), avec des coefficients ωi complexes. La partie réelle donne κ prévu ; sa multiplication par GHICS restitue l’éclairement prévu. La partie imaginaire donne la volatilité de κ. Les coefficients s'obtiennent par moindres carrés complexes, ω = (IHI + λ·1)−1IHo, avec p = 6 et λ = 3,74 pour Ajaccio.

Régler α

L'intervalle de prévision au niveau 1 − α s'écrit ĜHI ± μ·GHICS·σ̂. Tout se joue dans le multiplicateur μ. Sous l'hypothèse gaussienne, μ = erf−1(1 − α)/√(1 − β) ; mais l'éclairement n'est pas gaussien, et l'article recommande de caler μ sur les données d'entraînement, μ = f1·ef2·α, un couple (f1, f2) par horizon. Déplacez α : la courbe bleue est le μ calibré à l'horizon choisi, la courbe orange pointillée le μ gaussien à 1 h.

Les résultats de l'article (couverture visée 80 %, test 2018)

HorizonnRMSEPICP GaussPICP QuantPICP ComplMIL GaussMIL QuantMIL Compl
1 h0,19683,879,780,051,242,241,2
2 h0,25281,479,980,764,658,756,7
3 h0,28280,780,180,171,067,363,1
4 h0,30380,480,680,075,474,567,1
5 h0,31781,080,879,578,779,169,3
6 h0,32581,481,479,781,482,770,0

PICP (Prediction Interval Coverage Probability) : part des mesures dans l'intervalle (on vise 80 %). MIL (Mean Interval Length) : largeur moyenne de l'intervalle, normalisée. nRMSE de la méthode complexe. Gauss : variance des résidus ; Quant : régression quantile ridge. Source : tableau II de l'article.

Ce qu'il faut garder en tête

L'article

Cyril Voyant, Philippe Lauret, Gilles Notton, Jean-Laurent Duchaud, Luis Garcia-Gutierrez, Ghjuvan Antone Faggianelli. Complex-valued time series based solar irradiance forecast. Journal of Renewable and Sustainable Energy 14, 066502 (2022). HAL · arXiv.