[1] [2] Înainte ca electricitatea să fie descoperită, oamenii foloseau lămpi de petrol și kerosen pentru iluminare, lemne pentru a găti alimente și… [305417]

I .Introducere

[1] [2] [anonimizat], lemne pentru a găti alimente și pentru a-și păstra căldura casei. [anonimizat]-au imaginat niciodată câte facilități ar aduce energia electrică. William Gilbert a fost cel care a inventat termenul ,,electric’’ după cuvântul grecesc ,,chihlimbar’’ (adică electron) în 1600. Totuși, [anonimizat] ,,electricitate’’ a câștigat popularitate. Electricitatea a devenit acum predominantă în viața de zi cu zi. [anonimizat], [anonimizat], aparatele de uz casnic și de birou depind de electricitate.

[anonimizat]. [anonimizat] 40% [anonimizat]2 .[anonimizat] a [anonimizat], este extrem de important să se realizeze un lanț eficient de furnizare a [anonimizat], distribuție și utilizare. [anonimizat] a energiei are un potențial mai mare de reducere a emisiilor de CO2 în următorii 20 de ani.

[anonimizat]. [anonimizat], care au avut în mod tradițional un rol pasiv în problemele legate de conservarea energiei. [anonimizat], [anonimizat] a consuma mai puțin. Soluția la problemele de mai sus ar fi utilizarea surselor regenerabile de energie. [anonimizat] a surselor regenerabile se află încă în stadiul de dezvoltare și este destul de costisitoare în acest moment. [anonimizat] o nevoie urgentă de reducere a consumului de energie și a impactului asupra mediului înconjurător. Sectorul clădirilor reprezintă o parte mai mare a consumului de energie în comparație cu sectoarele industriale și de transport și are un potențial mai mare de conservare a energiei. [anonimizat]. [anonimizat], [anonimizat], este dificil să se facă distincția între efectele acțiunilor individuale sau să se obțină un feedback semnificativ referitor la eficacitatea consumului. [1]

[anonimizat] o contribuție esențială în elaborarea unor modalități de abordare a problemelor legate de calitatea energiei electrice.

Pe lângă relevanța sa în ceea ce privește urmărirea consumului de energie și controlul calității puterii, amprentarea dispozitivelor ajută la realizarea următoarelor scenarii:

1. Producătorii de echipamente pot îmbunătăți calitatea și conformitatea, oferind astfel produse mai eficiente din punct de vedere energetic.

2. Dispozitivele vechi cu o funcționare anormală ce consumă cantități mari de energie pot fi observate și chiar revizuite.

3. Oprirea sarcinilor neesențiale, cum ar fi aparatele de climatizare, în caz de urgență, atunci când sistemul de alimentare este în pericol de colaps. Amprenta energetică este definită ca un set de parametrii masurabili din sarcina totală ce pot fi utilizați pentru a caracteriza starea de funcționare a unui consumator electric la un moment dat.

În functie de momentul la care sunt determinate amprentele, acestea pot fi clasificate în:

1. amprente de stare stabilă;

2. amprente de stare tranzitorie.

Pentru determinarea acestor amprente se folosesc o serie de parametri precum: puterea activă, reactivă sau aparentă, amplitudinile curentilor electrici atât la frecventa fundamentală cât și la frecvențe armonice, etc. În cazul amprentelor de stare tranzitorie sunt analizate pe lângă cele enumerate mai sus și forma, dimensiunea, durata sau constanta de timp a semnalului tranzitoriu.

Amprentele de stare stabilă au avantajul că indicația despre starea de functionare a unui consumator este continuă si poate fi detectată mai ușor decât o indicatie temporara.

Un alt avantaj este dat de trecerea de la o stare de functionare la alta a unui dispozitiv este însotita de o modificare a puterii.

În cazul amprentelor de stare tranzitorie nu orice tranziție este însoțită de un semnal tranzitoriu; dacă un consumator generează un semnal tranzitoriu la pornire, atunci nu este obligatoriu ca acesta să genereze un semnal tranzitoriu și la oprire.

Amprentele de stare stabila sunt aditive atunci când doi consumatori trec de la o stare de functionare la alta în acelasi timp. Astfel, suma rezultata poate fi analizata prin determinarea unor posibele combinatii de consumatori ce ar putea determina modificarea respectiva. În cazul amprentelor tranzitorii este dificil de separat doua evenimente care au loc simultan.

Amprentele tranzitorii, oferă mai puține informații iar investigarea lor presupune procedee complexe de analiza, acestea sunt utilizate în oferirea de informații esentiale în detecția consumatorilor. Acest lucru apare atunci când mai mulți consumatori sunt caracterizati de aceeasi putere absorbită, însă prezintă semnale tranzitorii la pornire diferite. Atunci când unul dintre acei consumatori nu este pornit iar ulterior unul este pus în functiune, prin analiza semnalului tranzitoriu generat se poate identifica care consumator a fost pornit.

O sarcină neliniară, spre deosebire de cea liniară, atunci când este alimentată de la o tensiune sinusoidală va consuma curenți nesinusoidali ce conțin componente armonice.

Aceste componente armonice sunt diferite de la un consumator la altul,

folosite la îmbunătățirea procesului de detecție a sarcinilor. Prin urmare, două

dispozitive ce prezintă același consum vor putea fi diferențiate prin analiza componentelor armonice.[2]

Detecția consumatorilor prin intermediul amprentelor energetice trebuie să țină cont de o serie de probleme precum:

– clasa de consumatori poate avea un domeniu destul de larg în ceea ce priveste modificarile de putereș

– mai multi consumatori pot fi pusi în functiune în acelasi timp;

II. Studiul tehnic privind măsurarea parametrilor electrici ai consumatorilor casnici din punct de vedere al calității energiei electrice

II.1 Metode de detecție [2][9]

Din punct de vedere al locuitorilor, un sistem de gestionare a energiei aplicat sarcinilor electrice din clădiri le permite clienților să-și adapteze consumul de energie în funcție de nivelul așteptat de confort, de variațiile costului energiei și, uneori, de impactul asupra mediului. Astfel de strategii de gestionare a cererii necesită o evaluare exactă a cantității de energie care poate fi controlată. Prin urmare, identificarea utilizării fiecărui aparat este una din problemele-cheie în domeniul gestionării inteligente a energiei.

Din punctul de vedere al rețelei inteligente, primirea informațiilor privind utilizarea aparatelor (în special al sarcinilor nefavorabile) ajută la gestionarea distribuției de energie. Gestionarea energiei este influențată în special de aparate: unele pot fi amânate, cum ar fi mașina de spălat, pe când altele nu pot fi, de exemplu televizorul. În acest domeniu, există deja strategii care să poată solicita ca în momente de vârf să se elimine utilizarea energiei electrice sau mutarea acesteia în momente de consum mai redus.

Din punctul de vedere al furnizorilor de energie, identificarea sarcinii poate juca, de asemenea, un rol important în predicțiile viitoare ale utilizărilor anumitor aparate. În prezent, contoarele actuale de putere raportează numai datele de reședință. Este necesar să se separe și în consecință, să se identifice sarcina totală în a fiecarei componete electrice din reședința respectivă.

Pentru a detecta consumul creat de aparatele electrica se pot folosi 2 metode, de intruziune si respectiv, de neintruziune.

Metoda de intruziune poate fi de 2 feluri, intruziune fizica si intruziune electrica.

Metoda de intruziune fizica, folosește dispozitive auxiliare ce pot fi montate in paralel cu rețeaua de alimentare, pentru a măsura consumul de energie. Datele furnizate pot fi transmise la o unitate centrala, fie prin cablu sau wireless. Daca dorim sa aflam influenta unui anumit aparat, atașam aparatul respectiv la acel dispozitiv ce va injecta o armonica de curent electric când aparatul este pornit. Trebuie sa fim atenți deoarece daca mai introducem un aparat electric in același dispozitiv auxiliar, datele colectate pot fi eronate. [2]

Un dezavantaj al acestei metode reprezintănumărul mare de dispozitive ce duce la un cost ridicat și că de fiecare dată când este achiziționat un aparat electric nou, trebuie o noua configurare.

II.1.1 Metoda de intruziune [3]

Cel mai important pas pentru monitorizarea activităților zilnice este determinarea programului de funcționare a fiecărui dispozitiv electric într-o casă inteligentă. Cea mai ușoară modalitate de a detecta utilizarea dispozitivelor electrice este realizată prin instalarea senzorilor pentru fiecare încărcătură. Starea sarcinii este transmisă la controlerul principal astfel încât starea fiecărei sarcini să poată fi monitorizată. Senzorii transmit informațiile de utilizare a energiei la dispozitivul de comandă pentru a urmări utilizarea fiecărui dispozitiv

Sistemele intruzive sunt foarte precise în măsurarea consumului de energie și sunt destul de ușor de utilizat. Cu toate acestea, este nevoie de mai multe unități pentru a monitoriza consumul de energie al fiecărui aparat într-o cameră sau într-o clădire. Acestea pot fi împărțite în sisteme de monitorizare a ieșirilor și sisteme de detectare a mediului înconjurător. Sistemele de monitorizare a ieșirilor urmărește consumul de energie al aparatului sau a mai multor aparate conectat(e) la acesta. Sistemele de detectare a mediului utilizează semnalele ambientale emise de aparate în timp ce acestea sunt în funcțiune.

De exemplu, detectarea faptului că un întrerupător a fost pornit poate fi un indiciu că cineva a intrat într-o cameră. Alte activități zilnice, cum ar fi pornirea unui cuptor cu microunde sau a unui mixer de bucătărie, pot indica prepararea mesei. Activitatea de detectare în casa inteligentă prin sisteme de monitorizare a încărcăturii are o varietate de aplicații importante, inclusiv îngrijirea sănătății, automatizarea casei și monitorizarea energiei. [3]

Un dezavantaj ar fi acela că hardware-ul folosit pentru detectarea ambientală este foarte complex, deoarece este necesar un număr mare de senzori pentru a monitoriza fiecare aparat. Cu toate acestea, datele măsurate sunt realizate în detrimentul hardware-ului de instalare scump, complexitatea sistemului și disconfortul clientului. Apariția mai multor senzori atașați la dispozitivele electrice distruge estetica casei.

II.1.2 Metoda de neintruziune [3] [4]

În anii 1980, Hart a introdus conceptul de monitorizare a sarcinii neintruzive. Un cadru tipic al acestor sisteme este prezentat în Fig 1 . Această metodă are ca scop monitorizarea aparatelor ce influenteaza negativ reteaua electrica prin monitorizarea curentului de sarcina si tensiunea de intrare in casa. Diapozitivele folosite la aceasta metoda au in componentalor microcontrolere, iar datele sunt transmise prin wi-fi.

Fig. 1

Fig.1

Sistemele de colectare a datelor colectează informații despre consumul total de energie al întregii case / clădiri. Aceste sisteme sunt instalate pe panoul electric principal al casei. Viteza de achiziție a datelor depinde de tipul de caracteristici extrase și poate varia de la un eșantion pe secundă până la câteva eșantioane pe secundă.

Achizitionarea datelor se va face in functie de curent, tensiune si putere. Dintre toate, forma de unda a curentului in domeniu timp ne va oferi cel mai complet set de informatii ce descrie comportamentul sarcinii, cum ar fi amplitudinea curentului instantaneu cand un aparat este pornit.

Incarcarea sarcinii este o caracterisitca intrinseca pentru fiecare aparat electric in parte. Caracteristicile optime ce sunt reprezentative pentru aparat, vor fi extrase cu usurinta din semnalul compozit la punctul de masurare.

Prin urmare, extragerea caracteristicii intr-un mod eficient reperzinta cel mai important pas pentru aceasta metoda, acestea fiind de 2 feluri: in baza de timp sau frecventa.

La caracteristica in baza de timp sunt extrase puterea activa P, puterea reactiva Q si curentul I. P si Q pot fi calculate astfel:

n reprezinta ordinul armonicii, V0 si I0 sunt tensiunea si curentul mediu, Vn si In reprezinta armonica n a tensiunii si curentului si reprezinta componenta armonica n a defazajului dintre tensiune si curent.

La caracteristicile bazate pe frecventa, Transformata Fourier discreta joaca un rol crucial in analiza caracteristicilor si poate fi descrisa astfel:

(k=0,1…N-1)

WN =

Aici este un semnal discret digital ce deriva din esantionarea cu frecventa fs. N reprezinta numarul de puncte de frecventa si este egal cu lungimea secventei, iar Wn este factorul de rotatie.

In practica, se foloseste Fast Fourier Tranformation (FFT), transformarea fourier rapida, pentru recunoasterea aparatului prin caracteristicile armonicelor. Dar FFT nu este potrivit pentru semnale nestationare si de aceea se foloseste STFT (Short-Time Fourier Transformation), ce descompune domeniul timp in nenumarate procese mai mici prin adaugarea unei ferestre fixe pentru a face fiecare proces mic aproximativ stationar. STFT poate fi astfel:

STFT{X(n)}(m,v)=X(m,v)=

Unde w(m) este funcția tip fereastră. Cu toate acestea, STFT nu este potrivit pentru semnale non-staționare care variază în funcție de timp, deoarece lățimea ferestrei în STFT nu poate fi modificată. Rezoluția timpului și a frecvenței nu poate fi asigurată simultan pentru acest tip de semnal. Deoarece analiza formei de undă permite utilizarea unor intervale lungi de timp pentru informații mai precise cu frecvență joasă și regiuni scurte pentru informații de înaltă frecvență, transformarea discretă de undă, ce permite localizarea simultană a timpului și frecvenței, este potrivită pentru aceste sisteme unde semnalele sunt non-staționare.

Un avantaj al acestei metode îl constituie o instalare ușoară mai, costuri mai reduse, consum redus de energie. Necesită doar instalarea unui singur senzor la intrarea unei case inteligente. [3] [4]

II.2 Tipologii de consumatori [2]

În funcție de structura și de regimul de funcționare al consumatorilor electrici, aceștia pot consuma cantități diferite de energie. Sarcinile rezistive folosesc energia exact așa cum vine de la sursă, curentul fiind in fază cu tensiunea, puterea luând valori pozitive și este consumată în întregime de aparat, iar sarcinile inductive sau capacitive consumă energia in mod diferit, ducând la apariția unui defazaj între cele 2 componente, puterea luând valori pozitive si negative. În acest caz doar puterea activă, cea cu valoare pozitivă, este utilizată de aparat în timp ce restul de putere, putere reactivă, este înmagazinată și apoi retrimisă sursei.

Echipamentele electromagnetice tradiționale folosesc un curent sinusoidal da la o sursă sinusoidală, în schimb echipamentele ce transformă curentul alternativ în curent continuu, folosesc curent nesinusoidal, introducând astfel noi frecvențe ridicate, numite arominici.

Pentru a putea configura un algoritm de detecție a consumatorilor, trebuie sa cunoaștem tipurile de consumatori, aceștia fiind în număr de 3.

1. consumatori de tip oprit-pornit

2. consumatori cu stări multiple de funcționare

3. consumatori cu un consum variabil.

1.Consumatorii de tip oprit-pornit sunt caracterizați de modificarea puterii în momentul pornirii. Modificările de putere de la starea pornit-oprit sunt identice cu cele din starea oprit-pornit, dar cu semn schimbat. Acest lucru ne va ajuta la detectarea consumatorului si estimarea consumului realizat de aceștia.

2.Consumatorii cu stări multiple de funcționare la pornire, îndeplinesc mai multe operații determinând modificări diferite de putere. Aici consumatori pot fi simplii, acei consumatori ce îndeplinesc o singură funcționalitate, dar cu mai multe niveluri de îndeplinire a acelei funcționalități. Un exemplu poate fi ventilatorul cu mai multe trepte de viteza, îndeplinește aceeași funcție, de rotire a palelor, la diferite viteze de rotație. Pe lângă cei simplii îi mai regăsim și pe cei compuși ce prezintă funcționalități multiple și pot fi formați din mai mulți compuși simplii. Un exemplu poate fi mașina de spălat haine, aceasta fiind o combinație între motorul ce acționează cuva și pompa de evacuare a apei.

Caracterizarea acestor tipuri de consumatori poate fi realizată prin intermediul conceputului de automat finit. Astfel, stările automatului finit definesc starea de functionare a unui dispozitiv, în timp ce tranzitiile reprezintă trecerea unui consumator de la o stare de funcționare la alta. Prin urmare, utilizând diferite procedee de analiză a automatelor finite, pot fi identificați consumatorii ce prezintă stări multiple de functionare.

Datorită zgomotelor, a variațiilor tensiunii de alimentare, modificările de putere inregistrate la tranzițiile unui consumator pot lua valori diferite.

3. Consumatorii cu consum variabil prezintă o infinitate de stări, iar trecerea de la o stare la alta determină o modificare infimă a puterii. Acești tipi de consumatori nu pot fi indentificați prin analiza stărilor stabile ale puterii. Aici trebuie sa se țină cont de evoluția consumului pentru diferite armonici . [2]

II.3Problematica amprentei electrice. [5]

Armonicile sunt produsele secundare ale dispozitivelor electronice moderne, și anume încărcările neliniare. Orice circuit de distribuție care alimentează sarcini neliniare va avea un anumit grad de frecvențe armonice. Datorită creșterii rapide a numărului de sarcini neliniare în sistemele de distribuție, distorsiunea armonică a curentului și a tensiunii crește. Exemple de încărcări neliniare sunt calculatorul personal, televizorul (TV), tubul fluorescent cu balast electronic, lampa fluorescentă compactă, încărcătorul de baterie, sursa de alimentare neîntreruptă (UPS) și orice alt echipament alimentat de o sursă de alimentare cu comutare

Deoarece numărul de încărcături care produc armonici în locuințe a crescut de-a lungul anilor, a devenit din ce în ce mai necesar să se abordeze efectele lor asupra sistemului de distribuție. Calitatea rețelei de distribuție este puternic afectată datorită fluxului acestor armonici generați. Curenții armonici generați de încărcăturile neliniare pot provoca probleme la sistemul de alimentare. Aceste armonici pot cauza căldură excesivă în multe aparate, reducând astfel durata de viață a transformatorului de distribuție care furnizează astfel de sarcini, protejând echipamentele din sistemul de alimentare. De asemenea, poate crește consumul de energie și poate reduce eficiența sistemului. De asemenea, scade factorul de putere a sistemului.

Utilitățile electrice sunt preocupate de scăderea calității energiei electrice și a impactului său potențial asupra rețelei. Deoarece clienții rezidențiali adaugă mai multă electronică la domiciliu și înlocuiesc echipamentele existente de comutare mecanică prin echipamente electronice de comutare, există o îngrijorare că stabilitatea rețelei locale ar putea fi compromisă. Într-un efort de a determina modul în care calitatea resurselor rezidențiale (măsurată prin factorul de putere și distorsiunea armonică totală) se schimbă în timp, Advanced Energy a propus să studieze cercetarea actuală a calității resurselor rezidențiale și să măsoare calitatea reală a energiei pentru două case rezidențiale de diferite vârste.

Distorsiunea armonică este distorsiunea fie a formei de undă a tensiunii, fie a curentului, cu adăugarea de frecvențe, altele decât frecvența fundamentală 50 Hertz. Armonicile sunt generate de încărcări neliniare, cum ar fi computerele, sistemele de încărcare a bateriilor, dispozitivele cu frecvență variabilă și echipamentele electronice. Distorsiunea armonică totală indică impactul combinat al tuturor armonicilor asupra formei de undă fundamentale. Deoarece utilitățile furnizează o sursă de tensiune de 50 Hertz, forma de undă de tensiune furnizată este destul de constantă. Preocuparea principală în locațiile rezidențiale este cea de-a treia armonică.[5]

III. Metode de măsurare și simulare a amprentei energetice.

[1]Tehnicile de monitorizare a sarcinii pot fi în general clasificate ca sisteme de monitorizare intruzivă și sisteme de monitorizarei neintenzive a dispozitivelor.

Metoda intruzivă se referă la tehnicile standard de submăsurare, care permit o mai bună urmărire a funcționării aparatelor și, astfel, oferă date foarte precise prin utilizarea unei rețele de senzori sau contoare conectate la aparatele individuale. Cu toate acestea, precizia datelor submăsurate se realizează în detrimentul costului ridicat al instalării și complexității. Metoda intruzivă constă în faptul că aceasta cuprinde un set de senzori și contoare wireless pentru a monitoriza o gospodărie. Pe de altă parte, spre deosebire de tehnicile convenționale de submăsurare, aceasta nu implică conexiuni semnificative ale senzorilor, ceea ce simplifică procesul de instalare.

Metodele non-intruzive sunt destinate să ofere simplitatea instalării și capacitatea de a distinge schimbările importante de sarcină prin măsurarea la un punct central de monitorizare. Analizând formele măsurate de curent și de tensiune, NIALMS(Non-Intrusive Appliance Load Monitoring System) dezagregă sarcina totală și estimează starea de funcționare a sarcinilor individuale si consumul lor de energie. Factorii care afectează performanța NIALMS sunt: gama de măsurare a puterii, rata de eșantionare, rezoluția conversiei A / D.

Sistemul a evoluat de-a lungul anilor prin imbunătățiri ale caracteristicilor sale hardware (cum ar fi rate de eșantionare mai ridicate de eșantionare pentru a gestiona astfel de tranziții) și algoritmi îmbunătățiți pentru a recunoaște o varietate de aparate în clădiri rezidențiale, precum și clădiri comerciale.

,,Central to NIALMS” este un concept de amprentă a aparatului fiind o amprenta ce fiecare aparat o are in mod intrinsec. Este un parametru măsurabil al sarcinii totale care oferă informații despre natura și starea de funcționare a unui aparat individual în sarcina totală. Parametrii care pot fi utilizați ca semnătură de încărcare ce includ puterea activă, conținutul de armonici, puterea reactivă și forma tranzitorie a sarcinii. Figura2 ilustrează diferite tipuri de semnături de încărcare aplicate în NIALMS.[1]

Fig. 2

III.1 Regimul stabilizat [1] [6]

Analiza frecventei fundamentale prezintă starea de functionare a unui aparat individual atunci cand consumă energie activă si/sau reactivă, iar măsurătorile se modifică de la o valoare staționară la alta. Aceste modificări corespund în mod norma aparatului fie prin oprire, fie prin pornire, caracterizate prin magnitudine si semnul ( pozitiv sau negativ) al puterii active si/sau reactive.

Figura 3 prezintă un exemplu de modificări le regimul staționar a unei încărcături compozite formată din două aparate individuale A și B.

Fig.3

Identificarea sarcinii începe cu detectarea tranzițiilor în regimul staționar a fiecărei încărcături, numite evenimente. Evenimentele de conectare și deconectare aparținând diferitelor aparate sunt stocate

într-un registru de încărcare și sunt utilizate în scopuri de potrivire atunci când funcționarea unei anumite sarcini este detectată pe linia de alimentare.

Exactitatea acestei tehnici de potrivire depinde de tensiunea măsurată a sistemului. De obicei, standardele permit ca tensiunea de alimentare să varieze în limita a ± 10% din valoarea nominală, ceea ce, la rândul său, poate cauza variația curentului cu ± 10%. Deoarece puterea (P sau Q) este definită ca fiind produsul curentului și al tensiunii, acesta poate varia cu alte ± 20%. Pentru a depăși această variație, puterea este normalizată conform următoarelor 2 ecuații:

Pnorm(t)=[Vref/V(t)]2*P(t)

Qnorm(t)=[Vref/V(t)]2*Q(t)

V(t), P(t) și Q(t) sunt tensiunea sistemului, puterea activă și valorile puterii reactive măsurate în timpul funcționării aparatului si Vref este valoarea nominală a tensiunii de alimentare. Defapt, valorile normalizate Pnorm(t) și Qnorm(t) sunt componente de admitanță si tensiune fixă. Prin urmare, normalizarea puterii permite urmărirea modificărilor valorilor de admitanță, care sunt mai independente de variațiile de tensiune în comparație cu măsurătorile de putere și curent.

Numărul echipamentelor care conțin componente electronice de putere crește considerabil în aplicațiile interne datorită eficienței energetice suplimentare și flexibilității pe care o oferă. Dispozitivele electronice de putere reprezintă principalele surse de curenți armonici, ceea ce face ca semnăturile armonice ale curentului să fie destul de utile pentru a identifica aparatele care sunt prea asemănătoare pentru a le distinge.

Conținutul armonic se calculează utilizând transformarea Fourier rapidă (FFT) a curentului de intrare . Un exemplu de model armonic de la unul dintre aparatele electronice de putere măsurat în această lucrare este prezentat în Figura4. După cum se poate observa, armonicile impare numerotate la capătul inferior al modelului constituie o parte semnificativă a curentului armonic total.

Fig.4

Prin combinarea semnalelor armonice de curent si frecvență fundamentală, poate fi obținută o indentificare mai bună special pentru aparatele cu conținut de armonici mari. Cu toate acestea, analiza armonică este mai puțin eficientă pentru încărcăturile foarte rezistive, deoarece conținutul lor armonic este foarte mic și astfel dificil de diferențiat.[1]

Analiza armonică

Armonicele sunt folosite ca trăsături complementare, pe lângă modificările puterii reale și reactive. Este adecvată pentru identificarea sarcinilor neliniare și mai ales în cazul suprapunerii în planul ΔP-ΔQ. Un set de armonici mai mari poate fi obținut printr-o transformare Fourier rapidă (FFT) a semnalului de curent. Prin utilizarea unui curent armonic mai mare și a unor variații ale semnalelor de putere, identificarea mai ușoară poate fi realizată special pentru dispozitive electrice cu conținuturi armonice mari.

Cu toate acestea, analiza armonică este încă incompletă pentru a identifica sarcini foarte rezistive deoarece conținutul lor armonic este foarte mic. Deoarece această metodă încă necesită măsurători la starea de echilibru, nu poate identifica sarcini variabile în mod continuu.

Există mai multe metode de analiză in regim staționar:

Metoda Hart

Conceptul de monitorizare a sarcinii neintruzive a fost prezentat pentru prima oară de George Hart în anul1980 la MIT. Hart a brevetat o metodă de determinare a programului de funcționare al dispozitivelor electrice individuale dintr-o clădire rezidențială. Sistemul prezentat de Hart a estimat numărul și natura sarcinilor individuale prin analiza formelor de undă ale curentului și tensiunii obținute la 2 kHz, utilizând măsurări de putere activă și reactivă.

Calculul puterii active și reactive a fost făcut de trei ori pe secundă. Conform metodei lui Hart, procesul de descompunere a sarcinilor începe cu detectarea momentelor în care măsurătorile de putere se schimbă de la o valoare aproape constant, la o stare constantă. Aceste schimbări de stare corespund încărcării fie prin pornire, fie prin oprire, fiind caracterizate de magnitudinea lor și semnalizează puterea reală și reactivă. Apoi, evenimentele detectate cu magnitudine egale și semnele opuse sunt asociate pentru a constitui o bibliotecă de cicluri de operare și consumul de putere al fiecărei încărcături. În cele din urmă, un algoritm instruit care se potrivește cu caracteristica eșantionului cu evenimente cunoscute (înregistrate anterior pentru fiecare încărcare individuală) este folosit pentru încărcare.

Versiunea stabilită a metodei MIT descrie un proces de dezagregare a sarcinii în cinci etape prin detectarea modificărilor consumului de energie agregată, după cum urmează:

1. Detectarea evenimentului: procesul începe prin detectarea evenimentelor (trepte de treaptă) care separă o stare de echilibru de alta pentru a determina modificările nivelurilor staționare.

2. Analiza grupurilori: în această etapă, seturi similare de evenimente sunt grupate împreună în funcție de magnitudinea lor, oferind grupuri pozitive (pornite) și grupui negative (oprițe). Acest algoritm este utilizat pentru a localiza modificările staționare la un nivel ΔP-ΔQ. Grupurile pozitive și negative sunt destul de distincte pentru dispozitivele electrice majore; Cu toate acestea, există probabilitatea suprapunerii grupurilor în planul ΔP-ΔQ.

3. Potrivirea grupurilor: fiecare grup pozitiv este asociat cu un grup negativ similar bazat pe magnitudinea lor.

4. Rezolvarea anomaliei: grupările de neegalat care pot apărea din situații cum ar fi evenimentele ratate sau activarea simultană a sarcinilor sunt asociate cu grupuri existente sau noi conform unui algoritm de probabilitate mai mare.

5. Identificarea aparatelor: grupurile potrivite sunt asociate cu consumul de energie cunoscut al dispozitivelor electrice. Această etapă utilizează informațiile colectate în timpul unei proceduri de formare (care este, de fapt, o procedură intruzivă, gândită o singură dată) sau utilizând date istorice.

Această abordare în cinci pași a avut succes în stabilirea programului de funcționare al anumitor clase de dispozitive electrice. Grupul MIT a luat în considerare trei clase de modele de dispozitive electrice.

Grupul MIT a raportat că metoda lor (procesul de descompunere a sarcinii în 5 etape) este aplicabil numai dispozitivelor electrice ON / OFF. Această categorie de dispozitive electrice ar putea fi detectată și monitorizată utilizând modificările puterii active și reactive.

Mai târziu, grupul MIT a propus diferite metode de detectare și monitorizare a consumatorilor cu stări multiple de funcționare și a sarcinilor variabile în mod continuu. Este dovedit că metoda în 5 pași de către grupul MIT nu este capabilă să detecteze sarcini mici datorită setării mai mari a pragului de eveniment. În plus, dispozitivele permanente pentru consumatori, care se află în funcționare continuă, nu pot fi detectate prin această metodă. Exemple de dispozitive din această categorie includ alarmele cu fum de tensiune și unele surse de alimentare externe. De asemenea, dispozitivele electrice care consumă o putere similară (de exemplu, un computer și un bec cu incandescență) nu pot fi separate prin această metodă.

Metoda lui Cole și Albicki

Cole și Albicki (1998) au dezvoltat o versiune modificată a algoritmului Hart care recunoaște cel puțin 6 dispozitive electrice rezidențiale majore, cum ar fi aerul condiționat, uscător electric de îmbrăcăminte, pompă de căldură, mașină de spălat haine, încălzitor de apă și frigidere.

Metoda lui Cole și Albicki utilizează date eșantionate pentru puterea activă și puterea reactivă pentru a identifica dispozitivele electrice cu amplitudini semnificative. Algoritmul detectează utilizarea acestor dispozitive electrice majore atunci când componentele fizice ale dispozitivelor electrice sunt activate și deconectate. Mai mult decât atât, algoritmul încorporează o analiză logică care separă evenimentele ON / OFF simultane, atunci când se suprapun timpii ON-OFF ai mai multor dispozitive electrice. Această metodă nu este capabilă să detecteze nicio utilizare electrică a dispozitivului electric care nu se schimbă.

Identificarea sarcinii prin metoda lui Cole și Albicki se bazează pe utilizarea "marginilor" și a "pantelor". Marginile sunt definite ca schimbări abrupte ale nivelului de putere, în timp ce pantele sunt definite ca variația mai lentă care se schimbă în timpul evenimentelor de pornire.

Farinaccio și Zmeureanu (1999-2000) au dezvoltat o abordare metodei neintruzive prin utilizarea modificărilor în datele de putere reală (rata de eșantionare: 16 s). Metoda lor demonstrează un potențial promițător pentru clădirile rezidențiale de a detecta în mod fiabil utilizările finale majore, cum ar fi frigiderele și încălzitoarele de apă, utilizând o abordare de recunoaștere a tiparelor. Mai mult decât atât, această metodă a necesitat o perioadă de formare de aproximativ o săptămână pentru a găsi caracteristicile de sarcină ale dispozitivelor electrice individuale vizate. În plus, această metodă se bazează pe reguli de decizie complicate.

Pentru fiecare dispozitiv electric individual este definită o regulă de decizie neintuitivă. De exemplu, o regulă de decizie pentru încălzitorul de apă se bazează pe profilul normalizat de pornire sau de sfârșit al cererii, în raport cu profilul mediu de pornire sau final al solicitării normale definită pentru frigider. Necesitatea de a propune reguli de decizie specifice fiecărui dispozitiv electric individual este limitarea acestei lucrări.

Acest grup de cercetare și-a îmbunătățit metoda prin utilizarea modificărilor în datele de putere activă, împreună cu filtrarea semnalului / netezirea și oprirea utilizării / evenimentele OFF. Prin urmare, noua metodă a reușit să facă distincția între două dispozitive electrice diferite cu o putere reală similară, dar durate diferite de utilizare.

Noua metodă extinsă a fost capabilă să detecteze utilizarea a șapte aparate electrice de uz casnic cu o precizie de identificare a încărcăturii de până la 90%, inclusiv încălzitor de apă, frigider, mașină de spălat haine, aragaz, uscător de haine, mașină de spălat vase.

Limitarea acestei lucrări, este necesitatea unei perioade excesive de instruire (aproximativ o săptămână) pentru a înregistra profilul de utilizare al dispozitivelor electrice.

Metoda lui Baranski

Baranski și Voss au prezentat un algoritm complex NILM care combină gruparea, algoritmii genetici și mașinile cu stare finită. Datele de putere au fost obținute de la un senzor optic instalat pe contorul utilzatorului, reducând în mare măsură costul implementării. Sistemul de măsurare a fost bazat pe un contor de energie convențional. Contorul de putere a fost completat de un senzor optic cu costuri reduse care monitorizează continuu puterea reală totală (frecvența de eșantionare: 1 Hz) fără nicio intrare în instalația electrică principală a gospodăriei (senzorul optic a fost folosit pentru a citi vizibil afișajul contorului convențional ).

Metoda de grupare implementată a fost utilizată pentru a găsi stările tipice de comutare ale dispozitivelor electrice care apar frecvent. Mai mult decât atât, un algoritm genetic a fost utilizat pentru a recunoaște mașinile de stare finită. Apoi, s-au folosit seturi fuzzy pentru a rezolva problema suprapunerii mai multor evenimente de comutare.

În cele din urmă, această metodă a fost capabilă să recunoască modele tipice de dispozitive electrice ON / OFF și mașini de stare finită (cu mai puțin de aproximativ cinci stări diferite). Perioada de antrenament nu a fost necesară în această lucrare. În schimb, pentru detectarea sarcinii, evenimentele luate în considerare de vârfurile de sarcină au fost singurele informații pe care acest sistem le-a utilizat. Limitarea acestei lucrări este algoritmul de optimizare. Acest algoritm este o metodă de simulare care poate sau nu poate oferi soluția optimă.

Analiza armonicii mai mare

În această metodă, prezentată de Laughman și Colab, Transformarea Fourier de scurtă durată a formelor de undă curente colectate la o frecvență de eșantionare de 8000 Hz este folosită pentru a calcula conținutul armonic (până la a 7-a armonică). Transformarea Fourier de scurtă durată calculează puterea activă, puterea reactivă și componentele de frecvență mai ridicate ale curentului. Armonice mai mari pot fi utilizate pentru a distinge dispozitivele electrice cu grupuri suprapuse în planul 2D ΔP-ΔQ.

Avantajul analizei armonice a fost elaborat de un exemplu de descompunere a încărcăturii. Avantajul analizei armonice a fost elaborat de un exemplu de descompunere a încărcăturii în. Lampa incandescentă liniară și alimentarea cu energie a computerului sunt practic similare în spațiul de ΔP-ΔQ, deoarece ambele consumă o putere activă și reactivă relativ similar.

Cu toate acestea, aceste două dispozitive electrice se disting prin examinarea unor arhitecturi superioare. Autorii au descoperit că a treia armonică care este caracteristică fiecărui dispozitiv electric individual poate fi utilizată pentru o mai bună deosebire între aceste două dispozitive electrice.

Analiza armonică prezentată în această lucrare suferă de mai multe limitări.

În primul rând, o perioadă de formare excesivă pentru a descrie caracteristicile dispozitivelor electrice vizate. În al doilea rând, precizia recunoașterii dispozitivului electric nu a fost caracterizată pentru situații practice. În cele din urmă, nu se știe cum prezența noilor aparate electrice afectează performanța[6].

III.2 Regim tranzitoriu [1][6]

Semnalele tranzitorii sunt utile pentru identificarea aparatelor care prezintă semnale similare (dar cu caracteristici unice de pornire tranzitorii) și de asemenea, în situații în care activarea rapidă a sarcinilor este obișnuită, cum ar fi în spațiile comerciale și industriale.

Profilurile tranzitorii tind să nu fie eliminate chiar și în cazul încărcăturilor care utilizează modelarea activă a undelor sau corecția factorului de putere. În schimb, semnalele staționare sunt afectate de circuitele de atenuare armonică și de corecția factorului de putere, care omogenizează comportamentele la starea de echilibru, masurând astfel natura sarcinii.

Limitările majore ale analizei tranzitorii reprezintă necesitatea unei frecvențe ridicate de eșantionare pentru a trata starea tranzitorie, ceea ce conduce, la rândul său, la prelucrarea unui volum mare de date și necesitatea unor modele tranzitorii relativ unice și repetabile. Un motiv este acela că măsurarea tranzitorie depinde adesea de punctul exact al ciclului de tensiune la care are loc pornire sau oprire ceea ce determină ca parametrii tranzitorii să prezinte variabilitate în parametri precum durata, forma și mărimea.

În figura 6 sunt prezentate mai multe aparate ce sunt pornite în diferite moment de timp.

Fig.6

Metoda Patel

S. Patel și colab. Au prezentat o nouă abordare neintruzivă care utilizează un singur senzor de conectare (care este conectat la orice priză electrică din casă) pentru a detecta programul de funcționare al diferitelor dispozitive electrice. Un computer personal este utilizat pentru a înregistra și analiza zgomotele electrice de pe linia de alimentare cauzate de pornirea / oprirea dispozitivelor electrice. Acest sistem învață anumite caracteristici ale semnalelor tranzitorii produse prin comutarea sau dezactivarea unui dispozitiv electric.

Este necesară o perioadă de instruire pentru ca acest sistem să învețe anumite caracteristici de la zgomotul electric produs prin pornirea sau oprirea unui dispozitiv electric. Pe baza fenomenelor învățate, tehnicile de învățare a mașinilor sunt utilizate pentru a identifica când apar evenimente unice. Rezultatele acestei lucrări au arătat că metoda prezentată poate învăța și clasifica diverse evenimente electrice cu o precizie de 85-90%.

S. Patel și Colab a prezentat o nouă soluție în activitatea lor mai recentă. ElectriSense se bazează pe faptul că cele mai moderne electronice de consum și iluminatul fluorescent utilizează surse de alimentare în comutație pentru a obține o eficiență ridicată care generează continuu interferențe electromagnetice de înaltă frecvență în timpul funcționării. În procedura de colectare a datelor din această lucrare, fiecare dispozitiv electric al setului de date a fost activat și dezactivat de cinci până la șase ori în mod individual pentru a înregistra o întoarcere unică pe semnătura tranzitorie a unui dispozitiv electric.

În plus, pentru a înregistra evenimentele tranzitorii simultane, sunt activate dispozitive electrice aleatoare, cum ar fi pornirea DVD player-ului, , o consolă de jocuri și apoi un televizor pentru a simula o experiență de vizionare a televizorului printr-o telecomandă universală. Evenimentele generate de aceste sarcini au fost etichetate manual. În cea de-a doua etapă, sunt extrase caracteristicile Fourier în intervalul 36-500 kHz.

Rezultatele acestei lucrări au demonstrat o acuratețe generală de 93,82% pentru a identifica utilizarea dispozitivelor electrice individuale.

Metoda Chang și Lee

Chang și Lee au dezvoltat o abordare care poate fi aplicată pentru diferite dispozitive electrice cu aceeași putere activă și reactivă. Această metodă utilizează metoda tranzitorie împreună cu caracteristicile regimului stationar pentru a îmbunătăți acuratețea recunoașterii și viteza de calcul. Metoda prezentată se bazează pe faptul comutării energiei tranzitorii care poate fi utilizată ca o caracteristică unică pentru monitorizarea dispozitivelor electrice comerciale și industrial.

Aplicarea parametrilor în regim staționar, adică puterea activă și puterea reactivă pot limita utilizarea sistemelor NILM pentru recunoașterea dispozitivelor electrice. Combinarea semnalelor staționare și tranzitorii poate juca un rol important în îmbunătățirea acurateții recunoașterii sistemelor neintruzive. În acest studiu, rețelele neuronale artificiale și tehnicile de lucru cooperative suportate de calculator sunt utilizate pentru identificarea dispozitivelor electrice.

Rezultatele experimentale au arătat că atunci când comutăm între caracteristicile tranzitorii și caracteristicile în regim staționar este un instrument util pentru îmbunătățirea acurateții recunoașterii în sarcină la 100% într-un sistem neintruziv. [1]

III.3 Alte metode

Pe langa cele prezentate mai sus, s-au încercat decoperirea altor metode . O abordare diferită poate fi gasită în lucrarea ,,Detecting and Classifying Unique Electrical Events on the Residential Power Line’’ unde au lucrat Patel S. N., Robertson T, Kientz J. A., Reynolds M. S.

Aici explică cum în momentul în care un comutator este acționat, acesta generează un zgomot în rețeaua de alimentare. La un aparat rezistiv, atunci când este pornit, crează un arc electric, generând un zgomot tranzitoriu. În schimb, la consumatorii inductivi, spre exemplu motoarele, datorită periilor motorului, acestea crează un zgomot continuu având frecvența rețelei și armonica a doua. Metoda de detecție a acestor consumatori este reprezentată printr-o analiză a spectrului de frecvență la care aceștia funcționează. Pentru zgomotele tranzitorii, amplitudinea frecvenței are valori între 100Hz și 5kHz, iar pentru zgomotele continue plaja de frecvențe este cuprinsă între 5kHz și 1MHz.

Un avantaj al acestei metode este ca poate fi montat in orice priză din casa deoarece zgomotul este transmis prin rețeaua de alimentare.

Pe langă cea de sus s-a mai folosit o metodă explicată în ,,Exploring Techniques for Monitoring Electric Power Consumption in Households’’ scrisă de Fitta M., Biza S., Lehtonen M., Nieminen T., Jacucci G unde pentru detecția consumatorului se folosesc de caracteristici externe cum ar fi: puterea activă, factorul de putere și conținutul de armonici. Un dispozitiv este detectat prin compararea setului de caracteristici ce acesta le prezintă, cu seturi de caracteristici dintr-o baza de date de la consumatori indentificați anterior. [6]

[8]În ,,Usage monitoring of electrical devices in a smart home’’, Rahimi descrie pe scurt cele trei tipuri de încărcări pentru aparatele de uz casnic. Acestea pot fi rezistive, inductive sau capacitive. În cazul în care dispozitivul are o sarcină pur rezistivă, curentul și tensiunea electrică sunt în fază. În teorie, înseamnă că valoarea lui θ este zero. În practică, se obține o valoare a lui θ foarte apropiată de această valoare, care nu are un impact semnificativ asupra valorilor curentului și tensiunii electrice. De exemplu, un fierbător are doar o sarcină rezistivă. În consecință, când este pornit, nu se observă variații semnificative ale puterii reactive. Cu toate acestea, atunci când un dispozitiv este fabricat din elemente capacitive și / sau inductive, aceasta introduce o schimbare de fază între semnalul de curent electric și tensiune.

În ceea ce privește sarcinile capacitive, tensiunea este întârziată în raport cu curentul electric, în timp ce se întâmplă contrariul pentru sarcini inductive. În consecință rezistive implică doar disiparea energiei, sarcina inductivă este folosită pentru stocarea instantanee a energiei în formă magnetică și apoi returnate deoarece curentul electric și sarcinile capacitive sunt utilizate pentru a stoca energia potențială.

Am dezvoltat un algoritm relativ simplu NIALM care se bazează pe o metodă având operații folosite in spațiul stărilor, iar amprentele de sarcină sunt studiate într-un spațiu tridimensional. Pentru aceasta, propunem un algoritm de bază pentru stabilirea și completarea unei baze de date reprezentative de sarcină, bazat pe puterile P Q si armonicile pentru fiecare aparat utilizat în casa inteligentă. Prin urmare, este împărțită în două faze: prima identifică amprentele sarcinilor aparatelor, iar cea de-a doua se concentrează pe recunoașterea dispozitivelor prin amprentele lor de sarcină.

3.1 Algoritm pentru extragerea amprentelor de sarcină

Primul pas, pentru a putea recunoaște dispozitivele în timpul utilizării, a fost crearea unui algoritm care să detecteze când fiecare aparat este pornit și oprit în cadrul reședinței. În consecință, pentru a construi o fișă de date pentru dispozitivele de uz casnic, am folosit un modul inteligent non-intruziv, care măsoară numai valorile RMS ale puterii active și reactive (aproximativ 60 de măsuri / s). Astfel, am creat un algoritm pentru să descrie amprentele de sarcină ale fiecărui aparat din două caracteristici legate de comportamentul electric al aparatului și alta care este asociată cu conexiunea acestuia:

– Variațiile puterii active și reactive în timpul pornirii/opririi

– Linia neutrului care alimentează aparatul.

Input: Citirea datelor de la analizorul de putere

Output: Două evenimente.

Do

Compute:ΔP ΔQ și armonica între timpul consecutiv t1 și t2, pe fiecare fază a alimentării electrice trifazate

If: ΔP , ΔQ a unei tensiuni de la linie de neutră si armonica > pragul impus

Există un aparat pornit

Stocați timpul t2 (ora în care dispozitivul este pornit)

End

Until: Un aparat este pornit

If: Un dispozitiv a fost pornit

Check: De la P, că aparatul nu este oprit

If: Aparatul este încă în funcțiune

Compute: Maximul ΔP și ΔQ pe tensiunea adecvată și armonica de curent de la linie la neutră.

Store: La momentul t, unde puterea este maximă și armonica de ordinul 3, 5, 7 … să fie prezentă

Else

Există un aparat oprit

Store: Timpul t (timpul în care dispozitivul este oprit)

Store: Datele (ΔP, .ΔQ, armonicile și ora) din stările de pornire / oprire ale aparatului într-un fișier

End

End

Acesta este algoritmul 1 reprezentând un pseudocod pentru extragerea amprentelor de sarcină.

Mai întâi, acest algoritm (vezi Algoritmul 1) citește o măsurare instantanee a puterii active (P) reactivă (Q) și armonicilor de curent la momentul t1. Apoi, se repetă exact același proces la momentul t2 fiind cu o șaizeci de secundă mai mare decât t1. Apoi, am introdus o funcție care face diferența dintre măsurătorile de luate la momentul t2 și cele la momentul t1. În acest moment, suntem practic garantați că există un aparat care este pus în funcțiune

Trebuie remarcat faptul că se vor folosii armonicile pentru a detecta momentele on / off care au variații mari de putere, de exemplu un boiler și un led de 56 de W, led-ul se va dedecta greu deoarece consumul de putere este mic, dar datorita armonicilor generate acesta poate fi detectat mai ușor. În concluzie, armonica va fi cea care va putea face diferența dintre 2 consumatori cu diferenta mare de consum.

A doua fază a acestei metode, corespunde dezvoltării și proiectării unui algoritm de recunoaștere a activităților prin utilizarea dispozitivelor. Pentru acest algoritm, algoritmul fazei 1 a fost repetat și îmbunătățit în urma experimentelor care au contribuit la crearea bazei de date a amprentelor de sarcină. De fapt, am creat o listă, echivalentă cu baza noastră de date, care conține aparatele de uz casnic.

Avantajul folosirii acestei metode este reprezentată de cantitatea de aparate ce poate fi utilizată cu ușurință. [8]

Monitorizează consumul electric la o singură sursă electrică, panoul electric principal locuinței, ducând la costuri reduse în ceea ce privește instalarea și întreținerea.

Un aspect important este acela că monitorizarea sarcinii aparatului, în casa inteligentă, depinde doar de analizorul Chauvin Arnoux C.A 8230

Asta înseamnă că nu există alți senzori sau echipamente pentru acest proces. În plus, aparatele care au fost monitorizate au fost următoarele: fierbător, frigider, hota în treapta 1 de viteză, hota în treapta 2 de viteză, boiler, cuptor. pompă, led 56W, led 76W, led 144W, TV, aer condiționat Toate aceste dispozitive au fost alimentate prin intrarea electrică principală unde este amplasat analizorul de putere.

3.2 Simulări de funcționare

Au fost simulate trei scenarii, incluzâd activitatea zilnică.

În primul scenariu avem aparatele ce funcționează dimineața: Fierbător, Hota pe treapta 1, Frigider, Boiler, Led 56 W. Consumul de putere activă reactivă si armonici sunt reprezentate in graficile de mai jos.

Din câte se observă în scenariul 1 fierbătorul și boilerul ies în evidență datorită consumului mare de putere activă, aproape 2000 W, în schimb, hota la treapta 1 de viteză are un consum mare de putere reactivă ce poate fi indenficat foarte ușor. Cu toate ca led-ul de 56 W consum foarte puțină putere activă, neglijabil în comparație cu celelate aparate, acesta poate fi detectat datorită defazajului ce il produce în rețea.

În al doilea scenariu avem aparatele ce funcționează la prânz:Hota 2, Cuptor, Frigider, TV, AC. Consumul de putere activă reactivă si armonici sunt reprezentate in graficile de mai jos.

Pentru scenariul al doilea consumul mare de putere activă va scoate în evidență cuptorul cu un consum de 1778W. Defazajul produs de apartele electrice puse în funcțiune este aproape identic,doar hota cu treapta 2 de viteză având un defazaj mai redus, ea facându-și prezența la consumul de putere reactivă.

În al treilea scenariu avem aparatele ce funcționează seara:Fierbător, Cuptor, Boiler, Led 56W, TV, Frigider. Consumul de putere activă reactivă si armonici sunt reprezentate in graficile de mai jos.

În cel de al treilea scenariu, aparatele ce consumă cea mai multa putere activă sunt fierbătorul, cuptorul și boilerul. Boilerul fiind și aparatul cu cel mai mare consum de putere reactivă.

IV. Determinări experimentale

[7]Pentru a determina influența aparatelor electrocasncie asupra energiei electrice s-a folosit un aparat de masură numit Chauvin Arnoux Ca 8230, iar măsurătorile au fost făcute intr-o locuință.

Analizorul de putere monofazat C.A 8230 este economic și extrem de ușor de utilizat. Echipat cu acces direct la diversele sale funcții, asigură o mai mare siguranță, deoarece recunoaște automat tipul de senzor conectat. Oferă toate măsurătorile de putere de care aveți nevoie.

Avantajele folosirii acestui aparat sunt descompunerile armonice, analizor de energie a retelelor electrice.

Pentru achiziția de date, s-a folosit un clește numit MN 93 A

În urma achiziției de date de la aparatele electrocasnice s-au obținut cu ajutorul analizorului formele de undă, puterea consumată și armonicile.[7]

IV.1 Fierbător+hotă1 forme de undă

Fierbător Hotă1

Formă de undă fierbător+ hotă1

IV.2 Fierbător+hotă1 puteri

Fierbător Hotă1

Fierbător+hota1

IV.3 Fierbător+hotă2 forme de undă

Fierbător Hotă2

Formă de undă fierbător+ hotă2

IV.4 Frigider+hotă2 puteri

Frigider Hotă2

Fierbător+hota1

IV.5 Frigider+ hotă1 forme de undă

Frigider Hotă1

Frigider+ hota1

IV.4 Frigider+ hotă1puteri

Frigider Hotă1

Frigider+ hotă1

IV.5 Frigider+hotă1 armonici

Frigider Hotă1

Frigider+hotă1

IV.6 Frigider+ hotă1+fierbator forme de undă

Frigider Hotă 1

Fierbător

Frigider+ hotă1+fierbator

IV.7 Frigider+ hotă1+fierbator puteri

Frigider Hotă1

Fierbător

Frigider+ hotă1+fierbător

IV.8 Frigider+ hotă1+fierbator+cuptor forme de undă

Frigider Hotă 1

Fierbător Cuptor

Frigider+ hotă1+fierbator+cuptor

IV.9 Frigider+ hotă1+fierbator+cuptor puteri

Fierbător Hotă1

Frigider Cuptor

Frigider+ hotă1+fierbator+cuptor

IV.10 Frigider+fierbator forme de undă

Frigider Fierbator

Frigider+fierbator

IV.11 Frigider+fierbator puteri

Frigider Fierbator

Frigider+fierbător

IV.12 Frigider+ Cuptor forme de undă

Frigider Cuptor

Frigider+ Cuptor

IV.13 Frigider+Cuptor puteri

Frigider Cuptor

Frigider+ Cuptor

IV.14 Frigider+Cuptor armonici

Frigider Cuptor

Frigider+Cuptor

V. Concluzii

Detecția aparatelor a fost facută în mare masură precisă. Probleme apar când frigiderul si televizorul funcționează în același timp. Dar pentru a soluționa aceasta problemă am analizat puterea reactivă consumată de cele 2 aparate. Din câte se observă TV are un consum de putere reactivă mai mare decât frigiderul. În urma celor trei scenarii s-a arătat că boilerul cu hota si fierbătorul au un consum ridicat de putere activă față de celelalte, prin urmare acestea pot fi indentificate mai ușor . Un exemplu poate fi comparația dintre fierbător și frigider, fierbătorul are un consum de 1734 W , iar frigiderul doar 173,3W.

Majoritatea metodologiilor neintruzive sunt inspirate de cea dezvoltată la sfârșitul secolului al XX-lea de George W. Hart de la MIT, care utilizează metoda neintruzivă fiind o metodă mai convenabilă și foarte eficientă pentru colectarea datelor de sarcină și care nu necesită prezența senzorilor pe toate aparatele pe care le monitorizăm.

Un dezavantaj poate fi instalarea, care este dificilă într-o casă și a cărei prezență poate fi un element incomod și perturbator pentru locuitorii săi. În ceea ce privește lucrarea lui Hart, aceasta urmărește să determine momentul exact în care aparatele sunt pornite, precum și consumul de energie în zona rezidențială în funcție de timpul zilei sau de temperatură.

Prin această metodă, evenimentele înregistrate, caracterizate de putere activă, reactivă și armonici sunt asociate pentru a stabili programul de funcționare și consumul de energie al aparatelor individuale. Prin urmare, metoda noastră economisește bani în legătură cu această instalare, deoarece nu este deloc intruzitivă. George W. Hart prezintă avantajele acestei metode: reducerea consumului de energie și a costurilor aferente, detectarea semnelor de funcționare defectuoasă a aparatelor sau a problemelor de siguranță (de exemplu, supravegherea la distanță).

O altă metodă este cea descoperită de Drenker și Colab, iar abordarea utilizată a fost monitorizarea sarcinii totale și recunoașterea amprentelor fiecărui aparat pe baza variațiilor de putere activă, reactivă și armonicilor corespunzătoare evenimentelor observate în forma de undă a sarcinii totale și a armonicilor de curent.

Aceasta compară modificările sarcinii cu pragul definit pentru a determina dacă există un aparat pornit. Când apare, sistemul înregistrează aceste informații.

Evenimentele fiecărui aparat sunt apoi grupate în clustere (grupuri mai mici). Astfel, rezoluția anomaliei încearcă să preia aparatele listate și să facă combinații până când se obține un rezultat plauzibil cu modificarea observată a puterii. În cele din urmă, identificarea aparatului combină grupurile potrivite cu aparatele specifice.

Aceasta metoda permite calcularea consumului de energie pentru o reședință în funcție de timp pentru a fi analizată și pentru a dezvolta mijloacele de reducere a acesteia.

Acest sistem poate avea aplicații comerciale. dar faptul că există o varietate mai mare de sarcini în instalațiile comerciale decât în ​​locuințe crește șansele de a găsi mai multe dispozitive cu amprentă similară caracterizată doar de puterea activă, reactivă și armonici. Având în vedere suprapunerea amprentelor de sarcină a unor dispozitive, există un risc semnificativ de identificare greșită a acestora.

În rezolvarea acestei probleme intervine armonica de ordin trei, deoarece aceasta este unică pentru fiecare aparat. Sistemul de monitorizare este prevăzut cu o transformare Fourier de scurtă durată a formelor de undă curente la o rată de eșantionare de 8000 Hz sau mai mare. Logic, acest sistem este mai costisitor decât cel care permite doar citirea datelor de putere, deoarece calculează și armonicile și are o rată de eșantionare foarte ridicată.

Se vor obține rezultate ușor mai bune datorită faptului că hardware-ul furnizează informații mai detaliate și mai precise, dar implică o investiție substanțială.

VI.Bibliografie

[1]. MANYAZEWAL, Tesfaye Fitta, Load classification and appliance fingerprinting for residential load monitoring system, Espoo, 2010

[2]. ARDELEANU, Andrei Sebastian, Cercetări privind identificarea consumatorilor pe baza amprentei electrice, Iași, 2012

[3] Liu Yu, Haibin Li, Xiaowei Feng, și Jizhong Duan, Nonintrusive appliance load monitoring for smart homes: Recent advances and future issues, China, 2016

[4]. Anand S. Kulkarni, Occupant-specific energy monitoring, Louisville, 2016

[5] Yogesh Bhujbal, Amol Chate, Analysis and simulation of harmonics for various residential loads using simulik, Novateur Publications, India, 2015

[6]RAHIMI, Saba,Usage monitoring of electrical deviceis in a smart home, Ottawa, 2012

[7]https://www.arc.ro/chauvin-arnoux-ca-8230-mn93a#tab-2

[8] Corinne Belley, Sebastien Gaboury, Bruno Bouchard, Abdenour Bouzouane, An efficient and inexpensive method for activity recognition within a smart home based on load signatures of appliance, Quebec, 2013

[9] BASU, M. Kaustav, Techniques de classication pour l'identication et la prediction non intrusive de l'état des charges dans le bâtiment, Grenoble, 2014