ES2881641T3 - Sistema de caracterización del consumo - Google Patents

Abstract

Sistema de caracterización del consumo de un fluido de un conjunto de equipos alimentados por una red local equipada con un medidor metrológico (2) que entrega una información visual del consumo, que comprende: a) un sensor (1) que puede ser fijado a dicho medidor, que comprende: - un medio de adquisición de dicha información visual (6) - un medio de comunicación por radiofrecuencia (9) con un relé local b) un relé local que comprende: - medios de recepción (11) y de preprocesamiento (10) de los datos provenientes de dicho sensor (1), el preprocesamiento comprende añadir una marca de tiempo a los datos - un medio de comunicación (13) con un servidor remoto para la transmisión de datos con marca de tiempo c) un servidor remoto configurado para realizar un procesamiento de los datos transmitidos por dicho relé local para calcular la información de caracterización y la transmisión de dicha información a un dispositivo conectado remoto en donde dicho procesamiento consiste en: - registrar en una memoria dichos datos con marca de tiempo, en un espacio específico de dicho relé local, dicha información con marca de tiempo presenta una frecuencia de actualización temporal superior a 200 milisegundos - realizar un preprocesamiento que consiste en eliminar los datos con marca de tiempo aplicando un filtro de cumplimiento - aplicar el procesamiento de aprendizaje automático a dichos datos para calcular perfiles de consumo asociados a un identificador de un tipo de equipo.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de caracterización del consumo

Campo de la invención

La presente invención se refiere al campo del análisis del consumo de fluido, en particular del consumo eléctrico de un sitio equipado con un medidor principal provisto de un indicador visual del consumo total, por ejemplo un diodo LED metrológico, un disco giratorio o un indicador digital mecánico o eléctrico o incluso el consumo de agua o gas, en una instalación equipada con un medidor metrológico que comprende un elemento que varía en apariencia según el consumo instantáneo.

La invención se refiere más específicamente a un sistema que proporciona información relativa a la naturaleza de los equipos en el origen de las distintas estaciones de consumo de fluidos, con el fin de permitir una auditoría de los consumos y, si es necesario, una optimización de los equipos y/o una supervisión de los equipos.

Dicha información la proporcionan los denominados contadores conectados “inteligentes”, por ejemplo el contador comercializado por la empresa ITRON con el nombre LINKY (denominación comercial), realizando una lectura periódica, por ejemplo horaria, del consumo en una red eléctrica local y transmitiendo los datos a un servicio del proveedor o distribuidor de energía que realiza el procesamiento para estas propias necesidades y adicionalmente proporcionar información a su cliente.

Estos contadores entregan información representativa del consumo en forma de LED que parpadea con cada vatiohora consumido o incluso del paso de la marca visual en el disco de los contadores electromecánicos. La medición del tiempo transcurrido entre dos parpadeos del LED, o, en su caso, entre dos pasos del marcado del disco de un contador electromecánico permite calcular el valor de la potencia consumida en la instalación.

También se conoce la patente europea EP1260090 que describe un método para monitorear el consumo de energía, que comprende las siguientes etapas que consisten en:

(a) medir el consumo de energía, utilizando un dispositivo digital medidor de electricidad controlado por microprocesador, a intervalos regulares;

(b) almacenar los datos adquiridos por las mediciones de intervalos, dichos datos representan un consumo de energía medido para cada uno de una pluralidad de dichos intervalos regulares, en una memoria no volátil no alimentada por batería de dicho dispositivo de medición, en donde dichos datos adquiridos por dichas mediciones de intervalo se almacenan de una manera que permite la recuperación de mediciones para intervalos individuales de dicha pluralidad de intervalos;

(c) recibir una solicitud de dichos datos almacenados, en una línea eléctrica, desde un transpondedor; y (d) en respuesta a dicha solicitud, transmitir dichos datos almacenados, en dicha línea eléctrica, a dicho transpondedor.

Estas soluciones ahora son impugnadas porque los usuarios temen que la recopilación por parte de un operador externo de la curva de carga, revele información privada como la presencia y ausencia del hogar, el tipo de calefacción, los horarios en que una persona se ducha o la revelación de uso “extraordinario” de la red, por ejemplo la presencia de lámparas de alta potencia utilizadas para el cultivo de plantas de cannabis, no infringe el respeto a la privacidad.

Por ello, se han desarrollado soluciones independientes, que permiten captar la información accesible desde el contador de fluidos (electricidad, agua, gas, etc.) mediante un dispositivo autónomo colocado en el contador de energía de la red local con el fin de proporcionar una medida de consumo acorde a un modo reservado para el usuario.

Estado de la técnica

En el estado de la técnica se conoce la patente francesa FR2954506 que describe un dispositivo para adquirir la medición de un contador eléctrico compatible con los dos tipos de contadores habituales, electromecánicos y digitales. Cuando se destinan a leer un contador de tipo electromecánico, los sensores conocidos funcionan con una fuente de luz (visible o invisible) y un sensor fotoeléctrico. La fuente de luz está destinada a iluminar el disco giratorio mientras el sensor fotoeléctrico recibe la luz reflejada por el disco. La variación en la intensidad de la luz reflejada que se produce durante el paso del índice del disco es así detectada por el sensor fotoeléctrico que suministra una señal eléctrica que tiene un pulso en cada paso del índice y por lo tanto en cada revolución del disco giratorio. El recuento de estos pulsos y la medición de su frecuencia permiten al dispositivo deducir de ellos el consumo instantáneo medido por el contador.

También se conoce la solicitud de patente europea EP3048566 que describe un dispositivo de procesamiento de información que comprende: un lector, una calculadora de índices, un procesador de estimación y una pantalla. El lector lee la información de correspondencia que indica tipos de dispositivos medidos por los primeros medidores de potencia de una pluralidad de medidores de potencia, cada medidor de potencia mide el consumo de energía de un dispositivo correspondiente para adquirir datos de potencia. La calculadora de índices calcula un índice a partir de los datos de potencia. El procesador de estimación estima candidatos para un tipo de dispositivo medido por un segundo medidor de potencia basado en un índice calculado a partir de los datos de potencia del dispositivo medido por el segundo medidor de potencia, usando datos de aprendizaje que son el índice calculado a partir de los datos de potencia de los dispositivos medidos por los primeros medidores de potencia, el segundo medidor de potencia está incluido en la pluralidad de medidores de potencia y es diferente de los primeros medidores de potencia. La pantalla muestra los tipos de dispositivos candidatos estimados por el procesador de estimación.

Desventaja del estado de la técnica

Las soluciones conocidas en el estado de la técnica se basan en la lectura de un diodo metrológico o de un disco o indicador digital, pero solo proporcionan información relativamente tosca y permiten producir repetidores del consumo total de una red local, pero difícilmente proporcionar información relevante y confiable sobre la naturaleza del equipo que consume el fluido.

Solución proporcionada por la invención

Para subsanar estos inconvenientes, la presente invención se refiere en su sentido más general a un sistema de caracterización del consumo de un conjunto de equipos alimentados por una red local equipada con un contador metrológico que entrega información visual del consumo, que comprende:

a) un sensor capaz de fijarse a dicho medidor, que comprende:

- un medio de adquisición de dicha información visual

- un medio de comunicación por radiofrecuencia con un relé local

b) un relé local que comprende:

- medios de recepción y preprocesamiento de los datos provenientes de dicho sensor - un medio de comunicación con un servidor remoto para la transmisión de datos con marca de tiempo

c) un servidor remoto que ejecuta un procesamiento de los datos transmitidos por dicho relé local para calcular la información de caracterización y la transmisión de dicha información a un dispositivo conectado remoto caracterizado porque dicho procesamiento consiste en:

- registrar en una memoria dichos datos con marca de tiempo, en un espacio específico de dicho relé local, dicha información con marca de tiempo tiene una frecuencia de actualización temporal superior a 200 milisegundos

- realizar un preprocesamiento que consiste en eliminar los datos con marca de tiempo mediante la aplicación de un filtro de cumplimiento

- aplicar un procesamiento de aprendizaje automático (aprendizaje por máquina) a dichos datos para calcular perfiles de consumo asociados a un identificador de un tipo de equipo.

La invención se refiere a la medición del consumo de electricidad, o de agua o gas, y más en general de cualquier fluido distribuido en una red que comprenda un contador metrológico a nivel de alimentación a un edificio. Por cuenta metrológica se entiende un dispositivo para medir el consumo de fluido que tiene un medio de indicación visual de la evolución del consumo, por ejemplo, una fuente de luz que se activa puntualmente cuando pasa de un umbral de consumo, o un disco mecánico que lleva una marca, cuya velocidad de rotación depende del consumo, o bien una pantalla electrónica o mecánica en forma de números que se desplazan o de una aguja en movimiento. Ventajosamente, dicho servidor comprende una pluralidad de espacios de memoria específicos para registrar en cada uno los datos que se originan en un relé local particular, y porque el procesamiento de aprendizaje automático se aplica a los datos con marca de tiempo que se originan en una pluralidad de espacios de memoria específicos. Preferiblemente, dicho servidor comprende además medios para producir una alerta digital en función del resultado del procesamiento de aprendizaje automático.

Según una realización ventajosa, dicha carcasa comprende un periférico constituido por una pieza autoadhesiva que se puede pegar en la cara frontal del contador, que se abre hacia un sensor fotosensible que detecta los pulsos de luz y los transmite a un circuito electrónico integrado en la carcasa.

Ventajosamente, dicha carcasa comprende un ordenador que controla un módulo de transmisión por radio para la transmisión de datos al relé local.

Según otra realización particular, dicho servidor es controlado por un código informático para la ejecución de procesamiento de los datos registrados para un sitio con el fin de extraer del mismo valores de entrada para los algoritmos de aprendizaje automático.

Ventajosamente, dichos procesamientos comprenden:

• un suavizado de los datos registrados para un sitio, mediante el cálculo de un valor promedio en una ventana de tiempo deslizante

• una división de los datos registrados y los datos suavizados para un sitio en un conjunto de ventanas con una duración de Ni minutos (Ni que varía según el tipo de dispositivo a ser detectado) y desplazados entre sí por Mi minutos (Mi que varía en función de Ni)

• una descomposición de las ventanas en transformada de Fourier, en transformada de ondículas y en regresión local (tipo LOESS)

• una etapa de Análisis de Componentes Principales (PCA) realizado en el conjunto de vectores para reducir su dimensión a Di entre 10 a 1000

• un procesamiento de K-Medias ejecutado en el conjunto de vectores reducidos para determinar (Ki) diferentes modos de funcionamiento

• la comparación de los resultados de la operación K-Medias con patrones de consumo conocidos.

Descripción detallada de un ejemplo no limitativo de la invención.

La presente invención se comprenderá mejor con la lectura de la siguiente descripción, que se refiere a un ejemplo no limitativo de una realización en la que:

- La Figura 1 representa una vista esquemática de un sensor según la invención

- La Figura 2 representa una vista esquemática de la arquitectura de hardware de una carcasa según la invención

- La Figura 3 representa una vista esquemática de la arquitectura de hardware de un relé local según la invención.

Descripción del sensor

El sensor consta de una carcasa (1) que se puede fijar a un contador eléctrico (2), por ejemplo mediante una superficie autoadhesiva. El medidor (2), por ejemplo un medidor LINKY (no comercial) tiene una ventana de visualización (3) de una pantalla digital y una ventana (4) que se abre a un diodo emisor de luz que emite un pulso de luz por cada vatio-hora consumido en la red eléctrica en la que se coloca el contador (1). Un periférico (5) consta de una pieza autoadhesiva (5) que se puede pegar en la cara frontal del medidor. Esta pieza se abre a un sensor fotosensible (6) que detecta los pulsos de luz y los transmite a un circuito electrónico integrado en la carcasa (1). Este circuito es alimentado por una batería (7) y comprende un ordenador (8) que controla un módulo de transmisión por radio (9), que funciona en la frecuencia de 433 MHz, o según el protocolo Bluetooth de baja energía para transmitir una señal cada vez que el sensor fotosensible (6) detecta un pulso de luz.

Descripción del relé

El relé local descrito en la figura 3 comprende un ordenador (10) que recibe los datos procedentes de un módulo Bluetooth de baja energía (11) emparejado con el módulo Bluetooth de baja energía (9) del sensor (1).

El relé local recupera los datos del sensor, añade una marca de tiempo, realiza algunas mediciones de su entorno (temperatura, humedad, CO2, ruido, brillo) y transfiere todos estos datos a un servidor en línea remoto.

Este también comprende un ordenador (10) que controla el registro de información en una memoria local (12). El ordenador (10) realiza un procesamiento que consiste en calcular el tiempo transcurrido entre dos informaciones consecutivas transmitidas por el sensor (1) y en registrar este tiempo en forma de marca de tiempo en la memoria (12).

Este también controla la transmisión periódica de información con marca de tiempo a un servidor a través de un módulo (13), por ejemplo, un módulo WIFI o un módulo 3G.

El relé local también comprende uno o más sensores, por ejemplo, un sensor de temperatura (14), que proporciona información medioambiental que también se transmite en forma de marca de tiempo al servidor. Esta información se utiliza para proporcionar información contextual que será utilizada por el servidor.

Procesamiento de la información transmitida por el relé local

La información con marca de tiempo transmitida por el relé local está asociada con un identificador de la red local en cuestión.

La información está encriptada según el protocolo RSA2048. Esta presenta en el ejemplo descrito el siguiente formato:

[Id de sensor; Id de Mensaje; última medición; penúltima medición; antepenúltima medición; Suma de comprobación] “Id de mensaje” corresponde a un código específico para cada mensaje enviado.

“Id de sensor” corresponde a un código específico para cada sensor.

El servidor realiza un procesamiento previo de estos datos para verificar la coherencia de los datos y borra los datos anormales (por ejemplo, los datos para los cuales la información de marca de tiempo es menor que una duración umbral, etc.) y correspondientes a errores de medición. A continuación, estos datos se vuelven a muestrear a una frecuencia determinada de un Hertz, por ejemplo.

Luego, el servidor realiza un conjunto de operaciones de procesamiento en estos datos registrados para un sitio con el fin de extraer valores de entrada para los algoritmos de aprendizaje automático:

• suavizado de los datos registrados para un sitio, mediante el cálculo de un valor promedio en una ventana de tiempo deslizante

• una división de los datos registrados y los datos suavizados para un sitio en un conjunto de ventanas con una duración de Ni minutos (Ni que varía según el tipo de dispositivo a ser detectado) y desplazados entre sí por Mi minutos (Mi que varía en función de Ni)

• una descomposición de las ventanas en transformada de Fourier, en transformada de ondícula y en regresión local (tipo lOeSS)

El resultado de estas regresiones para cada ventana forma un solo vector por ventana. Este vector comprende, según la configuración elegida, desde unos pocos cientos hasta varios miles de variables.

Se realiza un PCA (Análisis de Componentes Principales) en todos los vectores para reducir su dimensión a Di (que van de 10 a 1000).

Luego se ejecuta un algoritmo K-Medias en el conjunto de vectores reducidos para determinar (K¡) diferentes modos de funcionamiento. La partición en k-medias (o k-Mean en inglés) es un método de partición de datos que permite resolver un problema de optimización combinatoria conocido por los expertos en la técnica.

Las k-medias se utilizan en el aprendizaje no supervisado donde se dividen las observaciones en k particiones. Las nubes dinámicas son una generalización de este principio, para lo cual cada partición está representada por un núcleo que puede ser más complejo que una media. El algoritmo k-Medias es similar al algoritmo de cuantificación de Lloyd-Max.

Los resultados de la operación K-Medias proporcionan información sobre los diferentes patrones que existen en los datos registrados para un sitio. Los centroides y los vectores cercanos a estos centroides permiten generar la apariencia de cada patrón (en inglés « pattern ») de consumo.

La apariencia de cada patrón se puede comparar con patrones ya conocidos en una memoria compartida del servidor para identificar el dispositivo en funcionamiento y esto mediante el uso de un algoritmo de “reconocimiento de patrones” basado en redes neuronales. Si el algoritmo no puede identificar el patrón a partir de los patrones existentes en la memoria compartida, es posible que el usuario final de la tecnología tenga que informar o validar el dispositivo utilizado. El patrón, una vez identificado, se agrega a la memoria compartida.

Una vez que se han reconocido e identificado todos los patrones, un algoritmo de reconocimiento de patrones recorre el conjunto de datos registrados para un sitio para identificar la presencia o ausencia de este patrón en cada instante.

El conjunto del algoritmos descrito anteriormente permite generar un detalle del consumo de cada dispositivo, reconocido por su patrón, en el domicilio del usuario final, así como reforzar el conocimiento global de los patrones sobre la memoria compartida.

Un segundo algoritmo descrito a continuación es responsable de producir la información y alertas de los resultados producidos por el primer algoritmo anterior.

Para cada dispositivo, cada uso se registra en un espacio N-dimensional con, entre otros, los siguientes parámetros: tiempo de uso, consumo total, tiempo desde el último uso, potencia específica, número de usos diarios/semestrales/mensuales, etc.

Para cada nuevo uso, se puede generar una alerta de acuerdo con las siguientes condiciones:

• La distancia geométrica entre este uso y el promedio de los usos es mayor que una distancia Di. Esta distancia Di se evalúa en función de la distribución estadística de los usos, del tipo de dispositivo y de los comentarios de los usuarios finales.

• Una variación continua de la posición del promedio durante períodos de algunas semanas a algunos años. • La posición de uso en un área definida como peligrosa.

[0043] Cada uso se transmite individualmente y sin condiciones específicas al usuario final en su historial doméstico (línea de tiempo).

Siguiendo un árbol de decisiones predefinido, a partir de los resultados del primer algoritmo de aprendizaje automático, se generan consejos para ayudar al usuario final a reducir su consumo y su factura de electricidad. Correlación con otras fuentes de información

Según una primera opción, el sistema comprende además uno o más sensores adicionales que suministran al relé local información adicional también con marca de tiempo. Estos sensores son sensores de entorno local, por ejemplo:

- un sensor de temperatura

- un sensor para el consumo de otro fluido

- un sensor de apertura de puertas o ventanas.

La información recopilada por el relé local se transmite al servidor que la utiliza para establecer procesamientos de correlación que permiten la activación de acciones tales como alarmas. Por ejemplo, un aumento en el consumo de electricidad o gas que se produce en un intervalo de tiempo en el que la temperatura desciende significativamente puede mostrar una anomalía (rotura de una ventana, puerta abierta, etc.).

Asimismo, tener en cuenta varios caudalímetros diferentes permite establecer procesamientos para caracterizar el funcionamiento de determinados equipos, tales como una lavadora o una ducha.

Según otra opción, el relé local comprende un medio de análisis de los accesos WIFI (“solicitud de sondeo”) para transmitir periódicamente al servidor información sobre los equipos conectados localmente por Wifi. Estos datos son tratados por el servidor para analizar la correlación con los datos de consumo y desencadenar acciones en función del resultado de estos procesamientos.

Claims (9)

1. REIVINDICACIONES

   i. Sistema de caracterización del consumo de un fluido de un conjunto de equipos alimentados por una red local equipada con un medidor metrológico (2) que entrega una información visual del consumo, que comprende:

   a) un sensor (1) que puede ser fijado a dicho medidor, que comprende:

   - un medio de adquisición de dicha información visual (6)

   - un medio de comunicación por radiofrecuencia (9) con un relé local

   b) un relé local que comprende:

   - medios de recepción (11) y de preprocesamiento (10) de los datos provenientes de dicho sensor (1), el preprocesamiento comprende añadir una marca de tiempo a los datos - un medio de comunicación (13) con un servidor remoto para la transmisión de datos con marca de tiempo

   c) un servidor remoto configurado para realizar un procesamiento de los datos transmitidos por dicho relé local para calcular la información de caracterización y la transmisión de dicha información a un dispositivo conectado remoto

   en donde dicho procesamiento consiste en:

   - registrar en una memoria dichos datos con marca de tiempo, en un espacio específico de dicho relé local, dicha información con marca de tiempo presenta una frecuencia de actualización temporal superior a 200 milisegundos

   - realizar un preprocesamiento que consiste en eliminar los datos con marca de tiempo aplicando un filtro de cumplimiento

   - aplicar el procesamiento de aprendizaje automático a dichos datos para calcular perfiles de consumo asociados a un identificador de un tipo de equipo.
2. 2. Sistema de caracterización del consumo eléctrico según la reivindicación 1 caracterizado porque dicho servidor comprende una pluralidad de espacios de memoria específicos para registrar en cada uno los datos provenientes de un relé local particular, y porque el procesamiento de aprendizaje automático se aplica a los datos con marca de tiempo que se originan en una pluralidad de espacios de memoria específicos.
3. 3. Sistema de caracterización del consumo eléctrico según reivindicación 1 caracterizado porque dicho servidor comprende además medios para producir una alerta digital en función del resultado del procesamiento de aprendizaje automático.
4. 4. Sistema de caracterización del consumo eléctrico según la reivindicación 1 caracterizado porque dicho relé local comprende sensores ambientales locales.
5. 5. Sistema de caracterización del consumo eléctrico según reivindicación 1 caracterizado porque dicho relé local comprende medios de marcaje de tiempo de los datos transmitidos por el sensor.
6. 6. Sistema de caracterización del consumo eléctrico según reivindicación 1 caracterizado porque una carcasa de dicho sensor (1) comprende un periférico (5) que comprende una pieza (5) autoadhesiva que se puede pegar en la cara frontal del medidor, abriéndose a un sensor fotosensible (6) que detecta los pulsos de luz y los transmite a un circuito electrónico integrado en la carcasa (1).
7. 7. Sistema de caracterización del consumo eléctrico según la reivindicación anterior caracterizado porque dicha carcasa (1) comprende un ordenador (8) que controla un módulo de transmisión por radio (9) para la transmisión de datos al relé local.
8. 8. Sistema de caracterización del consumo eléctrico según la reivindicación 1 caracterizado porque dicho servidor está controlado por un código informático para la ejecución del procesamiento de datos registrados para un sitio con el fin de extraer del mismo valores de entrada para algoritmos de aprendizaje automático.
9. 9. Sistema de caracterización del consumo eléctrico según la reivindicación anterior caracterizado porque dicho procesamiento incluye:

   • suavizar los datos registrados para un sitio, mediante el cálculo de un valor promedio en una ventana de tiempo deslizante

   • dividir los datos registrados y los datos suavizados para un sitio en un conjunto de ventanas con una duración de Ni minutos Ni que varían según el tipo de dispositivo a ser detectado, y desplazados entre sí por Mi minutos Mi que varían en función de Ni

   • descomponer las ventanas en transformada de Fourier, en transformada de ondícula y en regresión local de tipo LOESS

   • una etapa de Análisis de Componentes Principales PCA llevada a cabo en todos los vectores para reducir su dimensión a Di comprendida entre 10 a 1000

   • un procesamiento de K-Medias ejecutado en el conjunto de vectores reducidos para determinar Ki diferentes modos de funcionamiento

   • comparar los resultados de la operación de K-Medias con patrones de consumo conocidos.