《電子技術(shù)應用》
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基于实时数据流特征提取的设备能耗异常识别算法研究
信息技术与网络安全
黄家续1,曾献辉1,2,施陈俊1
(1.东华大学 信息科学与技术学院,上海201620;2.数字化纺织服装技术教育部工程研究中心,上海201620)
摘要: 能耗设备的节能是企业节能减排中非常重要的一环,及时发现能耗设备运行中出现的异常,对减少不必要的企业能耗具有重要意义。利用采集到的设备实时能耗数据流,提出了一种基于多特征提取的设备能耗异常识别分类方法。首先,对样本数据提取了低能耗时间比、高能耗时间量、DTW距离等特征量,随后利用孤立森林算法和K-means聚类算法对每条样本数据进行类型标定,最后构建了注意力机制与LSTM相结合的设备能耗异常分类算法。实验结果表明,该算法的分类正确率达到了97.76%,可以高效识别出不同类型的设备能耗异常,从而为企业及时作出处理、减少能耗损失提供了决策依据。
中圖分類號: TP301.6;TK01+8
文獻標識碼: A
DOI: 10.19358/j.issn.2096-5133.2021.05.008
引用格式: 黃家續(xù),曾獻輝,施陳俊. 基于實時數(shù)據(jù)流特征提取的設備能耗異常識別算法研究[J].信息技術(shù)與網(wǎng)絡安全,2021,40(5):45-50.
Research on equipment energy consumption anomaly identification algorithm based on real-time data stream feature extraction
Huang Jiaxu1,Zeng Xianhui1,2,Shi Chenjun1
(1.College of Information Science and Technology,Donghua University,Shanghai 201620,China; 2.Engineering Research Center of Digitized Textile & Apparel Technology,Ministry of Education,Shanghai 201620,China)
Abstract: Energy saving of energy consumption equipment is a very important part of the enterprise energy saving and emission reduction, timely discovery of abnormal energy consumption equipment operation, to reduce unnecessary energy consumption of enterprises is of great significance.In this paper, based on the collected real-time data stream of equipment energy consumption, a new method of equipment energy consumption anomaly recognition and classification based on multi-feature extraction was proposed.Firstly, the characteristic parameters such as low energy consumption time ratio, high energy consumption time quantity and DTW distance were extracted from the sample data. Then, the isolated forest algorithm and K-means clustering algorithm were used to carry out type calibration for each sample data. Finally, the abnormal classification algorithm of equipment energy consumption combining attention mechanism and LSTM was constructed.The experimental results show that the classification accuracy of the algorithm reaches 97.76%, which can effectively identify the abnormal energy consumption of different types of equipment, so as to provide a decision-making basis for enterprises to make timely treatment and reduce the loss of energy consumption.
Key words : feature extraction;attention mechanism;LSTM;classification algorithm

0 引言

節(jié)能降耗是企業(yè)面對的一個迫在眉睫的問題,設備節(jié)能是其中的一種有效手段。企業(yè)能源浪費很大一部分來自用電設備的管理維護不夠精確、不夠及時。人走忘記關(guān)燈、忘記關(guān)水、設備爆管、設備老化等異常不能夠及時檢測出來,給企業(yè)造成了一定程度上的損失。

目前企業(yè)中大多都使用了設備能耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[1],采集到的數(shù)據(jù)量大、實時產(chǎn)生。因此,設備運行過程中產(chǎn)生的各種異常也會在數(shù)據(jù)上有直接反映。所以為了能夠及時、精確地檢測出設備運行中產(chǎn)生的各種異常,對能耗數(shù)據(jù)異常的檢測以及分類有著重要的研究意義。

目前國內(nèi)外許多研究者對用電數(shù)據(jù)的異常檢測進行了大量的研究。黃悅?cè)A等提出了一種基于用電特征分析的無監(jiān)督方式異常檢測方法[2],具有較高的準確性;張春輝等提出了基于小波檢測電力負荷異常的方法,利用ARFIMA統(tǒng)計方法結(jié)合小波,能夠快速準確全面地發(fā)現(xiàn)電力負荷異常數(shù)據(jù)[3];趙嫚等利用模糊聚類和孤立森林算法相結(jié)合進行異常檢測[4];徐瑤等采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡挖掘用戶時間序列中的用電規(guī)律,并通過反向傳播來實現(xiàn)網(wǎng)絡參數(shù)的更新,利用支持向量機檢測出異常用電行為[5];ANGELOS E W S等人使用模糊分類矩陣來改進C均值聚類,歸一化度量距離最大的即為異常用電行為[6];ARISOY I等基于電力公司長期運營的專家知識,對用電數(shù)據(jù)的時間關(guān)聯(lián)關(guān)系進行了數(shù)學建模,實現(xiàn)了用戶異常用電量的檢測[7]。




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作者信息:

黃家續(xù)1,曾獻輝1,2,施陳俊1

(1.東華大學 信息科學與技術(shù)學院,上海201620;2.數(shù)字化紡織服裝技術(shù)教育部工程研究中心,上海201620)


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