基于云計(jì)算的家庭智能用電策略

1、基于云計(jì)算的家庭智能用電策略基于云計(jì)算的家庭智能用電策略東北電力大學(xué)信息工程學(xué)院第 3 9 卷 第 1 7 期 2 0 1 5 年 9 月 1 0 日總綱 1.現(xiàn)狀分析 2.挖掘用電行為規(guī)則Ap r i o r i 算法 3.家庭用電規(guī)劃遺傳算法 4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 5.總結(jié)1 .背景背景 1)中國用電量增長； 2)智能電網(wǎng)建設(shè)； 3)電力數(shù)據(jù)存在海量、 高頻、 分散等特點(diǎn), 而且數(shù)據(jù)之間存在關(guān)聯(lián)性和相似性。 4)存在問題：目前的電力設(shè)計(jì)沒有相應(yīng)的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)挖掘方案和電力優(yōu)化方案。解決問題：1）采用基于云計(jì)算的并行 A p r i o r i 算法，完成對家庭智能用戶用電行為的數(shù)據(jù)挖掘。目的：

2、發(fā)現(xiàn)用電行為直接的關(guān)聯(lián)性和相似性；2）結(jié)合實(shí)時(shí)電價(jià)采用“遺傳算法遺傳算法”對用電時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化。目的：達(dá)到在合適的電價(jià)時(shí)段開啟家用電器, 以此生成智能用電策略達(dá)到高效用電的目的。基于云計(jì)算的用戶用電行為分析圖基于云計(jì)算的用戶用電行為分析圖2 基于云計(jì)算的關(guān)聯(lián)規(guī)則算法基于云計(jì)算的關(guān)聯(lián)規(guī)則算法 2 . 1傳統(tǒng) A p r i o r i 算法 1) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：Ap r i o r i 算法隱含了一條最基本的性質(zhì), 頻繁項(xiàng)集的子集一定是頻繁集, 非頻繁項(xiàng)集的超集必為非頻繁集。這條性質(zhì)在一定程度上可以提高生成頻繁項(xiàng)集的效率。 2) 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：Ap r i o r i 算法存在兩大缺點(diǎn), 一是需要多次掃描

3、數(shù)據(jù)庫, 若數(shù)據(jù)庫較大會(huì)造成很大的I/ O 負(fù)載; 另外, Ap r i o r i 算法會(huì)產(chǎn)生大量候選集, 因此本文采用基于云平臺(tái)的并行 Ap r i o r i 算法。2 . 2 并行并行 A p r i o r i 算法算法 并行 Ap r i o r i 數(shù) 據(jù) 挖 掘 算 法 就 是 將 傳 統(tǒng) 的Ap r i o r i 算法移植到云計(jì)算模式下實(shí)現(xiàn)并行處理的過程。本文采用 Ha d o o p 云計(jì)算框架進(jìn)行開發(fā)和并行處理大規(guī)模的用電數(shù)據(jù)。 Ha d o o p 平臺(tái)包括分布式文件系統(tǒng)( HD F S ) 和 Ma p R e d u c e 計(jì)算模型兩部分。2.3 用電規(guī)劃用電規(guī)

4、劃遺傳算法遺傳算法 家庭智能用電策略包括對家庭用電規(guī)劃的問題, 通過使用遺傳算法對家用電器的啟動(dòng)時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化, 達(dá)到經(jīng)濟(jì)用電的目標(biāo)。 遺傳算法的實(shí)現(xiàn)過程：step1.在實(shí)際啟動(dòng)時(shí)間的范圍隨機(jī)產(chǎn)生一定數(shù)量的初始種群個(gè)體, 將這些種群視為第一代。step2.計(jì)算每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度值, 再依次完成選擇、 交叉、變異, 然后得到實(shí)際啟動(dòng)時(shí)間的一種新的種群個(gè)體,step3.判斷是否達(dá)到循環(huán)結(jié)束要求, 在選擇過程中采用輪盤賭的方式選擇適應(yīng)度較大的個(gè)體進(jìn)入下一步。3 實(shí)驗(yàn)及分析結(jié)果實(shí)驗(yàn)及分析結(jié)果 3 . 1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備 初始數(shù)據(jù)格式如表 1 所示, 其中能源分戶計(jì)量 1 號(hào)對應(yīng)廚房主要電器是洗碗機(jī)、 烤

5、箱和微波爐; 能源分戶計(jì)量 2 對 應(yīng)洗衣房, 電器是洗滌機(jī)、 一個(gè)滾筒式烘干機(jī)以一臺(tái)冰箱; 能源分戶計(jì)量 3 號(hào)主要測量電熱水器和空調(diào)器的電力消耗。家用電器基本耗電量家用電器基本耗電量各用電行為的用電量區(qū)間各用電行為的用電量區(qū)間觀察提取出來的用電行為序列, 有一些時(shí)間點(diǎn)很近的用電行為被重復(fù)提取, 這樣會(huì)對最后的挖掘結(jié)果產(chǎn)生不良影響, 因此對已經(jīng)提取的用電行為序列進(jìn)行二次提煉,設(shè)定一個(gè)閾值, 閾值根據(jù)用電行為的性質(zhì)具體設(shè)定。實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)1 算法效能分析算法效能分析實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)2 為了更方便并行為了更方便并行 Ap r i o r i 程序的處理運(yùn)行程序的處理運(yùn)行,首先把得到的用電行為序列用英文大寫字母

6、表示首先把得到的用電行為序列用英文大寫字母表示該該 家家 庭庭 的的 用用 電電 行行 為為 序序 列列結(jié)合并行結(jié)合并行 Ap r i o r i 算法對海量用電行為序列進(jìn)算法對海量用電行為序列進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘行數(shù)據(jù)挖掘, 輸出關(guān)聯(lián)規(guī)則輸出關(guān)聯(lián)規(guī)則, 結(jié)果如表結(jié)果如表 7 所示所示智能用電策略: 當(dāng)監(jiān)控到用戶先后使用冰箱和微波爐時(shí)洗碗機(jī)可以進(jìn)行預(yù)約; 當(dāng)檢測到洗衣機(jī)工作后, 熱水器可進(jìn)行預(yù)熱; 根據(jù)用戶的洗澡習(xí)慣時(shí)間, 若檢測到第一次熱水器的使用后, 可在習(xí)慣時(shí)間進(jìn)行第二次預(yù)熱。通過實(shí)驗(yàn)得出該家庭的智能用電策略, 指導(dǎo)智能家居的設(shè)計(jì), 有效節(jié)約家庭用電消耗。采用遺傳算法優(yōu)化各用電行為的啟動(dòng)時(shí)間采用遺傳算法優(yōu)化各用電行為的啟動(dòng)時(shí)間總結(jié) 本文采用Ap r i o r i 算法對用戶用電行為規(guī)則進(jìn)行挖掘，分析相關(guān)數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，然后采用遺傳算法優(yōu)化用戶的用電，從而使得用電行為趨于合理性。本文采用自美國加州大學(xué)歐文分校( UC I ) 數(shù)據(jù)庫進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)