Sobre el santo grial de la desagregación de la monitorización del consumo eléctrico


A principios de la década de 1980, el Instituto Americano de Investigación de Energía Eléctrica y el MIT ya habían comenzado a realizar investigaciones teóricas relacionadas con la segregacion del consumo eléctrico de forma no intrusiva (los documentos representativos son: Hart, GW Monitoreo de carga de dispositivos no intrusivos, IEEE Proc 1992, 80, 1870–1891).

George W. Hart, Ed Kern y Fred Schweppe del MIT recibieron fondos del Instituto Nacional de Investigación de Energía Eléctrica para inventar el Monitor de Carga de Aparatos No Intrusivos (NALM). Es decir, supervisión de carga de dispositivos no intrusiva ( supervisión de carga de dispositivos no intrusiva) )

La literatura en este período es similar a la idea del tema, que es descomponer la diferencia de potencia de diferentes equipos eléctricos, Esta «descomposición de carga eléctrica» tiene muchos nombres. . . desagregación de carga, monitoreo de carga no intrusivo (NILM) y monitoreo de carga de dispositivo no intrusivo (NIALM o NALM) Todos significan lo mismo de todos modos. . .

El monitoreo de carga no intrusivo del consumo de energía de los electrodomésticos residenciales es en realidad: convertir la señal analógica del voltaje y la corriente de la electricidad a la casa en una señal digital y procesarla para detectar cambios en algunos parámetros.

Entre ellos, la técnica de análisis de conglomerados se utiliza para medir la variación de un conjunto de datos en determinadas categorías, y su lógica se puede utilizar para identificar cada dispositivo y la energía consumida. Para ser claros, es mediante el monitoreo de algunos de los datos identificar los dispositivos en uso (la dirección inicial de la investigación es similar a lo que pienso actualmente, que es estudiar la potencia de los equipos eléctricos ac)

La imagen de arriba es un ejemplo de un antiescarcha refrigerador libre de heladas

Otro ejemplo de ello es la supervisión no intrusiva de la carga de los dispositivos

ARRIBA (LI PENG. DESCOMPOSICIÓN Y MONITOREO DE CARGA DE ENERGÍA NO INVASIVA. TIANJIN: UNIVERSIDAD DE TIANJIN, 2009.)

Entonces, ¿ qué son la potencia reactiva y la potencia activa?..

  • Primero, la potencia activa. en los circuitos de ca, la parte de la energía consumida en el elemento de resistencia que se reemplaza irreversiblemente por la potencia.(POR EJEMPLO, LA CONVERSIÓN A ENERGÍA TÉRMICA, ÓPTICA O MECÁNICA) SE DENOMINA POTENCIA ACTIVA, EXPRESADA EN «P» EN VATIOS (W).refleja el tamaño de la capacidad de la fuente de alimentación de ca para trabajar en elementos de resistencia, o la cantidad de energía eléctrica convertida en otras formas de energía en una unidad de tiempo.de hecho, es la cantidad de energía eléctrica que se alterna instantáneamente en otras formas de energía durante un período de tiempo.es el promedio de la potencia instantánea de la potencia alterna durante un período de tiempo, de ahí la potencia media.
  • En segundo lugar, la potencia reactiva ,en los circuitos de ca, los componentes que son inductivos o capacitivos se construyen después de la adopción. el campo magnético de la del inductor o el campo eléctrico entre las placas del capacitor después de pasar bobinas inductivas el campo eléctrico entre el campo magnético o la placa del condensador.por lo tanto, la primera mitad de cada ciclo de ca ( potencia instantánea en tiempo positivo, absorberán energía de la fuente de alimentación para establecer un campo magnético o campo eléctrico, mientras que la segunda mitad (la potencia activa) instantánea, potenativa establecido o la energía del campo eléctrico regresa a la fuente de alimentación.por lo tanto, el valor promedio de esta potencia es igual a cero durante todo el ciclo.es decir, la energía de la fuente de alimentación está relacionada con la energía del campo magnético o la energía de campo eléctrico la conversión de energía reversible se lleva a cabo consumir energía.con el fin de reflejar los hechos anteriores y expresarlos, el inductor o energía intercambiada entre el inductancia o capacitancia elementos capacitivos la potencia intercambiada de un lado a otro con la alimentación de ca se denomina none potencia, expresada en «Q». La unidad es Var..la potencia reactiva es la parte de la potencia eléctrica en el circuito de ca que es convertible debido a la presencia de un elemento eléctricamente resistivo (refiriéndose al inductor puro o condensador puro), que expresa la velocidad ener intergía a la que se la fuente de alimentación de ca con el campo magnético o la energía del campo eléctrico. en la práctica, donde hay una carga inductiva de bobinas y núcleos de hierro, la potencia consumida por el campo magnético que crean durante el trabajo es potencia reactiva. sin potencia reactiva, el motor y el transformador no puedo fun magnest.
  • En tercer lugar, la potencia que depende LA POTENCIA TOTAL QUE PUEDEN PROPORCIONAR LAS FUENTES DE ALIMENTACIÓN DE CA, LLAMADA POTENCIA VISIBLE O POTENCIA EXPRESIVA, ES NUMÉRICAMENTE EL PRODUCTO DEL VOLTAJE Y LA CORRIENTE EN EL CIRCUITO DE CA. EL PODER DESUAL SE VA RESA ENDA ENDA S. PARA GENERAL, SE UTILIZA REPRESENTAR EL TAMAÑO DE LA CAPACIDAD DE LAS FUENTES DE ALIMENTACIÓN DE CA, COMO LOS TRANSFORMADORES.nota. potencia total-potencia activa-potencia reactiva la potencia visual es la suma vectorial de potencia activa y potencia reactiva.
  • Cuatro, triángulo de potencia.DEPENDIENDO DE LA RELACIÓN ENTRE POTENCIA (S), POTENCIA ACTIVA (P) Y POTENCIA REACTIVA (Q), SE PUEDEN USAR TRIÁNGULOS DE POTENCIA PARA REPRESENTARLA.COMO SE MUESTRA EN LA SIGUIENTE IMAGEN. ES UN TRIÁNGULO RECTÁNGULO CON DOS LADOS RECTÁNGULO, QYP, RESPECTIVAMENTE., EL BISEL ES S. EL ÁNGULO ENTRE SYP ES EL ÁNGULO DEL FACTOR DE POTENCIA, QUE REFLEJA EL VOLTAJE Y LA CORRIENTE EN EL CIRCUITO DE CA. fase (ángulo) entre el voltaje y la corriente en el circuito de CA. factor de potencia es cos.factor = cos (ɸ).

Teóricamente, es posible distinguir entre diferentes equipos eléctricos bajo ciertas restricciones (de hecho, se ha aplicado pero no es exacto)

DESDE UNA PERSPECTIVA NALM, HAY APROXIMADAMENTE TRES MODELOS ELÉCTRICOS:

  • PRIMERO: EQUIPOS ON / OFF (DOS ESTADOS), COMO BOMBILLAS O TOSTADORAS. EN CUALQUIER MOMENTO DADO, YA SEA ENCENDIDO O APAGADO.
  • SEGUNDO: DISPOSITIVOS POLIMÓRFICOS, COMO LAVADORAS O LAVAVAJILLAS. HAY DIFERENCIAS OBVIAS EN EL ESTADO DE ON, POR EJEMPLO, RIEGO, ENJUAGUE, ROTACIÓN, ETC. (SEGÚN LA REVISIÓN, B PRODUCTSCATA AHORA EN EEST)
  • EL TERCER TIPO: EQUIPO VARIABLE CONTINUO, ES EL TIPO DE EQUIPO EN ESTADO, SE PUEDE AJUSTAR MANUALMENTE EQUIPO ELÉCTRICO. ESTOS SON DIFÍCILES DE MONITOREAR UTILIZANDO MÉTODOS DE MONITOREO NO INVASIVOS.

George usó un modelo llamado máquina de estado finito (FSM) para estudiar un segundo «dispositivo polimórfico».(es una máquina de estado finito, conocida como máquina de estado)

  • Si la condición de «Girar el interruptor hacia abajo» se cumple en el estado de encendido, el estado se apaga
  • Si la condición de «Girar el interruptor hacia abajo» se cumple en el estado apagado, el estado pasa a estar encendido

Hay por degracia ejemplos mucho mas compeljos como por ejemplo el Refrigerador sin escarcha

Una cosa que los investigadores tienen en común es que deben haber construido una base de datos de carga recopilada real antes de que se desarrollara el algoritmo, y la introducción de la base de datos relevantes puede serida por el. De Oliver Parson.

blog.oliverparson.co.uk http: // /2012/06/public-data-sets-for-nialm.html

A través de estas bases de datos públicas, otros investigadores también pueden usar sus propios algoritmos nuevos y los algoritmos reconocidos actuales para comparar, convertirse en estudios

En consecuencia, se desarrolló un sistema de monitoreo de carga no intrusivo relacionado. Pero cuando los tipos y cantidades de cargas son grandes, la precisión del monitoreo de carga cae drásticamente. Por lo tanto, a principios de este siglo, los investigadores generalmente adoptaron métodos para aumentar las características de carga, que incluyen:

  • Características transitorias: características de forma de onda de potencia transitoria , características de forma de onda de corriente de inicio, características de ruido de voltaje
  • Características de estado estable: características de paso de potencia, características de forma de onda de corriente de estado estable , características de trayectoria VI, características armónicas de alto orden
  • Otras características: características del período , características del ciclo de trabajo, características de transición de estado

Este tipo de método mejora aún más la velocidad correcta de descomposición, pero cuando problemas como el tiempo de uso del equipo se superponen, o cuando hay demasiados dispositivos del mismo tipo, no se puede garantizar la descomposición correcta dentro del tiempo efectivo. Por lo tanto, en los últimos cinco años, la dirección de la investigación se ha desplazado gradualmente hacia el uso de métodos de reconocimiento de patrones, incluido el uso de modelos de Markov ocultos y otros métodos mejorados para mejorar la precisión del reconocimiento a través de una gran cantidad de entrenamiento de datos reales.

En 2012 y 2014, se llevaron a cabo dos conferencias académicas temáticas NILM, y la tercera conferencia se llevará a cabo en Canadá en mayo de 2016.

Los autores de los algoritmos como Zico Kolter, Oliver Parson, etc. son los principales investigadores en la dirección de investigación actual, y se deben básicamente a la investigación en la dirección NILM En los últimos años, el doctorado obtenido y el contenido del algoritmo se describen con detalle en la gran tesis del autor del programa.

Los métodos de investigación de estos investigadores tienen una cosa en común, es decir, antes de que se desarrolle el algoritmo, se debe establecer una base de datos de carga recopilada real. Para la introducción de la base de datos relacionada, consulte el blog de Oliver Parson.

A través de estas bases de datos públicas, otros investigadores pueden comparar sus nuevos algoritmos con los algoritmos actualmente reconocidos y convertirse en ejemplos de cálculo estándar

Aunque el concepto de NILM se ha propuesto durante casi 30 años, con el auge de la ciencia de datos, ha resurgido su valor práctico en los últimos años, y los métodos de investigación se han vuelto más complejos y diversos. La extracción de características es solo uno de los enlaces, y los algoritmos básicos son casi todos ellos han sido tratado (por ejemplo, los estudiantes graduados de un maestro chino probaron los algoritmos clásicos en el aprendizaje de máquinas manuales , tales como método de difundir la Red , de vectores de soporte máquinas, modelos de Markov, Random Forests, etc.,

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