“Smart” System for Data Analysis and Services for Solar Panels

1. Έξυπνο Σύστημα Ανάλυσης
Δεδομένων και Παροχής Υπηρεσιών
για Φωτοβολταϊκά Πάνελ
Διπλωματική εργασία
Φοιτήτρια: Στρουθοπούλου Χ. Βασιλική
Επιβλέπων: κ. Περικλής Α. Μήτκας
Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών
και Μηχανικών Υπολογιστών ΑΠΘ

2. 1. Εισαγωγή
2. Μεθοδολογία της διπλωματικής εργασίας με πειραματικά
αποτελέσματα συμβουλευτικού συστήματος
3. Επέκταση μεθόδου με αναγνώριση προτύπων
4. Συμπεράσματα και μελλοντικές επεκτάσεις
Δομή της παρουσίασης
2

3. 1. Εισαγωγή
2. Μεθοδολογία της διπλωματικής εργασίας με πειραματικά
αποτελέσματα συμβουλευτικού συστήματος
3. Επέκταση μεθόδου με αναγνώριση προτύπων
4. Συμπεράσματα και μελλοντικές επεκτάσεις
Δομή της παρουσίασης
3

4. Πρόβλημα διαχείρισης Ηλεκτρικού Δικτύου
1. Ενεργειακή κρίση
2. Περιβαλλοντική κρίση
3. Πολυπλοκότητα Δικτύου
4. Αυξανόμενο κόστος
«Έξυπνο» Δίκτυο με έξυπνες
τεχνολογίες
Στόχος: καλύτερη γνώση του τρόπου
λειτουργίας όλων των πόρων και
βελτιστοποίηση των διαδικασιών που
εμπλέκονται
4

5. Συμμετέχοντες στην Αγορά Ηλεκτρικής Ενέργειας
• Διαχειριστές Δικτύου και Εταιρείες Κοινής Ωφέλειας
• Καταναλωτές φορτίων μεσαίας και υψηλής τάσης
• Οικιακοί καταναλωτές
Άμεση Παρακολούθηση Φορτίου
Πλήρης ενημέρωση σχετικά με:
• Τρόπο λειτουργίας συσκευών
• Κατανάλωση συσκευών
• Επίδραση της κατανάλωσης συσκευών στη
συνολική οικιακή εγκατάσταση
Συμβουλές για πιο συμφέρουσα κατανάλωση
5

6. Υπηρεσία Ενημέρωσης Παραγωγής Φωτοβολταϊκού
Άμεση Παρακολούθηση Παραγωγής
Πλήρης ενημέρωση σχετικά με:
• τον τρόπο λειτουργίας
• την αλληλεπίδραση με την κατανάλωση
• την επιρροή από εξωτερικούς παράγοντες
Παροχή εξατομικευμένων συμβουλών για την
καλύτερη αξιοποίηση της εγκατάστασης και τη
βέλτιστη χρήση της
6

7. Στόχος της Διπλωματικής Εργασίας
• Ανάλυση της συνολικής καμπύλης
• Εκτίμηση της καμπύλης παραγωγής του
φωτοβολταϊκού
• Παροχή πληροφοριών και συμβουλών
στον καταναλωτή
• Εξαγωγή καμπύλης κατανάλωσης
7

8. Μεθοδολογία της διπλωματικής εργασίας
• Υπολογισμός παράθυρου ημερήσιας παραγωγής ενέργειας
• Προσομοίωση καμπύλης παραγωγής ενέργειας
• Διόρθωση καμπύλης κατανάλωσης ενέργειας
• Εντοπισμός απόκλισης κλίσης εγκατάστασης και σταθερής σκίασης
• Σύστημα προτάσεων κι ενημερώσεων
• Εντοπισμός Χρήσεων Συσκευών μέσω Αναγνώρισης Προτύπων
8

9. Υπολογισμός Παράθυρου Παραγωγής Ενέργειας
9
Το χρονικό διάστημα της ημέρας που
υπάρχει ηλιοφάνεια και παράγεται
ενέργεια από τα φωτοβολταϊκά
Sunrise Sunset
com.luckycatlabs.sunrisesunset.SunriseSunsetCalculator

10. 10
Υπολογισμός παράθυρου παραγωγής ενέργειας

11. 11
Προσομοίωση καμπύλης παραγωγής ενέργειας:
Κανονικοποίηση καμπύλης
Κανονικοποίηση καμπύλης
• Αλγόριθμος ανύψωσης ελαχίστων
• Εκθετική εξομάλυνση

12. Προσομοίωση καμπύλης παραγωγής ενέργειας:
Αλγόριθμος ανύψωσης ελαχίστων
1 3 3 2 5 8 7 8 9
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Παράθυρο δεδομένου
μήκους
Εύρεση ελάχιστων τιμών εντός
παραθύρου
1 3 3 2 5 8 7 8 9Ολίσθηση παραθύρου κατά μία θέση

13. Προσομοίωση καμπύλης παραγωγής ενέργειας:
Αλγόριθμος ανύψωσης ελαχίστων
14
Παράθυρο: 12600sec

14. Προσομοίωση καμπύλης παραγωγής ενέργειας:
Εκθετική εξομάλυνση
𝒔 𝟎 = 𝒙 𝟎
𝒔 𝒕 = 𝒂𝒙 𝒕 + 𝟏 − 𝒂 𝒔 𝒕−𝟏, 𝒕 > 𝟎
𝟎 < 𝒂 < 𝟏
 ανεπεξέργαστη χρονοσειρά
δεδομένων {𝑥𝑡} ξεκινώντας τη
χρονική στιγμή t=0
 η έξοδος της εκθετικής
εξομάλυνσης {𝑠𝑡}
 ο συντελεστής εξομάλυνσης α
E t-step,t+step
15

15. Προσομοίωση καμπύλης παραγωγής ενέργειας:
Εκθετική εξομάλυνση
16
Παράθυρο: 8800sec
Συντελεστής
εξομάλυνσης: 0,05

16. Προσομοίωση καμπύλης παραγωγής ενέργειας:
Πρόσθεση βασικού φορτίου κατανάλωσης
17
Βασικό φορτίο

17. Προσομοίωση καμπύλης παραγωγής ενέργειας:
Πρόσθεση βασικού φορτίου κατανάλωσης
18
90% μέγιστης
παραγωγής
ισχύος

18. Προσομοίωση καμπύλης παραγωγής ενέργειας:
Εκτίμηση ιδανικής καμπύλης παραγωγής ενέργειας
Μέγιστη
παραγωγή
ισχύος
19

19. 20
Διόρθωση καμπύλης κατανάλωσης ενέργειας
Παράθυρο: 4500secΠαράθυρο: 1000sec
Συντελεστής
εξομάλυνσης: 0.05

20. Εντοπισμός απόκλισης κλίσης εγκατάστασης και σταθερής σκίασης
21
• Εξομάλυνση κινούμενου
μέσου όρου
• Σύγκριση με γραμμική
συσχέτιση Pearson
• Σύγκριση με JSD

21. Εντοπισμός απόκλισης κλίσης εγκατάστασης και σταθερής
σκίασης: Εξομάλυνση κινούμενου μέσου όρου
𝒔 𝟎 = 𝒙 𝟎
 ανεπεξέργαστη χρονοσειρά
δεδομένων {𝑥𝑡} ξεκινώντας τη
χρονική στιγμή t=0
 η έξοδος της εξομάλυνσης
κινητού μέσου όρου {𝑠𝑡}
 μήκος μέσου όρου step
22
𝒔 𝒕 = E0,t 𝟎 < 𝒕 < 𝐬𝐭𝐞𝐩
𝒔 𝒕 = Et−step,t 𝐬𝐭𝐞𝐩 ≤ 𝒕

22. 23
Εντοπισμός απόκλισης κλίσης εγκατάστασης και σταθερής
σκίασης: Εξομάλυνση κινούμενου μέσου όρου (2)

23. Εντοπισμός απόκλισης κλίσης εγκατάστασης και σταθερής
σκίασης: Γραμμική Συσχέτιση Pearson
n μετρήσεις των X και Y γραμμένες
ως xi και yi για i = 1, 2, ..., n
−1 ≤ 𝑟𝑋,𝑌≤ 1
24

24. Εντοπισμός απόκλισης κλίσης εγκατάστασης και σταθερής
σκίασης: Απόκλιση Jensen-Shannon Divergence (JSD)
𝜋𝑖: 0 < 𝜋𝑖 < 1, i = 1, … , n
𝜋𝑖 = 1
25

25. 26
Εντοπισμός απόκλισης κλίσης εγκατάστασης και σταθερής
σκίασης: Γραμμική συσχέτιση Pearson (2)
1 NaN 13 0.940220
2 NaN 14 -0.982427
3 NaN 15 0.806932
4 NaN 16 0.856302
5 NaN 17 0.869678
6 0.902772 18 0.873782
7 0.922624 19 0.875830
8 0.913704 20 0.874317
9 0.911746 21 0.866987
10 0.912126 22 0.817851
11 0.917498 23 0.605858
12 0.922092 24 NaN

26. 27
Εντοπισμός απόκλισης κλίσης εγκατάστασης και σταθερής
σκίασης: Jensen-Shannon Divergence (2)
1 0.0 13 16.92510
2 0.0 14 1.300801
3 0.0 15 0.004139
4 0.0 16 0.031020
5 0.0 17 1.1709
6 269.77 18 3.9533
7 883.814 19 18.788
8 1189.96 20 80.9439
9 861.5006 21 179.9983
10 453.027 22 181.8243
11 223.6471 23 187.8500
12 80.7764 24 64.566

27. Σύστημα προτάσεων κι ενημερώσεων του πελάτη
Ημερομηνία Συντεταγμένες Ώρα Ανατολής
(ΩΩ:ΛΛ:ΔΔ)
Ώρα Δύσης
(ΩΩ:ΛΛ:ΔΔ)
13/07/2017 52.370200,
4.895200
05:34
sec: 20040
21:58
sec:79080
Μετρητικές παραγωγής ισχύος
Μέγιστη παραγωγή ισχύος 4689 Watt
Μέση παραγωγή ισχύος 2142.2 Watt
Διάμεση παραγωγή ισχύος 1951 Watt
Υπερπαραγωγή
48.88% της ημέρας
sec: 24299 – 71685
28

28. Σύστημα προτάσεων κι ενημερώσεων του πελάτη (2)
Παραγόμενη ενέργεια
42.44 kWh συνολικά (67.099 kWh η ιδανική)
2.58 kWh / ώρα
Απόδοση
εγκατάστασης
63.25%
Μέγιστη ισχύς
εγκατάστασης
6180.0 Watt
29

29. Σύστημα προτάσεων κι ενημερώσεων του πελάτη
Πληροφορίες σκίασης και κλίσης εγκατάστασης
Η μέγιστη παραγωγή σημειώνεται στις 12:00, ενώ ιδανικά θα
έπρεπε να σημειώνεται στις 14:00
Η σταθερή σκίαση υφίσταται τις ώρες: 6 7 8 9 10 11 21 22 23
Προτείνεται κατανάλωση μεταξύ: 12:00 – 21:00
30

30. 1. Εισαγωγή
2. Μεθοδολογία της διπλωματικής εργασίας με πειραματικά
αποτελέσματα συμβουλευτικού συστήματος
3. Επέκταση μεθόδου με αναγνώριση προτύπων
4. Συμπεράσματα και μελλοντικές επεκτάσεις
Δομή της παρουσίασης
31

31. Εφαρμογή αναγνώρισης προτύπων: Αφαίρεση θορύβου με φίλτρο
διαμέσου
𝒔 𝟎 = 𝒙 𝟎
𝒔 𝒕 = Median0,t 𝟎 < 𝒕 < 𝐬𝐭𝐞𝐩
𝒔 𝒕 = Mediant−step,t 𝐬𝐭𝐞𝐩 ≤ 𝒕
 ανεπεξέργαστη σειρά
δεδομένων {𝑥𝑡} ξεκινώντας τη
χρονική στιγμή t=0
 η έξοδος της εξομάλυνσης
κινητού μέσου όρου {𝑠𝑡}
 μήκος παραθύρου step
32

32. Εφαρμογή αναγνώρισης προτύπων: Αφαίρεση θορύβου με φίλτρο
διαμέσου
33

33. 34
Εφαρμογή αναγνώρισης προτύπων: Αφαίρεση θορύβου με φίλτρο
διαμέσου

34. Πειραματικά αποτελέσματα αναγνώρισης προτύπων
Εγκατάσταση Εντοπισμένοι παλμοί
στην συνολική καμπύλη
καμπύλη
κατανάλωσης
Εντοπισμένοι παλμοί
στην διορθωμένη
καμπύλη
κατανάλωσης
Ποσοστιαία αύξηση
εντοπισμένων
Παλμών
1 70 254 262%
2 17 217 1200%
3 10 135 1250%
4 45 168 273%
35

35. 1. Εισαγωγή
2. Μεθοδολογία της διπλωματικής εργασίας με πειραματικά
αποτελέσματα συμβουλευτικού συστήματος
3. Επέκταση μεθόδου με αναγνώριση προτύπων
4. Συμπεράσματα και μελλοντικές επεκτάσεις
Δομή της παρουσίασης
36

36. Συμπεράσματα
37
«Έξυπνο» σύστημα ενημέρωσης και παροχής συμβουλών
• Εκτίμηση της καμπύλης παραγωγής ενέργειας
 Χρονικό παράθυρο ημερήσιας παραγωγής
 Οπτικοποίηση ημερήσιας παραγωγής
• Εκτίμηση της ιδανικής καμπύλης παραγωγής ενέργειας
 Μέγιστη ισχύς της εγκατάστασης
 Οπτικοποίηση ιδανικής ημερήσιας παραγωγής

37. • Διόρθωση της καμπύλης κατανάλωσης
 Παραγόμενη ενέργεια
 Μετρητικές παραγόμενης ισχύος
 Υπερπαραγωγή
 Ιστόγραμμα παραγωγής ανά ώρα μέρας, ημερησίως και μηνιαία
 Απόδοση εγκατάστασης
• Εκτίμηση απόκλισης κλίσης εγκατάστασης και σταθερής σκίασης
 Ώρες απόκλισης κλίσης και σκίαση
 Πρόταση κατανάλωσης
Συμπεράσματα

38. • Επέκταση μεθοδολογίας με αναγνώριση προτύπων
Βελτίωση με αφαίρεση θορύβου
Αύξηση των εντοπιζόμενων παλμών
Συμπεράσματα (2)

39. Μελλοντικές επεκτάσεις
• Βελτίωση αφαίρεσης θορύβου
• Εξομάλυνση αρχικής χρονοσειράς
• Πρόβλεψη σκίασης
• Συντήρηση φωτοβολταϊκού
• Αλληλεπίδραση με τον καταναλωτή
• Λειτουργία σε πραγματικό χρόνο
40

40. Ευχαριστώ για
την προσοχή σας!
ΤΕΛΟΣ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ
Ερωτήσεις?
Απορίες?
41