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2022-06-24
英文标题:
《Machine Learning on EPEX Order Books: Insights and Forecasts》
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作者:
Simon Schn\\\"urch and Andreas Wagner
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最新提交年份:
2019
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英文摘要:
  This paper employs machine learning algorithms to forecast German electricity spot market prices. The forecasts utilize in particular bid and ask order book data from the spot market but also fundamental market data like renewable infeed and expected demand. Appropriate feature extraction for the order book data is developed. Using cross-validation to optimise hyperparameters, neural networks and random forests are proposed and compared to statistical reference models. The machine learning models outperform traditional approaches.
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中文摘要:
本文采用机器学习算法对德国电力现货市场价格进行预测。预测特别利用现货市场的买卖订单数据,以及可再生能源进料和预期需求等基本市场数据。对订单数据进行适当的特征提取。利用交叉验证优化超参数,提出了神经网络和随机森林,并与统计参考模型进行了比较。机器学习模型优于传统方法。
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分类信息:

一级分类:Statistics        统计学
二级分类:Applications        应用程序
分类描述:Biology, Education, Epidemiology, Engineering, Environmental Sciences, Medical, Physical Sciences, Quality Control, Social Sciences
生物学,教育学,流行病学,工程学,环境科学,医学,物理科学,质量控制,社会科学
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一级分类:Quantitative Finance        数量金融学
二级分类:Statistical Finance        统计金融
分类描述:Statistical, econometric and econophysics analyses with applications to financial markets and economic data
统计、计量经济学和经济物理学分析及其在金融市场和经济数据中的应用
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一级分类:Statistics        统计学
二级分类:Machine Learning        机器学习
分类描述:Covers machine learning papers (supervised, unsupervised, semi-supervised learning, graphical models, reinforcement learning, bandits, high dimensional inference, etc.) with a statistical or theoretical grounding
覆盖机器学习论文(监督,无监督,半监督学习,图形模型,强化学习,强盗,高维推理等)与统计或理论基础
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2022-6-24 04:40:51
EPEX订单上的机器学习:洞察和预测。施努尔*和A.WagnerFraunhofer ITWM,Fraunhofer工业数学研究所ITWM,Fraunhofer Platz 1,67663 Kaiserslautern,Germany2019年9月6日摘要本文采用机器学习算法预测德国电力现货市场价格。这些预测特别利用了现货市场的出价和任务订单数据,还利用了可再生能源进料和预期需求等基本市场数据。对订单数据进行适当的特征提取。利用交叉验证优化超参数,提出了神经网络和随机森林,并与统计参考模型进行了比较。机器学习方法优于传统方法。关键词:机器学习、神经网络、随机森林、电力市场、可再生能源、现货价格、预测。1简介预测电价是能源公用事业公司的一项重要任务,不仅对于自营交易,而且对于优化发电厂生产计划和其他技术问题都是必要的。电力价格预测中一种很有希望的方法是使用对市场基本面(如需求或可再生能源供给)的预测重新计算订单。然而,这种方法需要对市场数据进行广泛的统计分析。在这篇文章中,我们检验了EIF以及如何使用机器学习来减少统计工作。我们的论文主要关注两个研究问题:o如何将电力市场的订单纳入机器学习算法如何使用机器学习改进基于订单簿的现货价格预测?我们考虑德国/奥地利的EPEX电力现货市场。每天都有一场电力拍卖会,第二天交货。每天24小时都作为单独的产品进行交易。
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2022-6-24 04:40:54
图1显示了不同*通讯作者:simon。schnuerch@itwm.fraunhofer.deFigure1:不同时间尺度上的电价时间序列示例。图2:不同规模上特定小时的订单数据。时间尺度。价格的显著季节性及其高度波动性显而易见。在下文中,我们将简要解释基于订单簿的价格预测的思想。每一个价格都是拍卖的结果,可以用买卖曲线来表示。对于特定的小时,这些曲线如图2所示。买入(买入,需求)和卖出(卖出,供应)曲线的中间部分是市场清算价格(MCP)。在放大图中,可以清楚地看到,买卖曲线是阶跃函数。每一步宽度是市场参与者在拍卖中以一定价格投入的累计量。价格水平实际上与不同发电厂的边际生产成本相对应。由于监管环境,尤其是可再生能源在拍卖中以负价格出价。此外,与传统发电厂相比,可再生能源的生产量是随机的,总预期产量在交易所出售。根据这些经济情况,theorder book-based forecasting在买卖曲线中修改了不同价格水平下的交易量。修正值与预测的风能和太阳能馈入相对应。一个重要的问题是,可再生能源影响了哪些价格水平。通常,能源公用事业公司对历史数据进行详尽的统计分析,以确定价格水平和可再生能源预测的影响。事实上,还有其他影响市场价格的基本因素,首先是预期电力需求。
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2022-6-24 04:40:57
本文主要研究机器学习方法,以减少构建预测模型的工作量。在下一节中,我们将概述有关电力市场经济学、基于订单的模型以及机器学习在价格预测中的应用的现有文献。在第3节中,我们详细介绍了我们的方法。第4节介绍了数值结果,并与文献中的其他模型进行了比较。第5节结束。另一个有趣的特性是,与其他商品或股票的价格系列相比,电价可能会变成负值。图3:风能和太阳能对价格的影响。2关于电力市场中价格预测和机器学习的现有文献太阳能和风能在当今的选择性市场中发挥着越来越突出的作用。实证研究表明,可再生能源发电既具有高度的波动性,又对日前电价有重大影响(Wagner(2014))。使用多元回归方法,不同的作者量化了可再生能源进料对价格的影响(Cludius、Hermann、Matthes和Graichen(2014);W¨urzburg、Labandeira和Linares(2013年))。较高的可再生能源供给通常会导致较低的市场价格。图3中风能和太阳能的典型价格分别显示了对每小时价格的影响。因此,我们还使用预期的太阳能和风能馈入作为价格预测的特征。有大量关于电价预测的文献,其中Chaggarwal、Saini和Kumar(2009)给出了早期概述。他们的调查涵盖了1997年至2006年间发表的47篇论文,主题从博弈论到时间序列和机器学习模型。
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2022-6-24 04:41:01
Weron(2014)对最近的extensiveliterature进行了概述,其中作者区分并描述了电价预测的五个模型类,即博弈论模型、基本模型、简化模型、统计模型和机器学习模型。文章最后讨论了该领域未来的挑战,包括特征选择、概率预测、组合估计、模型可比性和多变量因子模型等问题。关于这最后一个方面,Zieland Weron(2018)对价格预测的不同单变量和多变量模型结构进行了实证比较。通过比较几个数据集上总共58个模型,他们发现没有一个单一的建模框架能够始终获得最佳结果。应用于价格预测的统计方法包括,例如,动态回归和传递函数(Nogales、Contreras、J.Conejo和Espinola(2002))、小波变换和ARIMAmodel(Conejo、Plazas、Espinola和Molina(2005))以及加权近邻技术(Troncoso、Santos、Gomez Exposito、Martinez Ramos和Riquelme(2007))。机器学习方法在电价预测中有很多应用。Amjady(2006)比较了西班牙市场的一个隐层模糊神经网络与ARIMA、小波ARIMA、多层感知器和径向基函数网络模型的性能。Chen等人(2012年)还在澳大利亚使用了一种具有一个隐藏层的神经网络和一种称为极限学习机的特殊训练技术。在同一市场上,Mosbah和El Hawary(2016)就2005年的温度、总需求、天然气价格和电价数据培训了一个多层网络,以预测2006年1月的每小时电价。
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2022-6-24 04:41:04
为了展示神经网络相对于时间序列方法的优越性能,Keles、Scelle、Paraschiv和Fichtner(2016)进行了广泛的研究,重点关注变量选择和超参数优化的重要主题。他们通过k-近邻后向消元法选择最具预测性的特征,并采用6倍交叉验证来优化神经网络多个超参数的预测性能。结果表明,该网络的性能大大优于基准模型。最近,使用了更复杂类型的神经网络:在一项基准研究中,Lago、Ridder和Schutter(2018)比较了最多2个隐藏层的前馈神经网络、径向基函数网络、深层信念网络、卷积神经网络、简单递归神经网络,LSTM和GRU网络与几种统计和其他机器学习方法(如随机森林和梯度提升)相结合。通过Diebold-Mariano检验,他们显示了深度前馈、GRU和LSTM网络方法在比利时市场数据上的表现明显优于其他大多数方法。Marcjasz、Uniejewski和Weron(2018)考虑了一种非线性自回归(NARX)神经网络模型,该模型特别考虑了长期价格季节性。他们还使用了Diebold-Mariano检验,结果表明,相对于相应的ARX基准,这种方法可以提高日前预测的准确性。在上述研究中考虑的特征中,历史电价、总需求序列、总需求预测、可再生能源影响预测、天气数据和日历信息定期出现。另一方面,据我们所知,首先使用供需曲线进行价格预测的是Ziel和Steinert(2016)。
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