Smart Grid hleðslugreining með Smart Meter tækni

Inngangur

Frá 21. öld hefur raforka orðið lykilþáttur sem styður þjóðhagsþróun lands míns og gegnir óbætanlegu hlutverki í lifun og þróun mannsins. Snjallnet nýta nútímatækni til að fullnýta endurnýjanlega orku en veita orku til endatækja, sem gerir sveigjanlegri tímasetningu og skynsamlegri raforkustjórnun kleift. Eftir því sem snjallnet halda áfram að stækka eykst fjöldi -orkunotkunar-mikilla tækja notendamegin, sem leiðir til sífellt strangari kröfur um fágaða raforkuþjónustu. Auðkenning notendahleðslu er mikilvæg til að hanna orku-sparnaðaraðferðir fyrir snjallnet. Hleðsluauðkenning felur fyrst og fremst í sér að taka sýni og greina raforkunotkun notenda-hliðar til að bera kennsl á mikil-orkuneyslu-tæki og hjálpa notendum þannig að bæta núverandi rafmagnsnotkunarmynstur. Eins og er, nota flest snjallnet í mínu landi uppáþrengjandi hleðsluauðkenningartækni og nota skynjara fyrir hvern notanda-hliðarálag til að safna upplýsingum um orkunotkun. Hins vegar er þessi auðkenningartækni ekki aðeins tímafrek-og vinnufrek-, heldur einnig í erfiðleikum með að tryggja skilvirka orkuupplýsingaöflun, sem hindrar heilbrigða þróun snjallneta. Þess vegna notar þessi grein snjallmælatækni til að rannsaka ó-árásaraðferð til að bera kennsl á snjallnetsálag til að stuðla að þróun snjallnetsálagsgreiningarvinnu í átt að upplýsingaöflun.

Hönnun snjallnets álagsgreiningar sem byggir á snjallmælatækni

Söfnun snjallnetsgagna byggð á snjallmælum

Eins og er, vekur aukinn fjöldi-orku-mikillar raftækja sem uppfylla fjölbreyttar lífsstílsþarfir fólks víðtæka athygli. Á notendahlið snjallnets getur hvert heimili átt nokkra eða jafnvel tugi raftækja. Vegna fjölbreyttra rekstrarreglna og rafeiginleika þessara tækja krefst auðkenningar á hleðslu verulegs tíma og fyrirhafnar til að safna orkugögnum frá þessum tækjum, sem að vissu marki takmarkar þróun snjallneta. Í þessu skyni kynnir þetta ritgerð snjallmælatækni til að hanna ó-árásartækni til auðkenningar á álagi. Í fyrsta lagi eru snjallmælar notaðir til að safna orkunotkunargögnum á notendahlið snjallnetsins. Ekki þarf að setja upp snjallmæla á heimili notandans; þeir geta einfaldlega verið settir upp á snjallnetnotanda-hliðarrútu. Mæliskubburinn í snjallmælinum safnar orkugögnum, svo sem spennu, straumi og afli, frá heimilistækjum notandans og sendir þessi gögn í gegnum SPI viðmótið. Þegar snjallmælar eru notaðir til að safna orkunotkunargögnum á notendahlið snjallnetsins, sjást stöðugir eiginleikar-ástands í þessum tækjum við stöðuga notkun. Þess vegna er nauðsynlegt að ákvarða virku gildi spennu og straums þessara tækja, sem tákna þessa stöðugu-eiginleika:

Í formúlunni, I₀er virkt gildi straumsins á notendahlið snjallnetsins; U₀er virkt gildi spennunnar á notendahlið snjallnetsins; N er sýnatökutímabil snjallmælisins; I(t) er straummerki notanda-hliðar sem snjallmælirinn safnar; U(t) er-hliðarspennumerkið sem snjallmælirinn safnar.

Afl rafbúnaðarins á notendahlið snjallnetsins er ekki hægt að safna beint með snjallmælinum. Það þarf að reikna út samkvæmt formúlu (1) og formúlu (2). Útreikningsformúlan er:

Í formúlunni, P₀er virkt gildi virks afls á notendahlið snjallnetsins; f er sýnatökutíðni snjallmælisins; og M er sýnatökutíðni snjallmælisins. Meðan á rafbúnaði notenda-snjallnets er í notkun hafa afleiginleikar ýmissa rafbúnaðar mismunandi form og eru verulega mismunandi. Þess vegna notar þessi grein skilvirkt gildi afls sem fæst með formúlu (3) sem eitt af gildu gögnunum fyrir auðkenningu á snjallnetsálagi.

Snjallmælar geta lagað sig að mismunandi raftækjum á mismunandi notendaheimilum. Safnað aflálag hefur mikla nákvæmni og stöðugleika, sem gerir það að verkum að þau henta fyrir snjallnetsálag.

Forvinnsla snjallnetsgagna

Þegar snjallmælar eru notaðir til að safna raforkugögnum-notenda fyrir snjallnet er óhjákvæmilegt að trufla utanaðkomandi umhverfisþætti, sem leiðir til hávaða og frávika í söfnuðu gögnunum. Þess vegna er forvinnsla á söfnuðum gögnum nauðsynleg fyrir auðkenningu álags til að bæta skilvirkni þeirra. Ennfremur, til að tryggja alhæfingu snjallnets hleðsluauðkenningartækni, ætti hleðslugagnasafnið sem notað er til auðkenningar helst að samanstanda af mismunandi gerðum raftækja, sem koma frá tveimur eða fleiri notendaheimilum. Þetta tryggir að hleðslugagnasafnið sem notað er til auðkenningar nái yfir umfangsmeira safn hleðslugagna, sem auðveldar auðkenningu.

Í fyrsta lagi er S-G sía notuð til að afmerkja notanda-hliðarorkugögn snjallnetsins. S-G sían er lág-sía sem passar fyrir aflgagnamerkið í tímaléninu í gegnum rennandi glugga og nær þannig að jafna og slétta rafgagnamerkið. Að því gefnu að -hliðaraflsgagnamengi notanda sem snjallmælirinn safnar sé X=(x1, x2, …, xi, …, xn), smíðar þessi ritgerð ak-1-raða margliðu til að passa við safnað gagnasett. SG-síutjáningin er:

Í formúlunni, Y_ier-hliðaraflsgögn notanda snjallnetsins eftir síun og jöfnun; a0, a1, a2, …, ak-1 eru margliðastuðlar. Eftir að hafa verið unnin með formúlu (4) er hleðslugagnapúlsinn jafnaður að vissu marki og dregur þannig úr hávaðatruflunum í raun. Síðan eru gögnin síuð og unnin. Þegar snjallmælirinn safnar hleðslugögnum frá notendahlið, munu skyndilegar bilanir í búnaði og aðrir þættir valda óeðlilegum gildum í gögnunum sem safnað er. Þessi óeðlilegu gildi munu hafa áhrif á álagsgreiningaráhrif að vissu marki. Þess vegna, áður en þú framkvæmir snjallnetsálagsauðkenningu, er nauðsynlegt að eyða óeðlilegum gildum í sýnishornsgögnunum sem safnað er. Þessi grein notar þröskuldsaðferðina til að eyða óeðlilegum gögnum. Einfaldlega sagt, hæfilegur þröskuldur er settur fyrirfram og farið yfir söfnuð álagsgögn. Meðan á yfirferðarferlinu stendur er hleðslan sem fer yfir sett þröskuld varðveitt og álagið sem fer ekki yfir þröskuldinn er eytt og varðveitt gögn eru staðlað. Stöðlunarútreikningsformúlan er:

Þar sem Y′ er staðlað snjallnetsnotanda-hliðaraflsgögn; Y er meðaltal upprunalegs snjallnetsnotanda-hliðaraflsgagna; og Y₀er staðalfrávik upprunalegs snjallnetsnotanda-hliðarorkugagna. Að lokum eru raforkugögn snjallnetnotanda-, sem eru forunnin með ferlinu hér að ofan, sameinuð til að mynda hágæða-hleðslugagnasett fyrir síðari hleðsluauðkenningu.

Að smíða tímabundið snúningsnetslíkan fyrir auðkenningu álags

Almennt séð sýna snjallnetsnotenda-hliðaraflsgögn sem safnað er með snjallmælum sterka tímabundna fylgni. Þess vegna smíðar þessi grein tímabundið netkerfi fyrir auðkenningu á snjallnetsálagi. Tímabundið snúningsnet er endurbót á grunnsnúningsnetinu, sem samanstendur fyrst og fremst af tveimur þáttum: orsakabundinni útvíkkun og leifartengingar. Orsakavíkkun er einátta uppbygging. Einfaldlega sagt, tímamerki í næsta lagi er aðeins hægt að fá með því að treysta á tímamerkið í fyrra lagi, án þess að leka álagsgögnum á öðrum tímum. Þess vegna er viðurkenningarlíkanið sem er smíðað með því að nota tímasnúningsnetið einnig upplýsinga-bundið líkan. Ennfremur er framleiðsla snúningslaga líkansins fyrir áhrifum af netdýptinni. Þess vegna, í hagnýtri álagsgreiningu, er nauðsynlegt að fækka orsakafallslaga eða auka sýnatökuþrepstærð víkkaðs snúnings til að forðast hallasprengingu af völdum dýpri neta. Varðandi afgangstengingar í líkaninu, notar þetta ritgerð sleppa tengingar til að koma í veg fyrir lélegan þjálfun líkansins. Að því gefnu að inntak tímasnúningsnets líkansins sé a og úttak fyrsta lagsins sé f(a), þá er hægt að lýsa framtauganeti afgangsblokkar tímasnúningsnets líkansins sem:

Þar sem ω1 og ω2 eru þyngd fyrsta og annars snúningslags í tímabundnu snúningskerfisgreiningarlíkani, í sömu röð; δ er virkjunaraðgerðin. Síðan, samkvæmt formúlu (6), er hægt að fá úttak annars snúningslags líkansins:

Þar sem g(a) er úttak annars snúningslags tímasvefningarkerfisgreiningarlíkans. Ferlið til að ná auðkenningu snjallnetsálags með því að nota tímabundið netkerfislíkan í þessari grein er sem hér segir: Í fyrsta lagi eru gögn snjallnetsnotanda- sem safnað er með snjallmælum sett inn í líkanið og útdráttareining líkansins dregur út eiginleika raforkunotkunargagnanna. Síðan byrjar líkanþjálfunarstigið og stillir færibreytur eins og þyngd og hlutdrægni. Samtímis er útbreiðsla gagna fram og aftur framkvæmt með því að nota tapaðgerð til að gefa út auðkennismerkið fyrir miðhleðsluna. Í stuttu máli, þessi grein nær ekki-uppáþrengjandi auðkenningu á snjallnetnotanda-hliðarálagi með því að nota snjallmælatækni.

Tilraunagreining

Tilraunaundirbúningur

Til að sannreyna virkni snjallmælatækni í snjallnetum var gerð hermitilraun með því að nota REDDD gagnasafnið. Þar sem tölfræði raforkunotkunar hvers notanda í gagnasafninu er mismunandi, var gagnasafnið skimað og skipt í sundur til að fá tilraunagagnagrunninn sem sýndur er í töflu 1.

Tafla 1 Tilraunagagnasett

Eins og sýnt er í töflu 1 notar þessi hleðslugreiningartilraun sex gerðir af rafbúnaðarhleðslu í REDD gagnasafninu sem tilraunagögn, með samtals 1064 sýni. Tímabundin straumbylgjulög ýmissa tilrauna rafmagnsálags eru sýnd á mynd 1.

图１ 实验电器负荷暂态电流波形

Í þessari tilraun var skammvinn straumur hvers rafbúnaðarhleðslu dreginn út með fjölvíða bylgjulögunareiginleikum og síðan var hleðslugreiningaraðferðin sem hönnuð er í þessari grein notuð til að flokka og bera kennsl á. Á sama tíma voru snjallnetsálagsgreiningartæknin byggð á LSTM og snjallnetsálagsgreiningartæknin byggð á tauganeti valin sem stjórnhópar til að framkvæma auðkenningarpróf á sama gagnasetti og auðkenningarniðurstöðurnar voru fengnar og síðan bornar saman og greindar.

Niðurstöðugreining

Til að bera saman álagsflokkun og auðkenningarframmistöðu hverrar tækni var meðaltalsvillan (MAE) notuð sem matsmælikvarði og tjáning hennar er:

Þar sem MAE er meðaltalsvilla (MAE) í niðurstöðum hleðslugreiningar fyrir snjallnet; T er greiningartíminn; y_ier raunverulegt hleðslugildi á tíma i; og x er niðurstaða hleðsluauðkenningar á tíma i. Þessi mælikvarði endurspeglar fyrst og fremst villuna á milli auðkenningarniðurstöðu og raunverulegs álags á tilteknu augnabliki innan tiltekins uppgötvunartímabils og er hægt að nota það til að mæla nákvæmni snjallnets álagsgreiningartækni.

Tafla 2 sýnir að miðað við hleðslugreiningartækni viðmiðunarhópsins nær fyrirhuguð tækni ákveðnum framförum í auðkenningu álags allra sex tegunda rafbúnaðar. Fyrirhuguð hleðslugreiningartækni nær að meðaltali algerri skekkju upp á 1,135 kWh, sem er lækkun um 0,793 kWh og 1,435 kWh, í sömu röð, samanborið við samanburðarhópatækni. Þetta sýnir að snjallmælatæknin sem rannsökuð er í þessari grein hentar ekki-uppáþrengjandi hleðsluauðkenningu í snjallnetum og býr yfir yfirburða upplýsingasöfnun og notkunarmöguleikum. Í samanburði við aðra álagsgreiningartækni getur tæknin sem rannsökuð er í þessari grein á skilvirkan hátt dregið út orkugögn frá notendahlið snjallnetsins og haldið ítarlegum upplýsingum eins og skammvinnum straumi í orkugögnunum. Það er að lokum beitt á tímabundnu snúningsnetslíkaninu til flokkunar og bætir þar með hleðsluauðkenningargetu.