Cassandra: Μια πολυπαραμετρική πλατφόρμα για την αποτίμηςη των επιπτϊςεων ςτρατηγικϊν αποφάςεων ςε Συςτήματα Ηλεκτρικήσ Ενζργειασ.

Transcript

1 Το όραμα του Smart Grid, Σφγχρονεσ Προςεγγίςεισ Cassandra: Μια πολυπαραμετρική πλατφόρμα για την αποτίμηςη των επιπτϊςεων ςτρατηγικϊν αποφάςεων ςε Συςτήματα Ηλεκτρικήσ Ενζργειασ. Αντϊνιοσ Χ. Χρυςόπουλοσ Τμιμα Ηλεκτρ/γων Μθχανικϊν και Μθχανικϊν H.Y. Ινςτιτοφτο Τεχνολογιϊν Πλθροφορικισ και Επικοινωνιϊν (ΙΠΤΗΛ) Εκνικό Κζντρο Ζρευνασ και Τεχνολογικισ Ανάπτυξθσ (Ε.ΚΕ.Τ.Α.) Πζμπτη, 28 Φεβρουαρίου 2013

2 Περιεχόμενα Παρουςιάςθσ Σθμερινι μορφι του δικτφου Ηλεκτρικισ Ενζργειασ Επιχειρθματικζσ διαδικαςίεσ του Cassandra Μοντελοποίθςθ δικτφου με βάςθ των καταναλωτι Μοντζλα Κατανάλωςθσ (Consumption models) Μοντζλα Δραςτθριοτιτων (Activity models) Μοντζλα Ωφζλειασ (Utility models) Αρχιτεκτονικι του Cassandra Γραφικι Διεπαφι (User interface) / Κφκλοσ Λειτουργίασ Demand Response / Consumer Social Networks Μελλοντικζσ Επεκτάςεισ 2

3 Σημερινή Μορφή του Δικτφου Μικρζσ Βιομηχανίεσ Οικιακοί Καταναλωτζσ Κατάςτημα Οικιακοί Καταναλωτζσ Υποςταθμόσ HV/MV Μεταςχηματιςτήσ MV/LV Εναζριεσ ή Επίγειεσ Γραμμζσ Μεταςχηματιςτήσ MV/LV Μεταςχηματιςτήσ MV/LV Εμπορικό Κζντρο Εμπορικό Οικιακοί Κζντρο Καταναλωτζσ 3

4 Ο καταναλωτήσ Μπορεί να ζχει τθ δυνατότθτα να παράγει ςχετικά μικρζσ ποςότθτεσ ενζργειασ: γνωςτόσ και ωσ prosumer. Η κατανάλωςθ κακε καταναλωτι μεμονωμζνα είναι αςιμαντθ ςε ςχζςθ με τουσ «μεγαλφτερουσ» παίκτεσ (Βιομθχανικοί, Εμπορικά Κζντρα, Δθμόςιεσ υπθρεςίεσ, Χϊροι αναψυχισ) Οι καταναλωτζσ μικρισ κλίμακασ αντιπροςωπεφουν > 30% τθσ ςυνολικισ κατανάλωςθσ (πθγι: Υπουργείο Ανάπτυξθσ, 2011) Στθν πράξθ, θ μοντελοποίθςθ του καταναλωτι είναι πολφ δφςκολθ λόγω: Ελλείψεων ςε Μετρθτικό εξοπλιςμό (ζξυπνουσ μετρθτζσ) Αδυναμία τθσ μοντελοποίθςθσ των ενεργειϊν των καταναλωτϊν Αδυναμία τθσ μοντελοποίθςθσ τθσ αντίδραςθσ ςε χρθματικά (ι άλλα) κίνθτρα. 4

5 Καλφπτοντασ το κενό Cassandra! Μια πλατφόρμα λογιςμικοφ για τη μοντελοποίηςη των Οντοτήτων Ηλεκτρικήσ Ενζργειασ από την μεριά του τελικοφ χρήςτη Βαςικοί ςτόχοι του Cassandra: Θεωρητική μοντελοποίθςθ και ανάπτυξη μοντζλων των εμπλεκόμενων μερϊν, ωσ προσ τα ενεργειακά προφίλ και τισ ςυνικειεσ κατανάλωςισ τουσ, κακϊσ και ωσ προσ τισ αλλθλεπιδράςεισ τουσ Δθμιουργία ςυναςπιςμϊν καταναλωτϊν (Κοινωνικά Δίκτυα Καταναλωτϊν - ΚΔΚ) Μια μεκοδολογία Βαςικϊν Δεικτϊν Αποτίμηςησ (KPI), ϊςτε να είναι δυνατι θ αξιολόγθςθ τθσ ενεργειακισ ςυμπεριφοράσ και τθσ μείωςθσ τθσ εκπομπισ των ρφπων CO 2 Μια αρκρωτι, επεκτάςιμθ πλατφόρμα που μπορεί να μοντελοποιιςει και να αξιολογιςει διάφορα ςενάρια, ζνω ταυτόχρονα μπορεί να αποτελζςει εργαλείο Λήψησ Αποφάςεων. 5

6 Επιχειρηματικζσ Διαδικαςίεσ του Cassandra Μοντελοποίθςθ από-κάτω-προσ-τα-πάνω (Bottom-up) των Συςτθμάτων Ηλεκτρικισ Ενζργειασ Μοντζλα Εγκαταςτάςεων (Installations), Συςκευϊν (Appliances) και Δραςτθριοτιτων (Activities). Συγκεντρωτικά (aggregate) μοντζλα μεμονωμζνων καταναλωτϊν, αλλά και ομάδων καταναλωτϊν. Προςομοιϊςθ βαςιςμζνθ ςε Δραςτθριότθτεσ (Activity-Based Simulation) Συςχζτιςθ τθσ κατανάλωςθσ με τισ δραςτθριότθτεσ αντί για τισ ςυςκευζσ. Αποςφνκεςθ των θλεκτρικϊν καταναλϊςεων Ανάκτθςθ των μοτίβων κατανάλωςθσ από μετριςεισ. 6

7 Επιχειρηματικζσ Διαδικαςίεσ του Cassandra (2) Χριςθ ιςτορικϊν δεδομζνων κατανάλωςθσ για εκπαίδευςθ των μοντζλων κατανάλωςθσ και δραςτθριοτιτων Μοντελοποίθςθ του Demand Response Υλοποιιςεισ DR ςεναρίων ςε καταναλωτζσ χαμθλισ τάςθσ (μεμονομζνουσ ι ομάδεσ καταναλωτϊν) Μοντελοποίθςθ του ποςοςτοφ αποδοχισ/αντίδραςθσ ςε ςυγκεκριμζνα κίνθτρα. Μοντελοποίθςθ των Κοινωνικϊν Δικτφων Καταναλωτϊν Αναγνϊριςθ των κοινϊν ι ςυμπλθρωματικϊν μοτίβων και προφιλ κατανάλωςθσ ανάμεςα ςτον μεγάλο αρικμό καταναλωτϊν χαμθλισ τάςθσ (οικιακοί, εμπορικοί, δθμόςια κτίρια) Δθμιουργία εξατομικευμζνων τιμολογίων και υπθρεςιϊν 7

8 Μοντελοποίηςη ςτα πλαίςια του Cassandra Μια Εγκατάςταςη (Installation) περιλαμβάνει υςκευζσ (Appliances). Οι υςκευζσ περιγράφονται πλιρωσ από Μοντελα Κατανάλωςησ (Consumption Models). Σα Δραςτηριότητεσ των Καταναλωτών (Activities) ειναι υπεφκυνεσ για τθν κατανάλωςθ των υςκευών. Ωφζλεια Καταναλωτϊν Μοντζλα Ωφζλειασ (Utility Models). Χρθματικά Κίνθτρα Μοντζλα Σιμολόγηςησ (Pricing Schemes Models). Αποδοχι / Αντίδραςθ Καταναλωτϊν Μοντζλα Αντίδραςησ (Response Models). Βοθκθτικά Μοντζλα: Τπολογιςμόσ Εκπομπών Ρφπων (CO 2 Emission Calculation) Θερμική Ενζργεια (Thermal Energy) Κατανάλωςη Νεροφ και Αερίου (Water and Gas Consumption) Παραγωγή (Prosumer Generation) 8

9 Μοντζλα Κατανάλωςησ Συςκευϊν Ορίηουν μακθματικά τθν απαιτοφμενθ ενεργό και άεργο ιςχφ μιασ ςυςκευισ για ζνα ςυγκεκριμζνο χρονικό διάςτθμα λειτουργίασ τθσ. Παράδειγμα: Ψυγείο 9

10 Μοντζλα Δραςτηριοτήτων Περιγράφουν μακθματικά τθ ςυχνότθτα, τθν διάρκεια και τισ ςυςκευζσ που περιλαμβάνει μια δραςτθριότθτα. Συςκευζσ που είναι ςυνδεδεμζνεσ με μια δραςτθριότθτα. Κατανομι τθσ χρονικισ ςτιγμισ τθσ ζναρξθσ τθσ δραςτθριότθτασ. Κατανομι τθσ θμερθςίασ ςυχνότθτασ τθσ δραςτθριότθτασ Κατανομι τθσ διάρκειασ τθσ δραςτθριότθτασ. Η πικανότθτα οτι μια ςυςκευι κα χρθςιμοποιθκεί μετά από χρόνο t από τθν εκκίνθςθ τθσ δραςτθριότθτασ (μπορεί να διαφζρει ανάλογα με τθν μερα τθσ εβδομάδασ ι τθν εποχι) 10

11 Μοντζλα Ωφζλειασ Η μακθματικι ςχζςθ που μασ δίνει τα μοντζλα είναι: Ωφζλεια καταναλϊτθ ςε ςυνάρτθςθ με τθν παράμετρο θ i Παράμετροι ευαιςκθςίασ με βάςθ τα χρθματικά κίνθτρα και τθν περιβαλλοντολογικι ςυνείδθςθ Μερικά utilities με βάςθ τα χρθματικά κίνθτρα και τθν περιβαλλοντολογικι ςυνείδθςθ 11

12 Απαιτήςεισ ςε Δεδομζνα Το μεγαλφτερο μζροσ τθσ λειτουργικότθτασ τθσ Cassandra βαςίηεται ςε μεκοδολογίεσ ςυμπεραςματικήσ γνώςησ (knowledge inference), οπότε θ φπαρξθ δεδομζνων είναι απαραίτθτθ για να ελζγξουμε τθν ορκότθτά τουσ. Τα δεδομζνα αυτά μποροφν να είναι: Μετριςεισ Ενεργοφ/Αζργου Ιςχφοσ Ανα εγκατάςταςθ -> υψθλι ςυχνότθτα δειγματολθψίασ (ανά λεπτό) Ανα φορτίο -> εςτιάηουμε ςτα μεγάλα φορτία Δθμογραφικά Στοιχεία Παράμετροι που αφοροφν το Demand Response 12

13 Αποςφνθεςη Φορτίων (Disaggregation) Τα μοντζλα χρειάηονται δεδομζνα από τθν χριςθ των ςυςκευϊν Συνικωσ τα δεδομζνα είναι ςε επίπεδο εγκατάςταςθσ Δεν είναι ρεαλιςτικό να περιμζνουμε από τουσ χριςτεσ να ζχουν πρόςβαςθ ςε δεδομζνα ανα ςυςκευι. Η λφςθ: Αυτόματθ αποςφνκεςθ των κφριων φορτίων Μετριςεισ Ανοιγμα/Κλείςιμο φοφρνου Άνοιγμα/Κλείςιμο A/C 13

14 Μεθοδολογία Αποςφνθεςησ Φορτίων Ζχει ωσ ςτόχο να δϊςει πλθροφορίεσ ςχετικά με τισ ςυςκευζσ που παράγουν το υπάρχον φορτίο ενεργοφ/άεργου ιςχφοσ. 14

15 Αρχιτεκτονική του Cassandra Agent Entity Behavior + Communication Consumption + Response CSN CSN Participation + CSN Analysis Aggregation Web service Scenario Policy + KPI End-user Reporting Administration Assessment 15

16 Οντολογία του Cassandra Ορίηει Οντότθτεσ Χαρακτθριςτικά Συςχετίςεισ Τυπικι (Formal) γλϊςςα Παρουςίαςθ Δεδομζνων Βάςθ επικοινωνίασ των διάφορων υποςυςτθμάτων τθσ πλατφόρμασ 16

17 Κφκλοσ Λειτουργίασ του Cassandra 6. Iterate and compare results 1. Model Consumers 2. Simulate Consumption 5. Simulate response 4. Specify dynamic pricing models 3. Map consumption to activities 17

18 User Interface Entity editor Scenario editing Drag n Drop Libraries of reusable components: Cassandra 3rd party Local Simulation and results viewer (not shown) Running simulation queue 18

19 Κοινωνικά Δίκτυα Καταναλωτϊν (ΚΔΚ) Δίκτυα καταναλωτϊν βαςιςμζνα ςε: Κοινωνικά κριτιρια (Social grouping) Ζμμεςθ ομαδοποίθςθ βαςιςμζνθ ςε δθμογραφικά ςτοιχεία Ζμμεςθ ομαδοποίθςθ βαςιςμζνθ ςε προφίλ κατανάλωςθσ Αναγνϊριςθ των ομάδων που είναι ευαίςκθτεσ ςε ςυγκεκριμζνα κίνθτρα Αναγνϊριςθ των κίνθτρων που επθρρεάηουν περιςςότερο τθν κατανάλωςθ ςυγκεκριμζνων ομάδων Largely work in progress 20

20 CSNs: η αρχική ιδζα Οι καταναλωτζσ κα μποροφν να ςυμμετζχουν ςε ομάδεσ και να αντιδροφν ςε χρθματικά ι άλλου είδουσ κίνθτρα 21

21 CSN (1/3) Αλγόρικμοι Ομαδοποίθςθσ Clustering Algorithms CSN demo viewlet 22

22 CSN (2/3) Επίδειξθ τθσ κατανάλωςθσ και των χαρακτθριςτικϊν ομάδασ. 23

23 CSN (3/3) Αναγνϊριςθ των πιο ςθμαντικϊν κόμβων ςε μια ομάδα. 24

24 Μελλοντική Δουλειά Beta version τον Ιοφνιο του Open source, διακζςιμο για testing. Cassandra FP7 Project official Site: Github Repository Θα μπορεί να τρζξει Demand Response αλλά ςε πρωταρχικό ςτάδιο. Τα πιλοτικά κα ξεκινιςουν ςυντομα. 25