Неинтрузивный мониторинг нагрузки
Неинтрузивный мониторинг нагрузки ( NILM ), неинтрузивный мониторинг нагрузки устройства ( NIALM ), [1] или дезагрегирование энергии [2] Это процесс анализа изменений напряжения и тока, поступающих в дом, и определения того, какие приборы используются в доме, а также их индивидуальное потребление энергии. Электросчетчики с технологией NILM используются коммунальными предприятиями для изучения конкретного использования электроэнергии в различных домах. NILM считается недорогой альтернативой подключению отдельных мониторов к каждому устройству. Однако это создает проблемы конфиденциальности.
Предыстория и теория
[ редактировать ]Неинтрузивный мониторинг нагрузки был изобретен Джорджем Хартом , Эдом Керном и Фредом Швеппе из Массачусетского технологического института в начале 1980-х годов при финансовой поддержке Научно-исследовательского института электроэнергетики . [3] [4]
Основной процесс описан в патенте США 4858141 . Как показано на рисунке 1 из патента, цифровой монитор переменного тока подключен к однофазной сети, поступающей в дом. Изменения напряжения и тока измеряются (т.е. блок измерения проводимости), нормализуются (скалер) и регистрируются (блок детектора чистых изменений). Затем выполняется кластерный анализ , чтобы определить, когда различные устройства включаются и выключаются. Если, например, включается 60-ваттная лампочка, затем включается 100-ваттная лампочка, затем 60-ваттная лампочка выключается, а затем выключается 100-ваттная лампочка, блок NIALM будет соответствовать сигналы включения и выключения от 60-ваттной лампочки, а также сигналы включения и выключения от 100-ваттной лампочки, чтобы определить, сколько энергии было использовано каждой лампочкой и когда. Система достаточно чувствительна, чтобы можно было распознать отдельные 60-ваттные лампы из-за обычных изменений фактической потребляемой мощности лампочек с одинаковой номинальной мощностью (например, одна лампочка может потреблять 61 Вт, другая 62 Вт).
Система может измерять как реактивную , так и активную мощность . Следовательно, два прибора с одинаковой общей потребляемой мощностью можно отличить по разнице в их комплексном импедансе . Как показано на рисунке 8 из патента, например, электродвигатель холодильника и чисто резистивный нагреватель можно отличить частично потому, что у электродвигателя происходят значительные изменения реактивной мощности при включении и выключении, тогда как у нагревателя их почти нет.
Системы NILM также могут идентифицировать устройства с рядом отдельных изменений потребляемой мощности. Эти устройства моделируются как конечные автоматы . Например, посудомоечная машина оснащена нагревателями и двигателями, которые включаются и выключаются во время обычного цикла мытья посуды. Они будут идентифицированы как кластеры, и будет записано энергопотребление для всего кластера. Следовательно, потребляемую мощность «посудомоечная машина» можно отличить от «резисторного нагревателя» и «электродвигателя».
Приложения
[ редактировать ]- «Чрезвычайно экономичная» идентификация нагрузки [5]
- Дешевое обнаружение переходных процессов при запуске , неисправностей линии или оборудования и т. д. [6] [7]
- Проводить исследования потребления энергии как в жилых, так и в коммерческих целях. [8] [9]
- Система реагирования на спрос для использования в интеллектуальной сети . [10]
- Системы мониторинга на борту судов для обеспечения безопасной работы систем с меньшим количеством датчиков. [11]
Проблемы конфиденциальности
[ редактировать ]NILM может определить, какие типы бытовой техники есть у людей, а также их модели поведения. Модели использования энергии могут указывать на модели поведения, такие как обычное время, когда никого нет дома, или на смущающее или незаконное поведение жильцов. Например, оно может показывать, когда жильцы дома пользуются душем или когда отдельные светильники включаются и выключаются. [3]
Если NILM работает удаленно в коммунальной компании или у третьей стороны, домовладелец может не знать, что его поведение отслеживается и записывается.
Автономная домашняя система, находящаяся под контролем пользователя, может предоставлять информацию об использовании энергии, не раскрывая информацию другим. Установление связи между их поведением и потреблением энергии может помочь снизить потребление энергии, повысить эффективность, сгладить пиковые нагрузки, сэкономить деньги или сбалансировать использование бытовой техники с доступностью экологически чистой энергии. Однако использование автономной системы не защищает от удаленного мониторинга.
Точность и возможности этой технологии все еще развиваются, и она не является на 100% надежной в режиме, близком к реальному времени, так что полная информация накапливается и анализируется в течение периодов от минут до часов.
Программное обеспечение
[ редактировать ]- Структура для неинтрузивного мониторинга и диагностики нагрузки (дипломная работа магистра английского языка) содержит листинги кодов для реализации. [12]
- Набор инструментов неинтрузивного мониторинга нагрузки (NILMTK) — проект с открытым исходным кодом, написанный на Python. [13]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Харт, GW (1992). «Неинтрузивный контроль нагрузки оборудования». Труды IEEE . 80 (12): 1870–1891. дои : 10.1109/5.192069 .
- ^ Батра, Нипун; Кукунури, Ритвик; Пандей, Аюш; Малакар, Рактим; Кумар, Раджат; Кристалакос, Одиссей; Чжун, Минджун; Мейра, Пауло; Парсон, Оливер (13 ноября 2019 г.). «На пути к воспроизводимому современному дезагрегированию энергии» . Материалы 6-й Международной конференции ACM по системам энергоэффективных зданий, городов и транспорта . БилдСис '19. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США: Ассоциация вычислительной техники. стр. 193–202. дои : 10.1145/3360322.3360844 . ISBN 978-1-4503-7005-9 . S2CID 207939102 .
- ^ Перейти обратно: а б Харт, GW (1989). «Мониторинг энергопотребления в жилых домах и компьютеризированное наблюдение за потоками электроэнергии». Журнал IEEE Technology and Society . 8 (2): 12–16. дои : 10.1109/44.31557 . S2CID 41307271 .
- ^ Библиография НАЛМ 1980–1995 гг.
- ^ «Переходное поведение типичной электрической нагрузки сильно» . Архивировано из оригинала 15 декабря 2008 г. Проверено 15 июня 2016 г.
- ^ Штребель, Роман; Ян, Бин (сентябрь 2012 г.). «Идентификация электроприборов посредством анализа энергопотребления» (PDF) . 2012 47-я Международная университетская энергетическая конференция (UPEC) . стр. 1–6. дои : 10.1109/UPEC.2012.6398559 . ISBN 978-1-4673-2856-2 . S2CID 23933111 . Архивировано из оригинала (PDF) 15 июня 2016 года . Проверено 2 декабря 2022 г.
- ^ Цзян, Лей; Ли, Цзямин; Ло, Сухуай; Уэст, Сэм; Платт, Гленн (2012). «Обнаружение и классификация событий силовой нагрузки на основе анализа краевых символов и машины опорных векторов» . Прикладной вычислительный интеллект и мягкие вычисления . 2012 : 1–10. дои : 10.1155/2012/742461 . hdl : 1959.13/1308922 .
- ^ Лафман, К.; Квандук Ли; Кокс, Р.; Шоу, С.; Леб, С.; Норфорд, Л.; Армстронг, П. (2003). «Анализ энергетической сигнатуры» (PDF) . Журнал IEEE Power and Energy . 1 (2): 56. doi : 10.1109/MPAE.2003.1192027 .
- ^ Нагиби, Б.; Дейлами, С. (1 сентября 2014 г.). «Неинтрузивный мониторинг нагрузки и дополнительные методы управления энергопотреблением дома». 2014 Конференция Австралазийских университетов по энергетике (AUPEC) . стр. 1–5. дои : 10.1109/AUPEC.2014.6966647 . ISBN 978-0-6469-2375-8 . S2CID 27239912 .
- ^ Бергман, округ Колумбия; Джин, Д.; Жуэн, Япония; Танака, Н.; Гюнтер, Калифорния; Райт, АК (2011). «Распределенный неинтрузивный мониторинг нагрузки». Исгт 2011 . Инновационные технологии интеллектуальных сетей IEEE Power & Energy Society. стр. 1–8. дои : 10.1109/ISGT.2011.5759180 . ISBN 978-1-61284-218-9 . S2CID 14088478 .
- ^ Кокс, RW; Беннетт, Польша; Маккей, ТД; Пэрис, Дж.; Лееб, С.Б. (2007). «Использование неинтрузивного монитора нагрузки для судового контроля». 2007 Симпозиум IEEE по электрическим судовым технологиям . п. 523. дои : 10.1109/ESTS.2007.372136 . ISBN 978-1-4244-0946-4 . S2CID 12796256 .
- ^ Структура для неинтрузивного мониторинга и диагностики нагрузки (дипломная работа магистра английского языка)
- ^ Набор инструментов неинтрузивного мониторинга нагрузки (NILMTK)