Краткий обзор
Предполагается, что исследования в области технологий интеллектуальных сетей приведут к эффективному уменьшению последствий изменения климата. Неинвазивный мониторинг нагрузки (Non-Intrusive Load Monitoring – NILM) рассматривается как ключевой метод обеспечения инновационных услуг в области интеллектуальных сетей. Разбивая энергопотребление жилых и промышленных объектов на составляющие, методы NILM предоставляют информацию о существующих приборах и могут быть применены для проведения диагностики. Как и в случае с проблемами, связанными с машинным обучением, исследования и разработки требуют достаточного объема данных для подготовки и проверки новых подходов. В качестве возможной альтернативы сбору данных в зданиях во время дорогостоящих и трудоемких измерительных кампаний идея создания искусственных наборов данных для NILM набирает обороты в последнее время. С помощью SynD (synthetic energy consumption dataset - набор данных синтетического энергопотребления) мы предоставляем синтетические набор данных использования энергии с акцентом на жилые здания. Мы делаем 180-дневный набор синтетических данных о мощности на агрегатном уровне (т. е. в электросети) и отдельных приборах. SynD - это результат специально разработанного процесса моделирования, который опирается на работу реальных бытовых приборов. Кроме того, мы приводим несколько тематических исследований, которые демонстрируют сходство нашего набора данных и четырех реальных энергетических наборов данных.
Подход
Измерительная кампания и категории приборов
Во время проведения измерительной кампании был проведен мониторинг 21 электрического бытового прибора. Основная цель измерительной кампании состояла в том, чтобы зафиксировать показательные шаблоны энергопотребления этих приборов, где шаблон энергопотребления представлен формой энергопотребления во времени для одной операции. В таблице ниже приводится сводная информация о мониторируемых приборах, их производителе и количестве зарегистрированных шаблонов в ходе кампании. Для бытовых приборов с большим разнообразием рабочих программ или регулируемых параметров, таких как температура или интенсивность, мы записали модели энергопотребления наиболее часто используемых опций. На рисунке ниже показаны зарегистрированные схемы энергопотребления для двух программ посудомоечной машины. Хотя обе модели энергопотребления относятся к одному и тому же устройству, мы можем наблюдать явную разницу в форме, длине и потреблении энергии между этими двумя моделями.
Группы приборов:
· Постоянно включенные: приборы этой группы потребляют энергию без каких-либо простоев. В данном наборе данных примером такого устройства является Wi-Fi маршрутизатор.
· Периодические: приборы, которые работают автономно и имеют повторяющуюся структуру потребления. Общим примером для периодических приборов являются холодильники. Холодильники работают автономно и имеют предсказуемые рабочие циклы.
· Единый шаблон: подавляющее большинство бытовых приборов не работают автономно, т. е. они требуют от пользователя либо работы, либо запуска определенной программы. Из этого следует, что такие устройства включается пользователем, выполняют определенную задачу и выключаются или выключаются после завершения этой задачи. К группе однотипных приборов относятся приборы с единой схемой энергопотребления. Например, потребление энергии во время каждого нагрева воды для электрочайников. Внешние факторы, такие как уровень наполнения чайника, в определенной степени влияют на длину рисунка, но основные характеристики рисунка, такие как пиковое потребление и форма, можно предсказать довольно хорошо.
Несколько шаблонов: приборы данной категории предлагают несколько режимов работы с различными схемами энергопотребления. Примерами многошаблонных приборов являются посудомоечные машины, стиральные машины и электронагреватели. Модели таких приборов не только отличаются по длине, но и демонстрируют различные этапы процесса. Из этого следует, что приборы выполняют разные задачи во время этих программ, что может привести к совершенно разным схемам потребления энергии. На ниже показаны схемы энергопотребления двух различных программ посудомоечной машины в SynD. Наблюдаются явные различия между этими двумя шаблонами. Поэтому необходимо подчеркнуть важность рассмотрения множественных моделей потребления для лучшего моделирования таких приборов.
Формирование набора данных
SynD - это результат процесса моделирования, который опирается на модели энергопотребления существующих бытовых приборов в реальных услловиях. Мы предоставляем детальную информацию о процессе моделирования, следуя нисходящему подходу. Начинаем с общей картины реализации и заканчиваем подробностями о динамическом размещении и интерполяции моделей потребления.
Параметризованный набором входных параметров, моделируем потребление энергии одним воображаемым жилым объектом изо дня в день. В данном подходе к моделированию дни определяются как независимые наблюдения, т. е. потребление энергии одного дня не влияет на потребление энергии следующего дня. В то время как реальное жилой объект может показать некоторые корреляции использования электроприборов между последующими днями или днями недели, было решено использовать простую модель, предполагающую независимые дни, поскольку этот эффект трудно охарактеризовать на основе существующих данных и не очень релевантен для текущих алгоритмов детализации нагрузки. Для каждого дня в моделировании мы получаем потребляемую мощность выбранных бытовых приборов индивидуально. По умолчанию мы рассматриваем все 21 прибор. В дополнение к индивидуальным показаниям мощности приборов, мы также получаем совокупное потребление энергии жилым объектом, накапливая индивидуальные показания мощности приборов. На рисунке ниже показан суммарный сигнал мощности за один день. Совокупные сигналы мощности особенно интересны для таких приложений, как NILM (т. е. детализированной нагрузки) и прогнозирование энергии.
Как только процесс моделирования завершается, полученный набор данных либо сохраняется в файл HDF5 после форматирования данных NILMTK, либо сжимается в ZIP-архив. В случае ZIP-архива этот архив содержит метаданные, а также 22 CSV-файла (один файл на устройство плюс один файл для агрегированного питания).
Наш подход к моделированию предполагает, что бытовые приборы не изменяют своего поведения. Из-за работы других существующих приборов, т. е. приборы работают независимо друг от друга. Мы моделируем поведение энергопотребления приборов индивидуально и пренебрегаем любыми корреляциями между ними, что было определено как необходимый шаг для упрощения задачи моделирования. Моделирование устройств в SynD имеет общий набор входных параметров: интервал дискретизации, длительность и тип мощности. По умолчанию имитатор генерирует набор данных с длительностью 180 дней и интервалом выборки 0,2 с. Подавляющее большинство низкоскоростных наборов данных NILM обеспечивают либо показания активной мощности, либо показания мнимой мощности. Кроме того, показания активной мощности используются для выставления счетов в реальных энергетических сетях. По этой причине основное внимание в нашем процессе моделирования уделяется активной энергии. Наш подход имитирует потребление энергии приборами изо дня в день. Чтобы получить данные для нового дня, процесс моделирования состоит из трех этапов:
1. Выбор шаблона энергопотребления из перечня имеющихся шаблонов
2. Интерполяция или повторная детализация выбранного шаблона
3. Определение времени использования и вставки выбранного шаблона
Статья переведена каналом "Голова руки". Оригинал статьи вы можете прочитать по ссылке.
Если понравилась статья, то Вы можете поставить лайк и подписаться на канала! (=
