論文の概要: Bayesian Transformer for Probabilistic Load Forecasting in Smart Grids

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.07899v1
• Date: Mon, 09 Mar 2026 02:39:51 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-10 15:13:15.35058
• Title: Bayesian Transformer for Probabilistic Load Forecasting in Smart Grids
• Title（参考訳）: スマートグリッドにおける確率的負荷予測のためのベイズ変換器
• Abstract要約: 本研究では,3つの相補的不確実性機構をPatchTSTバックボーンに統合したベイズ変圧器フレームワークを提案する。 7段階のマルチクエンタリーピンボールロス予測ヘッドと、訓練後の等音波回帰キャリブレーションにより、鋭く、ほぼ一意にカバーされた予測間隔が生成される。 主要なベンチマーク(PJM, H=24h)では、BTは0.0289のCRPSを達成し、Deep Ensemblesより7.4%、決定論的LSTMより29.9%改善した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The reliable operation of modern power grids requires probabilistic load forecasts with well-calibrated uncertainty estimates. However, existing deep learning models produce overconfident point predictions that fail catastrophically under extreme weather distributional shifts. This study proposes a Bayesian Transformer (BT) framework that integrates three complementary uncertainty mechanisms into a PatchTST backbone: Monte Carlo Dropout for epistemic parameter uncertainty, variational feed-forward layers with log-uniform weight priors, and stochastic attention with learnable Gaussian noise perturbations on pre-softmax logits, representing, to the best of our knowledge, the first application of Bayesian attention to probabilistic load forecasting. A seven-level multi-quantile pinball-loss prediction head and post-training isotonic regression calibration produce sharp, near-nominally covered prediction intervals. Evaluation of five grid datasets (PJM, ERCOT, ENTSO-E Germany, France, and Great Britain) augmented with NOAA covariates across 24, 48, and 168-hour horizons demonstrates state-of-the-art performance. On the primary benchmark (PJM, H=24h), BT achieves a CRPS of 0.0289, improving 7.4% over Deep Ensembles and 29.9% over the deterministic LSTM, with 90.4% PICP at the 90% nominal level and the narrowest prediction intervals (4,960 MW) among all probabilistic baselines. During heat-wave and cold snap events, BT maintained 89.6% and 90.1% PICP respectively, versus 64.7% and 67.2% for the deterministic LSTM, confirming that Bayesian epistemic uncertainty naturally widens intervals for out-of-distribution inputs. Calibration remained stable across all horizons (89.8-90.4% PICP), while ablation confirmed that each component contributed a distinct value. The calibrated outputs directly support risk-based reserve sizing, stochastic unit commitment, and demand response activation.
• Abstract（参考訳）: 現代の電力網の信頼性の高い運用には、よく校正された不確実性推定を伴う確率的負荷予測が必要である。 しかし、既存のディープラーニングモデルは、極度の気象分布シフトの下で破滅的に失敗する過信点予測を生成する。 本研究では,3つの相補的不確実性機構をPatchTSTバックボーンに統合したベイズ変圧器(BT)フレームワークを提案する。 7段階のマルチクエンタリーピンボールロス予測ヘッドと、訓練後の等音波回帰キャリブレーションにより、鋭く、ほぼ一意にカバーされた予測間隔が生成される。 5つのグリッドデータセット(PJM, ERCOT, ENTSO-E Germany, France, Great Britain)をNOAA共変量で24時間48時間168時間の水平線で評価すると、最先端の性能を示す。 主要なベンチマーク(PJM, H=24h)では、BTは0.0289のCRPSを達成し、Deep Ensemblesよりも7.4%、決定論的LSTMより29.9%向上し、9.4%のPICPが90%、予測間隔は4,960 MWである。 熱波とコールドスナップイベントの間、BTはそれぞれ89.6%と90.1%のPICPを維持したが、決定論的LSTMでは64.7%と67.2%であり、ベイズ病がアウト・オブ・ディストリビューションの入力に対して自然に間隔を広げていることが確認された。 キャリブレーションはすべての地平線(89.8-90.4% PICP)で安定であり、アブレーションは各成分が異なる値であることを確認した。 キャリブレーションされた出力は、リスクベースのリザーブサイズ、確率単位のコミットメント、要求応答の活性化を直接サポートする。

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