Μοντελοποίηση της Ενεργειακής Απόκρισης των Καταναλωτών Χαμηλής Τάσης με τη χρήση Μοντέλων Απόκρισης

1. Μοντελοποίηση της
Ενεργειακής Απόκρισης των
Καταναλωτών Χαμηλής
Τάσης με τη χρήση Μοντέλων
Απόκρισης
Διπλωματική εργασία
Φοιτήτρια: Ιχτιάρογλου Γ. Εριφίλη
Επιβλέπων: κ. Περικλής Α. Μήτκας
Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών
και Μηχανικών Υπολογιστών
ΑΠΘ

2. Δομή της παρουσίασης
1. Εισαγωγή
i. Πρόβληματα συγχρονων Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας
ii. Καταναλωτές Χαμηλής Τάσης
iii. Σκοπός και Στόχος της Διπλωματικής
2. Μοντελοποίηση Καταναλωτών Χαμηλής Τάσης
i. Μοντέλα Δραστηριοτήτων ΚΧΤ
ii. Απόκρισης ΚΧΤ
3. Πειραματικά Αποτελέσματα
4. Συμπεράσματα και Μελλοντικές Επεκτάσεις
2

3. Προβλήματα Συγχρονων Συστήματων
Ηλεκτρικής Ενέργειας
1. Συνεχής αύξηση της ζήτησης ΗΕ
2. Έλλειψη κατάλληλων υποδομών
για την κάλυψη της ζήτησης
3
Αναξιοπιστία του συστήματος
Υποβάθμιση της ποιότητας των
παρεχόμενων υπηρεσιών.
Λύση:
Εξισορρόπηση μεταξύ Παραγωγής και Ζήτησης ΗΕ σε
πραγματικό χρόνο!!!
• Από πλευράς Παραγωγής: ενσωμάτωση ανανεώσιμων και
διανεμημένων μονάδων παραγωγής.
• Από πλευράς Ζήτησης: περιορισμός της ζήτησης σε κρίσιμες
περιόδους για το δίκτυο (αύξηση ελαστικότητας).

4. Καταναλωτές Χαμηλής Τάσης
•Ονομάζονται οι ιδιοκτήτες εγκαταστάσεων που
συνδέονται απευθείας στο Δίκτυο Διανομής Χαμηλής
Τάσης (220/380V), (οικιακοί, εμπορικοί καταναλωτές
και δημόσιες υπηρεσίες).
•Είναι υπεύθυνοι για >50% της ετήσιας ενεργειακής
κατανάλωσης των ανεπτυγμένων χωρών.
•Η μελέτη και η αλλαγή της ενεργειακής τους
συμπεριφοράς μπορεί να αποφέρει πολλά οφέλη.
4

5. Απόκριση Ζήτησης
• Ορισμός: οποιαδήποτε προσπάθεια βασισμένη σε οικονομικά κίνητρα, τείνει να
μεταβάλλει τη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας των καταναλωτών.
• Πλεονεκτήματα:
• Εξοικονόμηση χρημάτων για τους καταναλωτές και τους παρόχους ΗΕ
• Αύξηση της αξιοπιστίας του δικτύου
• Μείωση εκπομπής επικίνδυνων ρύπων στο περιβάλλον
• Οικονομικά κίνητρα: Τιμολογιακές Πολιτικές με ξεχωριστά επίπεδα χρέωσης σε
διαφορετικές χρονικές περιόδους της ημέρας.
• Εξάρτηση από παράγοντες: οι συνήθειες και τα χαρακτηριστικά των καταναλωτών
επηρεάζουν τον τρόπο απόκρισής τους στα οικονομικά κίνητρα.
5

6. Σκοπός και Στόχοι της
Διπλωματικής εργασίας
Σκοπός της διπλωματικής:
1. Αντιμετώπιση του προβλήματος της μοντελοποίησης της απόκρισης των
καταναλωτών χαμηλής τάσης.
2. Η εύρεση τιμολογίων που ικανοποιούν τις ανάγκες των παρόχων ΗΕ και των
καταναλωτών χαμηλής τάσης.
Στόχοι της διπλωματικής:
1. Η ανεύρεση μιας κατάλληλης μεθοδολογίας για την μοντελοποίηση της ενεργειακής
συμπεριφοράς των Καταναλωτών Χαμηλής Τάσης με βάση τις δραστηριότητές τους.
2. Η ανεύρεση μιας κατάλληλης μεθοδολογίας για την μοντελοποίηση της απόκρισης των
Καταναλωτών Χαμηλής Τάσης, σύμφωνα με τα οικονομικά κίνητρα και τις συνήθειές
τους.
3. Η μελέτη της απόκρισης των Καταναλωτών Χαμηλής Τάσης σε πιο εξατομικευμένα
οικονομικά κίνητρα.
6

7. Δομή της παρουσίασης
1.
i.
ii.
iii.
2. Μοντελοποίηση Καταναλωτών Χαμηλής Τάσης
i. Μοντέλα Δραστηριοτήτων ΚΧΤ
ii.
3.
4.
7

8. • Προσέγγιση Bottom-up
• Μοντέλα κατανάλωσης μεμονωμένων συσκευών.
• Συνδυασμός των μοντέλων για την εύρεση της κατανάλωσης μίας εγκατάστασης, μίας
περιοχής, μίας πόλης.
• Η μέθοδος βασίζεται σε στατιστικά και δημογραφικά δεδομένα.
• Πλεονεκτήματα της μεθόδου
• Αντιστοίχιση της κατανάλωσης στις διάφορες συσκευές ξεχωριστά.
• Υψηλό επίπεδο λεπτομέρειας (μικρές αλλαγές στη συμπεριφορά προκαλούν αλλαγή στο
συνολικό φορτίο).
• Η κατανόηση της συμπεριφοράς των καταναλωτών οδηγεί στην εύρεση των αλλαγών για
την εξοικονόμηση ενέργειας.
Μοντελοποίηση Δραστηριοτήτων
των Καταναλωτών Χαμηλής Τάσης
8

9. Μοντέλα Δραστηριοτήτων
Καταναλωτών
Συσχετίζουν τις ενεργειακές συνήθειες των καταναλωτών με τη χρήση των
ηλεκτρικών συσκευών για την εκπόνηση μίας δραστηριότητας.
9
s d N{a,f (t),f (t),f (n)}aA 
Συσκευές που
συμμετέχουν
στη δραστηριότητα
f (n),n 0,1,2...N 
sf (t),t 1....1440
df (t),t 0,1,2...
Χρονική Στιγμή Έναρξης
Χρονική Διάρκεια
Ημερήσιες
Επαναλήψεις
Συναρτήσεις Συχνότητας Πιθανότητας:

10. Δομή της παρουσίασης
1.
i.
ii.
iii.
2. Μοντελοποίηση Καταναλωτών Χαμηλής Τάσης
i.
ii. Απόκρισης ΚΧΤ
3.
4.
10

11. Μοντελοποίηση Απόκρισης
Καταναλωτών Χαμηλής Τάσης
• Αλλαγές στην κατανάλωση μπορούν να προκύψουν αλλάζοντας:
• Το σύνολο των συσκευών που συμμετέχουν σε μία δραστηριότητα.
• Τη Συνάρτηση Συχνότητας Πιθανότητας της χρονικής στιγμής έναρξης μίας δραστηριότητας.
• Τη Συνάρτηση Συχνότητας Πιθανότητας της διάρκειας μίας δραστηριότητας.
• Τη Συνάρτηση Συχνότητας Πιθανότητας των ημερήσιων επαναλήψεων μίας δραστηριότητας.
• Παράγοντες που επηρεάζουν την απόκριση:
• Τιμολογιακές χρεώσεις
• Χαρακτηριστικά των καταναλωτών
• Τρόποι απόκρισης:
• Χρονική Μετατόπιση φορτίου
• Μείωση/ Αύξηση των Ημερήσιων Επαναλήψεων
13

12. Τιμολογιακές Χρεώσεις
• Αναλόγια της Τιμολογιακής Χρέωσης:
• Ο λόγος της νέας τιμολογιακής πολιτικής ως προς τη βασική για κάθε λεπτό της ημέρας.
• Επηρεάζει τη μετατόπιση της χρονικής στιγμής έναρξης μίας δραστηριότητας.
• Αναλογία του Ημερήσιου Ενεργειακού Κόστους:
• Ο λόγος του ημερήσιου κόστους κατανάλωσης μεταξύ των νέων και των βασικών
τιμολογιακών χρεώσεων
• Επηρεάζει τον αριθμό των ημερήσιων επαναλήψεων μίας δραστηριότητας.
14
(t)
(t)
(t)
newPrice
Pr
basePrice

1440
1
1440
1
(t) (t)
( )
(t) (t)
at
at
P newPrice
Er
P basePrice
 







13. Χαρακτηριστικά Καταναλωτών (1)
• Ευαισθησία Τιμής (Price Sensitivity, PS):
• Κινείται στο διάστημα [0,1].
• Εκφράζει την ευαισθησία του καταναλωτή
σε θέματα αποταμίευσης χρημάτων.
• Δίνει έμφαση στη μετατόπιση του φορτίου.
• Χρονική Ευαισθησία
(Time Sensitivity, TS)
• Κινείται στο διάστημα [0,1].
• Εκφράζει τη διάθεση του καταναλωτή
να απομακρύνει το φορτίο από περιόδους αιχμής.
• Καθορίζει την χρονική απόσταση από τις περιόδους αιχμής στην
οποία μετατοπίζεται το φορτίο (μέγιστη διάρκεια 300 λεπτά).
15
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Συντελεστής PS
Μετατόπισηφορτίου
Κλιμακωτή σχέση εξάρτησης
Αναλογική σχέση εξάρτησης
Μηδενική εξάρτηση
Εξάρτηση εκθετικής μορφής
αύξηση ευαισθησίας σε οικονομικά κίνητρα
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Συντελεστής TS
ΧρονικήΑπόστασηφορτίου(λεπτά)
Μηδενική εξάρτηση
Αναλογική σχέση εξάρτησης
Κλιμακωτή εξάρτηση
Χρονικά ευέλικτοι καταναλωτές
Μέτρια ευέλικτοι καταναλωτές
Ανελαστικοί καταναλωτές

14. Χαρακτηριστικά Καταναλωτών (2)
• Περιβαλλοντική Ευαισθησία (Environmental Sensitivity, ES):
• Κινείται στο διάστημα [-0.5,1].
• Εκφράζει την ευαισθησία του καταναλωτή
σε θέματα περιβαλλοντικής επιβάρυνσης.
• Επηρεάζει την αυξομείωση
της κατανάλωσης φορτίου.
• Μείωση της Άνεσης του Καταναλωτή
(Comfort Reduction Sensitivity, CRS)
• Κινείται στο διάστημα [0,1].
• Εκφράζει τη διάθεση του καταναλωτή
να μειώσει την άνεσή του για να ανταποκριθεί στα κίνητρα.
• Καθορίζει το ποσοστό του φορτίου που μετατοπίζεται.
16
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Συντελεστής ES
Μείωσητηςκατανάλωσης
Αναλογική σχέση εξάρτησης
Παραβολική σχέση εξάρτησης
Κλιμακωτή σχέση εξάρτησης
Μηδενική εξάρτηση
πολύ ευαισθητοποιημένοι
καθόλου ευαισθητοποιημένοι
μέτρια ευαισθητοποιημένοι
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Συντελεστής CRSΜετατόπισηφορτίου
Μηδενική εξάρτηση
Αναλογική σχέση εξάρτησης
Κλιμακωτή εξάρτηση
Μείωση άνεσης του καταναλωτή

15. Μοντέλα Χρονικής Μετατόπισης
Φορτίου
• Μοντέλα που περιγράφουν τις αλλαγές στη χρονική στιγμή έναρξης μίας δραστηριότητας,
σύμφωνα με τα νέα τιμολογιακά κίνητρα.
• Μοντέλα βασισμένα στην Τιμή
• Μοντέλα βασισμένα στην Άνεση
• Μοντέλα βασισμένα στη Συνήθεια
• Η νέα Συνάρτηση Συχνότητας Πιθανότητας της χρονικής στιγμής έναρξης μετά τις νέες
τιμολογιακές πολιτικές δίνεται από τον τύπο:
17
s sf (t) f (t) (1 timeShift(Pr(t),var)) 
   
Αρχική κατανομή
χρονικής στιγμής
έναρξης Συνάρτηση χρονικής
μεταφοράς φορτίου
Αναλογία Τιμολογιακής
Χρέωσης
Χαρακτηριστικά
των
καταναλωτών
(1)

16. Μοντέλα βασισμένα στην Τιμή
• Χρησιμοποιήθηκε η τμηματική γραμμική συνάρτηση διότι:
• Μεταβάλλει τη συμπεριφορά όταν υπάρχει αλλαγή στις χρεώσεις.
• Δεν μεταβάλλει τη συμπεριφορά όταν οι χρεώσεις παραμένουν
ίδιες.
• Ορίζει κατώφλια στις δυνατότητες μετατόπισης.
18
2 1
2
1
1
4
3
3
4 3
,Pr(t)
(Pr(t) 1) , Pr(t) 1
1
(t)
(Pr(t) 1) ,1 Pr(t)
1
,Pr(t) c
p
p
p
p
c s c
c
s c
c
timeShift
c
s c
c
c s
 


    

 

     


 
0 500 1000 1500
0
5
10
15
20
25
30
Λεπτό της ημέρας
ΑναμενόμενηΕναργειακήΚατανάλωση
Απόκριση με βάση την τιμή
Βασική κατανάλωση
Νέα κατανάλωση
sp Συντελεστής PS

17. Μοντέλα βασισμένα στην Άνεση
• Το φορτίο θα μετατοπιστεί όσο το δυνατόν κοντύτερα στην αρχική περίοδο εκπόνησης μίας
δραστηριότητας.
• Χωρίζονται τα λεπτά της ημέρας σε χρονικά παράθυρα ανάλογα με τις διακυμάνσεις της
Αναλογίας Τιμολογιακής Χρέωσης .
19
0 500 1000 1500
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
Λεπτό της ημέρας
Pr(t)
W1
W2
W3
W4 W6
W7W5
s
s
(t) ,
(t)
(t) ,
f (t)
300 (1 TS)
(t) ( , ) ,
ˆ(t) f (t)
i i
i i
i i
left left L start start
right right L end end
i
left start start
right
Rate load s T d t T
timeShift
Rate load s T t T d
load CRS sum
d
Rate N T d t T
Rate c
 
    

 
    
 
  
   
  , i iend endT t T d  
1000
0 500 1000 1500
0
5
10
15
20
25
30
35
Λεπτό της ημέρας
ΑναμενόμενηΕνεργειακήΚατανάλωση
Απόκριση με βάση την άνεση (διπλή μετατόπιση)
(α)
Βασική κατανάλωση
Νέα κατανάλωση
0 500 1000 1500
0
5
10
15
20
25
30
Λεπτό της ημέρας
ΑναμενόμενηΕνεργειακήΚατανάλωση
Απόκριση με βάση την άνεση (αριστερή μετατόπιση)
(β)
Βασική κατανάλωση
Νέα κατανάλωση
0 500 1000 1500
0
5
10
15
20
25
30
Λεπτό της ημέρας
ΑναμενόμενηΕνεργειακήΚατανάλωση
Απόκριση με βάση την άνεση (δεξιά μετατόπιση)
(γ)
Βασική κατανάλωση
Νέα κατανάλωση

18. Μοντέλα με βάση την Συνήθεια
• Το φορτίο θα μεταφερθεί στην αμέσως επόμενη χρονική περίοδο
προτίμησης για την εκπόνηση μίας δραστηριότητας.
• Σύμφωνα με τα χρονικά παράθυρα το φορτίο θα μεταφερθεί βάσει του
τύπου:
20
Wj Wi
s
s
(t) (t) , : Pr (t) Pr (t)
f (t)
ˆ(t) f (t) ,
j j L j
i
j j
timeShift Rate load s t W
load CRS sum
Rate c t W
    
 
  
1000
0 500 1000 1500
0
5
10
15
20
25
30
Λεπτό της ημέρας
ΑναμενόμενηΕνεργειακήΚατανάλωση
Απόκριση με βάση τη συνήθεια
Βασική κατανάλωση
Νέα κατανάλωση

19. Μείωση Ημερήσιων Επαναλήψεων
•Εάν Εr(α)>1 μειώνεται ο αριθμός των ημερήσιων
επαναλήψεων:
21
N max
N
N max
f (n) ( ) για n= n
f (n)
f (n) (1 P ( )) για n n
p
p






  
   
( ) (Er( ) 1) ( )p s      Συντελεστής ES
N max max
N max N max max max
1 f (n ) μεταβάλλεται μόνο το n
1 f (n ) f (n 1) μεταβάλλεται το n και το n -1
ά
P ά

 
 
 



   

 M M

20. Αύξηση Ημερήσιων Επαναλήψεων
•Εάν Εr(α)<1 αυξάνεται ο αριθμός των ημερήσιων
επαναλήψεων:
22
( ) (Er( ) 1) ( )p s      Συντελεστής ES
N max
N
N max
f (n) ( ) για n= n
f (n)
f (n) (1 P ( )) για n n
p
p






  
   
N max max
N max N max max max
1 f (n ) μεταβάλλεται μόνο το n
1 f (n ) f (n 1) μεταβάλλεται το n και το n -1
ά
P ά

 
 
 



   

 M M

21. Δομή της παρουσίασης
1.
i.
ii.
iii.
2.
i.
ii.
3. Πειραματικά Αποτελέσματα
4.
23

22. Πειράματα
24
• Πειράματα Ενεργειακής Συμπεριφοράς Οικιακών και Εμπορικών
Καταναλωτών
• Πειράματα Απόκρισης Οικιακών και Εμπορικών Καταναλωτών
• Πειράματα Απόκρισης Καταναλωτών με νέα τιμολόγια
• Πειράματα Απόκρισης με διαφορετικά χαρακτηριστικά των
Καταναλωτών

23. Πειράματα Ενεργειακής Συμπεριφοράς
Οικιακών και Εμπορικών Καταναλωτών
•Δεδομένα μετρήσεων
• Ευρωπαϊκό Ερευνητικό πρόγραμμα CASSANDRA.
• Μετρήσεις ανά εγκατάσταση.
• Ιανουάριος 2013-Φεβρουάριος 2014.
• 32 οικιακοί καταναλωτές από τη Σουηδία.
• 11 καταστήματα από εμπορικό κέντρο στην Ιταλία.
25

24. Πειράματα Ενεργειακής Συμπεριφοράς Οικιακών
και Εμπορικών Καταναλωτών (Μετρικές)
• Ρίζα Μέσης Τετραγωνικής Απόκλισης
• Μέσο Ημερήσιο Ενεργειακό Σφάλμα
• Συμμετρικό Μέσο Απόλυτο Ποσοστιαίο Σφάλμα
• Απόσταση Jensen-Shannon
26
2
i i1
(u p )
N
i
RMSE
N




1
| |
100%
N
i i
i i
u p
MDEE
u

 
1
| |1
100%
N
t t
t t t
A F
SMAPE
N A F




1 1
(P || Q) (P || M) (Q || M)
2 2
KL KLJSD D D 

25. Αποτελέσματα Οικιακών
Καταναλωτών
Οικιακοί
Καταναλωτές
RMDE
(kWh)
SMDE
(kWh)
RMSE
(kWh)
MDEE
(%)
SMAPE
(%)
JSD
Διαμέρισμα 1 3.08 3.45 0.77 11.91 8.81 0.06
Διαμέρισμα 2 4.82 5.30 1.68 9.92 6.91 0.07
Διαμέρισμα 3 3.58 3.53 0.69 1.49 3.53 0.05
Διαμέρισμα 4 6.26 5.36 1.90 14.38 8.16 0.07
Διαμέρισμα 5 3.79 4.28 1.09 13.14 9.46 0.07
Διαμέρισμα 6 6.82 6.12 2.27 10.34 7.83 0.08
Διαμέρισμα 7 6.70 7.35 1.94 9.65 10.87 0.07
Διαμέρισμα 8 4.51 4.67 0.87 3.67 6.61 0.05
Διαμέρισμα 9 5.40 5.61 1.77 3.79 10.43 0.09
Διαμέρισμα 10 5.90 5.51 1.71 6.63 10.32 0.08
Διαμέρισμα 11 3.31 2.73 1.30 17.49 9.17 0.10
Διαμέρισμα 12 4.48 4.44 1.06 1.02 7.19 0.07
Διαμέρισμα 13 4.23 4.39 0.56 3.84 3.87 0.03
Διαμέρισμα 14 19.82 19.87 3.41 0.23 5.94 0.05
Διαμέρισμα 16 4.38 4.26 1.96 2.73 13.73 0.12
Διαμέρισμα 17 6.33 6.25 1.00 1.26 5.38 0.05

26. Αποτελέσματα Οικιακών
Καταναλωτών
Οικιακοί
Καταναλωτές
RMDE
(kWh)
SMDE
(kWh)
RMSE
(kWh)
MDEE
(%)
SMAPE
(%)
JSD
Διαμέρισμα 18 5.66 5.43 1.66 3.99 10.82 0.09
Διαμέρισμα 19 4.80 4.76 0.50 0.96 3.34 0.03
Διαμέρισμα 20 8.07 7.59 1.72 5.94 8.44 0.07
Διαμέρισμα 21 3.75 3.34 1.32 10.80 8.39 0.09
Διαμέρισμα 22 5.31 5.44 1.47 2.48 9.94 0.08
Διαμέρισμα 23 3.69 3.79 0.90 2.49 9.34 0.07
Διαμέρισμα 24 4.90 4.85 1.29 1.01 8.76 0.08
Διαμέρισμα 25 5.96 5.99 1.44 0.45 8.87 0.08
Διαμέρισμα 26 7.78 5.78 3.30 25.68 16.08 0.09
Διαμέρισμα 28 6.81 5.80 2.22 14.76 7.89 0.07
Διαμέρισμα 29 5.85 5.42 1.93 7.35 7.16 0.08
Διαμέρισμα 30 3.95 3.75 1.36 4.99 13.79 0.10
Διαμέρισμα 31 5.20 5.12 1.49 1.59 9.95 0.08
Διαμέρισμα 32 3.25 3.36 1.03 3.14 8.16 0.09
Διαμέρισμα 33 3.87 4.01 1.24 3.42 11.95 0.09
Διαμέρισμα 34 16.02 15.50 1.40 3.22 2.61 0.02

27. Αποτελέσματα Εμπορικών
Καταναλωτών
29
Εμπορικοί
Καταναλωτές
RMDE (kWh) SMDE (kWh) RMSE (kWh) MDEE (%) SMAPE (%) JSD
Κατάστημα 1 114.13 114.82 14.99 0.60 4.98 0.03
Κατάστημα 2 101.61 101.20 4.28 0.40 0.95 0.01
Κατάστημα 3 33.37 33.27 1.50 0.32 6.06 0.03
Κατάστημα 4 376.10 376.25 26.52 0.04 3.77 0.03
Κατάστημα 5 87.66 87.42 5.45 0.27 4.46 0.02
Κατάστημα 6 33.29 33.44 10.40 0.45 16.35 0.13
Κατάστημα 7 99.51 99.12 6.52 0.38 5.72 0.04
Κατάστημα 8 57.87 57.63 2.24 0.40 8.54 0.02
Κατάστημα 9 10.22 12.02 3.32 17.54 9.49 0.06
Κατάστημα 10 52.42 51.91 4.85 0.97 5.88 0.04
Κατάστημα 11 843.83 845.70 76.67 0.22 2.15 0.02

28. Σύγκριση πραγματικής και
προσομοιωμένης κατανάλωσης
30
0 500 1000 1500
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
Λεπτό της ημέρας
Ισχύς(W)
Πραγματική
Κατανάλωση
Προσομοίωση
Κατανάλωσης
Συγκριτικό διάγραμμα πραγματικής και προσομοιωμένης κατανάλωσης
Κατάστημα 1
0 500 1000 1500
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Λεπτό της ημέρας
Ισχύς(W)
Πραγματική Κατανάλωση
Προσομοίωση Κατανάλωσης
Σύγκριτικό διάγραμμα πραγματικής και προσομοιωμένης κατανάλωσης
Διαμέρισμα 8

29. Πειράματα Απόκρισης Οικιακών και
Εμπορικών Καταναλωτών
• Δεδομένα μετρήσεων
• Ευρωπαϊκό Ερευνητικό Πρόγραμμα CASSANDRA.
• Μετρήσεις ανά εγκατάσταση.
• 14 οικιακοί καταναλωτές από τη Σουηδία.
• 11 εμπορικοί καταναλωτές από ένα εμπορικό κέντρο στην Ιταλία.
• Μείωση των οικιακών καταναλωτών – Μεγάλη απόσταση της περιόδου βασικής
κατανάλωσης (Ιανουάριος 2013 – Μάιος 2013) και της περιόδου ΑΖ (Νοέμβριος 2013 –
Φεβρουάριος 2014):
• Αντικατάσταση των οικιακών συσκευών με νέες  Αδυναμία συσχετισμού βασικής
κατανάλωσης και απόκρισης.
• Απουσία των ενοίκων από την κατοικία για κάποιο διάστημα της βασικής περιόδου ή της
περιόδου ΑΖ.
• Κάποιοι ένοικοι αποφάσισαν πως δεν ήθελαν να συνεχίσουν στο πρόγραμμα.
31

30. Πειράματα Απόκρισης Οικιακών και
Εμπορικών Καταναλωτών
• Η διαδικασία που ακολουθήθηκε:
32
1. Συλλογή δεδομένων μετρήσεων
2. Μοντελοποίηση Καταναλωτών Χαμηλής Τάσης
3. Προσομοίωση ενεργειακής κατανάλωσης
4. Σύγκριση πραγματικής και προσομοιωμένης κατανάλωσης
5. Ορισμός τιμολογίου και επιλογή χαρακτηριστικών και τύπου απόκρισης
6. Προσομοίωση απόκρισης
7. Σύγκριση πραγματικής και προβλεπόμενης απόκρισης
6. Ορισμός τιμολογίου και επιλογή χαρακτηριστικών και τύπου απόκρισης
1. Συλλογή δεδομένων μετρήσεων
2. Μοντελοποίηση Καταναλωτών Χαμηλής Τάσης
3. Προσομοίωση ενεργειακής κατανάλωσης
4. Σύγκριση πραγματικής και προσομοιωμένης κατανάλωσης
7. Προσομοίωση απόκρισης
9. Σύγκριση πραγματικής και προβλεπόμενης απόκρισης
5. Υπολογισμός της διαφοράς της πραγματικής από την προσομοιωμένη κατανάλωση
8. Πρόσθεση της διαφοράς του βήματος 5 στην προβλεπόμενη απόκριση

31. Πειράματα Απόκρισης Οικιακών και
Εμπορικών Καταναλωτών (Μετρικές)
• Ποσοστιαία Μείωση Περιόδων Αιχμής
• Ποσοστιαία Μείωση Περιόδων Εκτός Αιχμής
• Ποσοστιαία Συνολική Ημερήσια Μείωση
33
(i) (i)
100%
(i)
base responsei i
on peak
basei
E E
E


 
 

1440 1440
1 1
1440
1
(i) (i)
100%
(i)
base responsei i
off peak
basei
E E
E
 



 
 

1440 1440
1 1
1440
1
(i) (i)
100%
(i)
base responsei i
overall
basei
E E
E
 


 
 


32. Αποτελέσματα Οικιακών
Καταναλωτών
Οικιακοί
καταναλωτές
Πραγματική μείωση της
κατανάλωσης
Μείωση της κατανάλωσης με
βάση τα μοντέλα Μετρικές ομοιότητας των 2 αποκρίσεων
Δon-peak Δoff-peak Δoverall Δon-peak Δoff-peak Δoverall
RMSE
(kWh)
MDEE
(%)
SMAPE
(%)
JSD
Διαμέρισμα 2 10.15 -6.55 -3.98 12.44 -5.80 -2.99 2.04 0.94 11.69 0.11
Διαμέρισμα 4 21.10 13.27 14.57 25.25 13.30 15.30 1.26 0.84 5.65 0.06
Διαμέρισμα 7 7.23 -11.99 -8.482 6.36 -11.09 -7.90 1.41 0.52 6.23 0.06
Διαμέρισμα 8 30.8 -13.39 -6.08 32.44 -12.77 -5.28 1.41 0.74 7.77 0.08
Διαμέρισμα 10 4.55 1.67 2.09 5.68 1.42 2.05 1.56 0.04 10.61 0.08
Διαμέρισμα 11 28.51 -4.43 0.68 26.58 -4.03 0.71 1.01 0.03 7.84 0.09
Διαμέρισμα 14 24.96 24.78 24.80 24.81 22.89 23.16 2.39 2.18 4.50 0.04
Διαμέρισμα 20 -6.34 -6.37 -6.36 -7.16 -5.16 -5.44 1.38 0.86 5.23 0.05
Διαμέρισμα 22 43.18 -0.58 6.52 38.06 0.98 7.01 1.58 0.51 6.72 0.08
Διαμέρισμα 23 4.24 -0.94 -0.22 4.51 -0.70 0.02 1.78 0.24 22.82 0.16
Διαμέρισμα 26 25.13 3.73 6.93 12.45 5.65 6.66 2.38 0.28 9.87 0.09
Διαμέρισμα 29 23.11 17.71 18.49 20.96 17.92 18.35 1.28 0.16 6.30 0.07
Διαμέρισμα 33 4.09 -13.6 -11.24 5.00 0.32 0.94 1.43 10.95 9.28 0.09
Διαμέρισμα 34 8.21 -3.03 -1.56 7.30 -1.09 0.00 1.32 1.53 1.97 0.02

33. Αποτελέσματα Εμπορικών
Καταναλωτών
35
Εμπορικοί
καταναλωτές
Πραγματική μείωση της
κατανάλωσης
Μείωση της κατανάλωσης με
βάση τα μοντέλα
Μετρικές ομοιότητας
πραγματικής και
προσομοιωμένης απόκρισης
Δon-peak Δoff-peak Δoverall Δon-peak Δoff-peak Δoverall
RMSE
(kWh)
MDEE
(%)
SMAPE
(%)
JSD
Κατάστημα 1 6.50 4.21 4.57 9.32 2.32 3.43 25.05 1.19 6.29 0.06
Κατάστημα 2 6.68 7.63 7.52 5.07 6.91 6.70 7.21 0.88 2.82 0.02
Κατάστημα 3 19.61 19.25 19.31 19.23 19.06 19.09 1.06 0.26 11.85 0.02
Κατάστημα 4 4.55 4.09 4.16 4.28 4.03 4.07 40.83 0.09 5.85 0.05
Κατάστημα 5 -5.27 -5.54 -5.50 -1.27 -1.68 -1.61 10.35 3.68 9.51 0.03
Κατάστημα 6 -3.95 -1.48 -1.94 -2.99 -0.77 -1.18 15.18 0.73 15.82 0.12
Κατάστημα 7 1.78 4.64 4.18 1.37 3.72 3.34 7.69 0.87 11.58 0.03
Κατάστημα 8 14.87 16.88 16.56 15.28 16.60 16.39 4.50 0.20 33.77 0.04
Κατάστημα 9 16.89 15.49 15.75 22.75 10.32 12.60 2.67 3.73 14.73 0.08
Κατάστημα 10 6.57 7.65 7.48 6.47 7.48 7.48 4.11 0 15.54 0.05
Κατάστημα 11 -1.15 -2.94 -2.74 3.56 3.82 3.79 103.40 6.36 4.54 0.02

34. Σύγκριση πραγματικής και
προσομοιωμένης απόκρισης
Συγκριτικό διάγραμμα πραγματικής και προσομοιωμένης απόκρισης
Κατάστημα 6
36
0 500 1000 1500
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
Λεπτό της ημέρας
Ισχύς(W)
Πραγματική
Απόκριση
Προσομοίωση
Απόκρισης
0 500 1000 1500
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Λεπτό της ημέρας
Ισχύς(W)
Πραγματική Απόκριση
Προσομοίωση Απόκρισης
Συγκριτικό διάγραμμα πραγματικής και προσομοιωμένης απόκρισης
Διαμέρισμα 2

35. Πειράματα Απόκρισης Καταναλωτών με νέα
Τιμολόγια
• Η διαδικασία που ακολουθήθηκε:
37
• Μετρικές:
• Ποσοστιαία Μείωση Περιόδων
Αιχμής
• Ποσοστιαία Μείωση Περιόδων
εκτός Αιχμής
• Ποσοστιαία Συνολική Ημερήσια
Μείωση
on peak
off peak
overall
Υπολογισμός της πραγματικής βασικής
κατανάλωσης
Εύρεση όλων των περιόδων αιχμής της
κατανάλωσης
Τέλος
Εύρεση της συνολικής διάρκειας των υψηλών
χρεώσεων των τιμολογίων
Κατασκευή τιμολογίου με υψηλές χρεώσεις στις
επιλεγμένες περιόδους αιχμής
Εκκίνηση
Διατήρηση των υψηλότερων περιόδων αιχμής
ανάλογης διάρκειας

36. Αποτελέσματα Οικιακών
Καταναλωτών
Οικιακοί
καταναλωτές
Πραγματική μείωση της
κατανάλωσης
Χαρακτηριστικά των οικιακών
καταναλωτών
Μείωση της κατανάλωσης
(νέο τιμολόγιο)
Δon-peak Δoff-peak Δoverall Τύπος ES TS CRS Δon-peak Δoff-peak Δoverall
Διαμέρισμα 2 10.15 -6.55 -3.98 Άνεσης (Δ&Α) 0 (Χ) 0.17 0.25 58.75 -29.15 -0.02
Διαμέρισμα 4 21.10 13.27 14.57 Συνήθειας 0.2(Μ) - 0.125 31.88 17.11 20.78
Διαμέρισμα 7 7.23 -11.99 -8.482 Συνήθειας 0.06(Χ) - 0.125 26.14 8.16 15.16
Διαμέρισμα 8 30.8 -13.39 -6.08 Άνεσης (Δ&Α) -0.03(Χ) 0.6 0.45 44.07 -30.46 -9.43
Διαμέρισμα 10 4.55 1.67 2.09 Συνήθειας 0.015(Χ) - 0.03 9.66 2.81 5.03
Διαμέρισμα 11 28.51 -4.43 0.68 Άνεσης (Δ) 0.01 (Χ) 0 1 54.83 -9.91 1.28
Διαμέρισμα 14 24.96 24.78 24.80 Τιμής (PS=0.1) 0.9 (Υ) - - 35.83 43.84 41.69
Διαμέρισμα 20 -6.34 -6.37 -6.36 Κανένα -0.09 (Χ) - - -16.19 -10.53 -11.67
Διαμέρισμα 22 43.18 -0.58 6.52 Άνεσης (Δ) 0.05 (Χ) 0.78 0.2 44.58 -1.31 22.67
Διαμέρισμα 23 4.24 -0.94 -0.22 Άνεσης (Δ&Α) 0 (Χ) 0.67 0.15 6.75 -1.78 0.02
Διαμέρισμα 26 25.13 3.73 6.93 Άνεσης (Δ) 0.1 (Μ) 0.34 0.2 24.66 13.12 17.04
Διαμέρισμα 29 23.11 17.71 18.49 Κανένα 0.58 (Υ) - - 64.11 43.32 51.55
Διαμέρισμα 33 4.09 -13.6 -11.24 Άνεσης (Α) 0.02(Χ) 0.87 0.1 21.66 -1.84 7.09
Διαμέρισμα 34 8.21 -3.03 -1.56 Άνεσης (Δ&Α) 0 (Χ) 0.34 0.25 11.13 -4.48 0.00

37. Αποτελέσματα Οικιακών
Καταναλωτών
Σύγκριση μεταξύ βασικής κατανάλωσης και απόκρισης με το νέο τιμολόγιο
Διαμέρισμα 34
39
0 500 1000 1500
400
500
600
700
800
900
1000
Λεπτό της ημέρας
Ισχύς(W)
Βασική Κατανάλωση
Προσομοίωση Απόκρισης
(Τιμολόγιο 3ου Σετ)

38. Πειράματα Απόκρισης με διαφορετικά
χαρακτηριστικά των Καταναλωτών
• Η διαδικασία που ακολουθήθηκε:
40
• Μετρικές:
• Ποσοστιαία Μείωση Περιόδων
Αιχμής
• Ποσοστιαία Μείωση Περιόδων
εκτός Αιχμής
• Ποσοστιαία Συνολική Ημερήσια
Μείωση
on peak
off peak
overall

39. Αποτελέσματα Οικιακών
Καταναλωτών
Οικιακοί
καταναλωτές
Μείωση κατανάλωσης
(2ο σετ πειραμάτων)
Χαρακτηριστικά εικονικών καταναλωτών
Μείωση κατανάλωσης
εικονικών καταναλωτών
Δon-peak Δoff-peak Δoverall Δon-peak Δoff-peak Δoverall
Διαμέρισμα 2 11.21 -2.07 -0.02 Αύξηση της μείωσης της άνεσης (CRS: 0.25  0.5 ) 47.91 -8.74 -0.02
Διαμέρισμα 4 25.25 13.30 15.30 Μετάβαση από Συνήθεια σε Άνεση (Δ&Α) (TS:0.6-ΧΕ ) 25.39 13.28 15.30
Διαμέρισμα 7 6.36 -11.09 -7.90 Από Συνήθεια σε Τιμή (PS: 0.6) 42.75 0.58 8.28
Διαμέρισμα 8 32.44 -12.77 -5.28 Αύξηση περιβαλλοντικής ευαισθησίας (ES: - 0.03  0.03) 44.77 -2.27 -4.85
Διαμέρισμα10 5.68 1.42 2.05 Από Συνήθεια σε Άνεση(CRS: 0.03  0.2,ES: 0.03,TS:0.6ΧΕ) 20.79 1.02 3.95
Διαμέρισμα11 26.58 -4.03 0.71 Από Άνεση σε Συνήθεια με αύξηση της άνεσης (CRS: 10.5) 27.22 2.56 6.39
Διαμέρισμα14 24.81 22.89 23.16 Αύξηση ευαισθησίας σε οικονομικά κίνητρα (PS: 0.1  0.9) 25.61 22.76 23.16
Διαμέρισμα20 -7.16 -5.16 -5.44 Απόκριση με βάση την Τιμή (PS: 0.5) 21.63 -3.49 0.00
Διαμέρισμα22 38.06 0.98 7.01 Από Άνεση (Δ) σε Άνεση (Δ&Α) (CRS: 0.2  0.4 ) 51.28 -1.58 7.01
Διαμέρισμα23 4.51 -0.70 0.02 Από Άνεση (Δ&Α) σε Συνήθεια (ES: 0  0.02) 5.70 0.43 1.17
Διαμέρισμα26 12.45 5.65 6.66 Περεταίρω μείωση της άνεσης (CRS: 0.2  0.4 ) 15.43 5.12 6.66
Διαμέρισμα29 20.36 18.87 19.08 Απόκριση με βάση τη Συνήθεια (CRS: 0.25 ) 32.51 16.84 19.08
Διαμέρισμα33 5.00 0.32 0.94 Από Άνεση (Α) σε Άνεση (Δ) (TS: 0.87-ΜΕ  0.67-ΧΕ ) 7.56 -0.07 0.94
Διαμέρισμα34 7.30 -1.09 0.00 Από Άνεση (Δ&Α) σε Άνεση (Α) (ES: 0  0.1) 9.23 1.65 2.64

40. Αποτελέσματα Εμπορικών
Καταναλωτών
42
Εμπορικοί
καταναλωτές
Μείωση κατανάλωσης
(2ο σετ πειραμάτων)
Χαρακτηριστικά εικονικών εμπορικών καταναλωτών
Μείωση κατανάλωσης
(εικονικοί
καταναλωτές)
Δon-peak Δoff-peak Δoverall Δon-peak Δoff-peak Δoverall
Κατάστημα 1 6.88 4.74 5.08 Αύξηση ευαισθησίας σε οικονομικά κίνητρα (PS: 0.1 0.5) 12.85 3.61 5.08
Κατάστημα 2 5.07 6.91 6.70 Απόκριση με βάση την Άνεση(ES: 0.25  0.3,TS: 0.8,CRS:1) 5.72 8.25 7.96
Κατάστημα 3 19.89 20.84 20.69 Από Τιμή σε Άνεση (A) (TS: 0.34- XE, CRS: 0.1) 19.18 21.15 20.83
Κατάστημα 4 4.28 4.03 4.07 Από Τιμή σε Συνήθεια (μείωση της Άνεσης, CRS:0.9) 4.32 3.98 4.03
Κατάστημα 5 -1.27 -1.68 -1.61 Απόκριση με βάση την Τιμή (ES: 0.1, PS: 0.7) 3.23 2.46 2.59
Κατάστημα 6 -4.60 3.35 1.88 Απόκριση βάσει Άνεσης (ES: 0.039  0.06, TS: 0.8, CRS:1) -0.14 3.85 3.11
Κατάστημα 7 1.37 3.72 3.34 Αύξηση της περιβαλλοντικής ευαισθησίας (ES: 0.07  0.15) 4.86 7.08 6.72
Κατάστημα 8 15.28 16.60 16.39 Από Άνεση (Δ) σε Συνήθεια (CRS: 0.02 0.3) 15.14 16.63 16.39
Κατάστημα 9 16.97 15.70 15.93 Από Άνεση (A) σε Τιμή (PS: 1) 36.96 11.20 15.93
Κατάστημα10 6.17 7.42 7.22 Αύξηση της χρονικής ευελιξίας (TS: 0.9-A 0.67-ΜΕ) 6.00 7.45 7.22
Κατάστημα11 1.94 3.78 3.57 Απόκριση με βάση την τιμή (PS: 1, ES: 0.05) 3.80 5.10 4.95

41. Δομή της παρουσίασης
1.
i.
ii.
iii.
2.
i.
ii.
3.
4. Συμπεράσματα και Μελλοντικές Επεκτάσεις
43

42. Συμπεράσματα
• Μοντελοποίηση ενεργειακής συμπεριφοράς Καταναλωτών Χαμηλής Τάσης
• Bottom-up προσέγγιση.
• Αρκετά μεγάλη ακρίβεια στη συμπεριφορά.
• Ασφαλής χρήση σε μελλοντικές επεκτάσεις.
• Μοντελοποίηση απόκρισης Καταναλωτών Χαμηλής Τάσης
• Διατηρήθηκαν τα σφάλματα σε χαμηλά επίπεδα (μειώθηκαν μετά τις διορθωτικές κινήσεις).
• Προσομοίωσαν με αρκετή ακρίβεια διαφορετικούς τύπους απόκρισης για διάφορα τιμολόγια.
• Ασφαλής χρήση για τη λήψη αποφάσεων σχετικά με την επιλογή τιμολογίων.
• Απόκριση σε εξατομικευμένα τιμολόγια
• Παρουσίασε περεταίρω μείωση της κατανάλωσης.
• Η ομαδοποίηση των καταναλωτών σύμφωνα με ενεργειακή τους συμπεριφορά και η εφαρμογή
κατάλληλων τιμολογίων σε κάθε ομάδα βελτιώνει τον τρόπο απόκρισης.
• Απόκριση με διαφορετικά χαρακτηριστικά Καταναλωτών Χαμηλής Τάσης
• Συνειδητή συμμετοχή των ΚΧΤ περεταίρω μείωση της κατανάλωσης.
• Απαραίτητη η σωστή ενημέρωση των ΚΧΤ.
44

43. Μελλοντικές Επεκτάσεις
• Απλοποίηση των Μοντέλων Απόκρισης καθώς απαιτείται αρκετός χρόνος
για την εκτίμηση της απόκρισης.
• Εμπλουτισμός των μοντέλων της ενεργειακής συμπεριφοράς των
Καταναλωτών με εξωτερικούς παράγοντες για την εκτίμηση της
ενεργειακής συμπεριφοράς των ΚΧΤ.
• Εμπλουτισμός Μοντέλων Απόκρισης με ενσωμάτωση παραγόντων όπως
το μορφωτικό επίπεδο, επιρροές από το κοινωνικό περίγυρο.
• Χρήση αυτοματοποιημένης διαδικασίας για την εύρεση των κατάλληλων
τιμολογίων με χρήση αλγορίθμων βελτιστοποίησης σμήνους σωματιδίων
ή νευρωσικών δικτύων.
45

44. Ευχαριστίες
Ευχαριστώ θερμά:
• Τον καθηγητή και Πρύτανη του Αριστοτελείου Περικλή Α.
Μήτκα για την εμπιστοσύνη του και τις γνώσεις που μας
προσέφερε κατά τη διάρκεια των μαθημάτων του,
• Τον διδάκτορα Αντώνη Χ. Χρυσόπουλο για την πολύτιμη
καθοδήγηση και την υπομονή του.
• Τους φίλους μου για τη συμπαράσταση και την υποστήριξή
τους.
• Εσάς για την προσοχή σας!!!
46