確率的電力価格予測における統計的モデルと深層学習モデルの不確実性定量化に関する分析
なぜ重要か: 企業や社会への影響が見込まれ、一般メディアにも波及する可能性があります。
arXiv:2509.19417v1発表タイプ:新規
要約:精緻な確率予測はエネルギーリスク管理において基礎的であり、その目的のために様々な統計モデルと機械学習モデルが存在する。これらの確率モデルには、何らかの不確実性定量化が固有に含まれる。しかしながら、ほとんどのモデルは、データ自体だけでなく、モデルと分布の選択からも生じる不確実性の全範囲を捉えていない。本研究では、ドイツ市場における電力価格予測のための最先端の統計的および深層学習確率予測モデルにおける不確実性定量化を検証する。特に、深層分布ニューラルネットワーク(DDNNs)を検討し、モデル不確実性を考慮するためにアンサンブルアプローチ、モンテカルロ(MC)ドロップアウト、コンフォーマル予測を適用する。さらに、分位点回帰平均化(QRA)、一般化自己回帰条件ヘテロスケダスティック性(GARCH)、およびコンフォーマル予測と組み合わせたLASSO推定自己回帰(LEAR)アプローチを検討する。様々な性能指標において、LEARベースのモデルは、不確実性定量化手法に関係なく、確率予測において良好な性能を示す。さらに、DDNNはデータとモデルの不確実性の両方を組み込むことで、点予測と確率予測の両方が改善されることがわかる。不確実性自体は、コンフォーマル予測を用いたモデルによって最も適切に捉えられると考えられる。全体として、本研究の包括的な調査は、検討対象のすべてのモデルが競争力のある性能を示すことを明らかにする。しかしながら、それらの相対的な性能は、点予測と確率予測の指標の選択に依存する。
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Title (EN): Analyzing Uncertainty Quantification in Statistical and Deep Learning Models for Probabilistic Electricity Price Forecasting
arXiv:2509.19417v1 Announce Type: new
Abstract: Precise probabilistic forecasts are fundamental for energy risk management, and there is a wide range of both statistical and machine learning models for this purpose. Inherent to these probabilistic models is some form of uncertainty quantification. However, most models do not capture the full extent of uncertainty, which arises not only from the data itself but also from model and distributional choices. In this study, we examine uncertainty quantification in state-of-the-art statistical and deep learning probabilistic forecasting models for electricity price forecasting in the German market. In particular, we consider deep distributional neural networks (DDNNs) and augment them with an ensemble approach, Monte Carlo (MC) dropout, and conformal prediction to account for model uncertainty. Additionally, we consider the LASSO-estimated autoregressive (LEAR) approach combined with quantile regression averaging (QRA), generalized autoregressive conditional heteroskedasticity (GARCH), and conformal prediction. Across a range of performance metrics, we find that the LEAR-based models perform well in terms of probabilistic forecasting, irrespective of the uncertainty quantification method. Furthermore, we find that DDNNs benefit from incorporating both data and model uncertainty, improving both point and probabilistic forecasting. Uncertainty itself appears to be best captured by the models using conformal prediction. Overall, our extensive study shows that all models under consideration perform competitively. However, their relative performance depends on the choice of metrics for point and probabilistic forecasting.
Published: 2025-09-24 19:00 UTC