Gömülü sistemler ile yarı-girişimsel yük izleme kullanarak ev aletlerinin enerji tüketiminin takibi ve enerji tasarrufu önerilerinin sunulması

Abstract

Artan enerji talebi ve fosil yakıta dayalı üretimin çevresel etkileri, enerji tasarrufunu sürdürülebilirlik hedeflerinin merkezine yerleştirmektedir. Konutlar; ısıtma, soğutma, aydınlatma ve çok sayıdaki elektrikli cihaz nedeniyle toplam tüketimde kayda değer bir paya sahiptir. Bu nedenle tüketimin cihaz seviyesinde izlenebilmesi kullanıcıların tüketim alışkanlıklarını daha net görmesini sağlayarak tasarrufu teşvik etmektedir. Ancak akıllı priz gibi girişimsel çözümler her cihaza fiziksel erişim gerektirdiğinden maliyetli ve ölçeklenmesi zordur. Akıllı sayaçlar ise yüksek çözünürlüklü veri sunsa da cihaz bazında ayrım yapamamaktadırlar. Bu tezde ise, maliyeti düşük ve uygulanabilir bir çözüm olarak yarı girişimsel yük izleme (SILM) yaklaşımı öne çıkmaktadır. Bu tez çalışmasında, konut ortamında hat-bazlı çoklu sensör verisi kullanarak cihaz tespiti yapabilen bir SILM sistemi geliştirilmiştir. Cihazların sigorta/hat gruplarına ayrılmasıyla toplam yük üzerindeki karmaşa azaltılmış, karar mekanizması "tüm ev" yerine daha yönetilebilir alt problemlere indirgenmiştir. Geliştirilen sistem; ölçüm doğruluğunu artırmak amacıyla çeşitli filtreler ile gürültü bastırmayı, gerçek zamanlı çalışmayı desteklemek için hesaplama yükünün optimizasyonunu ve cihaz tanımada çoklu özellik doğrulamasını bir araya getirmektedir. Yarı girişimsel yük izleme sisteminin çoklu sensör gereksimine çözüm alarak sensör-kanal azaltma yöntemi sunulmuş ve başarıyla uygulanmıştır. Benzer güç değerlerine sahip cihazları ayırt etmek adına birden çok yöntem kullanılmıştır. Aktif–reaktif güç bileşenleri (P–Q), tepe–kararlı farkına dayalı PSD geçiş imzası, FFT/harmonik analizleri, FSM tabanlı durum doğrulaması ve çeşitli akım tabanlı özellikler kullanılmıştır. V–I eğrilerinden türetilen şekil tabanlı özellikler (loop area, simetri, kompaktlık, vs.) kullanılarak benzer güçteki cihazların kombinasyonel verileri ile cihaz tespiti yapılmıştır. Ayrıca yeni bir V-I özelliği üretilmiştir (90° ötelenmiş loop area). Uygulanan filtreleme ile görünür güçteki gürültü düşürülmüş ve faz farkı hatası belirgin biçimde azaltılmıştır. Ayrıca hareketli ortalama filtresinin optimize edilmesiyle ana döngüye üç kat daha sık girilerek sistemin gerçek zamanlı çalışma performansı iyileştirilmiştir. Bu bütünleşik yapı sayesinde, yapay zekâ kullanılmadan tespiti zor olan çok modlu beyaz eşyalar (bulaşık/çamaşır makineleri vs.) ile rastgele ve değişken yük profiline sahip bilgisayar gibi cihazların tüketimleri de izlenebilir hâle getirilmiştir. Yaklaşık 30 adet ev aletinin tespiti başarıyla sağlanmıştır. Elde edilen tespit çıktıları anlık uyarı ve günlük enerji analizi ekranlarıyla kullanıcıya sunulmuş ve üç zamanlı tarife yaklaşımıyla tasarruf önerileri üretilmiştir.