Como usar a medição inteligente para análise de Big Data?

A análise de dados de medidores inteligentes está ganhando cada vez mais popularidade, contribuindo para uma série de aplicações. Esses dados operacionais podem ser usados ​​para previsão de consumo de energia, resposta à demanda, algoritmos de aprendizado de máquina e alertas de segurança, entre outros usos. No entanto, é necessário uma plataforma de análise de dados capaz de lidar com múltiplos casos de uso sem interromper o processo analítico. Isso significa que você precisa de uma plataforma de big data que opere em tempo real e processe grandes volumes de dados.

Segmentação do Cliente

A implantação de medidores inteligentes cresceu significativamente nos Estados Unidos nos últimos anos, principalmente entre as empresas privadas de serviços públicos. Esses medidores, integrados a sistemas de energia modernos e que podem ser instalados remotamente, geram anualmente mais dados valiosos do que os medidores convencionais. Nos EUA, as empresas de energia estão começando a compreender o valor dos medidores inteligentes e a importância da segmentação de clientes na análise de big data, visto que isso simplifica a gestão do consumo de eletricidade para clientes residenciais e recursos energéticos distribuídos em geral.

As empresas de água e energia podem usar dados de medidores inteligentes para análises de segmentação de clientes, o que lhes permite adaptar estratégias de gestão da demanda para atender às necessidades específicas dos clientes e manter o consumo de água e energia em níveis ótimos. Também é possível usar os dados gerados para identificar padrões de consumo de água entre diferentes segmentos de clientes. Por exemplo, as empresas de água podem ajustar seus planos de consumo para determinados segmentos com base nas características de seus consumidores e na previsão de carga. Os medidores inteligentes podem ser usados ​​para análises de segmentação de clientes para criar planos individualizados com base nos padrões subjacentes de consumo de água e energia. As empresas de serviços públicos só têm a ganhar com isso, uma vez que a análise de dados de consumo não só agilizará o processo de classificação dos consumidores com base em suas preferências, como também aumentará sua satisfação com os serviços prestados.

Apoio à Implantação

A implantação de medidores inteligentes está sendo acelerada devido ao apoio e às políticas governamentais. Medidores inteligentes estão sendo instalados em ambientes residenciais, industriais e comerciais para gerenciamento de big data, controle supervisório, gerenciamento de carga e manutenção preditiva. A implantação de medidores inteligentes em países como China e Estados Unidos aumentou significativamente a demanda por tecnologias de comunicação em empresas de serviços públicos e infraestrutura de medição avançada. Os medidores inteligentes são uma excelente fonte de big data, portanto, há uma ampla gama de maneiras pelas quais eles podem ser usados ​​para segmentação de clientes.

Desafios Possíveis

Um dos principais desafios das tecnologias de big data é a segurança de todos os dados transmitidos. Se o fluxo de dados não for protegido e for transmitido sem criptografia, pode representar um risco para a privacidade do cliente e levar à perda de dados. Os dados brutos coletados fornecem informações detalhadas sobre os hábitos de consumo dos clientes, gestão de energia, rede de distribuição, eficiência energética e algoritmos de mineração de dados. Com isso em mente, a aquisição de dados deve ser anonimizada e a rede inteligente deve ser protegida com várias camadas de segurança para evitar qualquer possibilidade de vazamento ou divulgação de dados históricos. Por isso, sugerimos a escolha de dispositivos de transmissão de dados e medidores inteligentes que criptografem imediatamente os dados coletados e protejam o processo de comunicação de dados.

Previsão

A utilização de dados de medidores inteligentes em aplicações de resposta à demanda e previsão permite que as empresas de serviços públicos gerenciem picos e cargas irregulares com mais precisão. Essas informações ajudam a compreender o comportamento do cliente e a planejar recursos. Ao analisar esses dados, as empresas de serviços públicos podem determinar quando aumentar ou reduzir suas tarifas e implementar programas de resposta à demanda para reduzir o desperdício de água ou energia. As técnicas de análise de dados continuam a evoluir e oferecem cada vez mais opções de previsão.

Casos de uso reais

A análise de big data já é aplicada em diversas áreas, e os dados de medidores inteligentes já são utilizados para aumentar a eficiência no consumo de água e energia. Por exemplo, o projeto Low Carbon London, que envolveu 5567 residências na cidade, utilizou medidores inteligentes para análise, fornecendo os dados analíticos necessários para otimizar a ventilação (London Datastore, 2015). Outro exemplo de análise avançada de dados de infraestrutura de medição foi realizado com 3534 clientes durante um regime de tarifação de energia por horário de consumo em 2021 (Guerrero-Prado, Alfonso-Morales & Caicedo-Bravo, 2021). O objetivo dessa análise era obter conhecimento valioso a partir dos dados brutos e embasar decisões e tomadas de decisão orientadas por dados. A análise de dados de medidores inteligentes pode fornecer às concessionárias de serviços públicos informações valiosas sobre o comportamento de seus clientes, auxiliando-as a melhorar a eficiência e a qualidade da transmissão de energia.

Componentes de infraestrutura necessários

A infraestrutura de medição inteligente deve incluir uma gama de componentes para influenciar positivamente o processamento de dados heterogêneos, a computação em nuvem e a gestão de energia. A infraestrutura de análise de dados de medidores inteligentes necessária para a previsão inclui:

• Rede inteligente;
• Armazenamento de dados;
• Sensores de coleta de dados;
• Sistema de aprendizado de máquina.

Smart Grid

Uma rede inteligente é um componente crucial para a construção de uma arquitetura de big data. Uma rede inteligente permite a instalação de um grande número de medidores inteligentes e dispositivos de medição. Além disso, uma rede inteligente também deve gerenciar outras fontes de dados, como mercados de energia, sistemas de informação geográfica e big data demográfico.

A utilização de dados das redes inteligentes pode beneficiar a previsão de consumo de energia. Essa tecnologia permite que as concessionárias criem previsões mais precisas, analisando dados gerados por múltiplas fontes. Esses dados brutos coletados podem então ser usados ​​para testar novos métodos de previsão e ajustar os modelos atuais. Além disso, o uso de análises de dados em tempo real na medição inteligente permite que as concessionárias determinem sua matriz energética ideal. As redes inteligentes também permitem que as concessionárias prevejam a demanda de energia em tempo real.

Em última análise, as redes inteligentes com previsão de consumo podem ajudar as concessionárias a reduzir seus custos. O uso da tecnologia de redes inteligentes pode ajudar as empresas de energia a priorizar o fornecimento de eletricidade para serviços de emergência e hospitais. Além das redes inteligentes, também é possível usar geradores de energia de propriedade do cliente para produzir energia em momentos em que as concessionárias não a possuem. Isso ajuda a manter os serviços essenciais em funcionamento durante eventos inesperados.

Armazenamento de dados

Ao utilizar um medidor inteligente, é provável que você colete uma grande quantidade de dados não estruturados. Esses dados de energia inteligente podem ser usados ​​para diversas aplicações, incluindo análise de big data para segmentação de clientes e programas de resposta à demanda. Para aproveitar ao máximo seus dados não estruturados, considere armazená-los em um local centralizado. No entanto, se você tiver vários medidores para monitoramento do consumo de água e eletricidade, também pode manter um armazenamento de dados separado para cada um. Dessa forma, você pode comparar a análise de big data de cada medidor e verificar seu desempenho em diferentes cenários.

Sensores de coleta de dados

O futuro da medição está sendo moldado pela integração de sensores inteligentes em sistemas de análise de big data. Os sensores estão se tornando cada vez mais importantes porque podem fornecer dados de mercado sobre o consumo de gás, água e eletricidade, ajudando o sistema a prever melhor a quantidade que será utilizada nos próximos meses. A análise de big data com tecnologia de sensores inteligentes inclui instruções de controle e padrões de uso. Os dados coletados podem ser analisados ​​para compreender o comportamento do cliente, otimizar a geração de energia e garantir a segurança do sistema elétrico. O uso de sensores inteligentes também pode facilitar a manutenção preditiva e a detecção de falhas, duas etapas importantes para a qualidade da energia.

A utilização de dados de sensores na previsão de consumo permite que as concessionárias de energia elétrica usem essas informações para tomar decisões mais acertadas. O uso de dados multivariados coletados por sensores pode ajudar o sistema a prever falhas. Além disso, algoritmos de aprendizado de máquina podem aprender o comportamento normal do sistema e identificar anomalias, o que pode gerar alertas para o usuário final. Uma vez que o sistema de previsão aprende a prever condições futuras, ele pode ser usado para otimizar o consumo de energia, fornecendo informações ao usuário final.

Sistema de aprendizado de máquina

Essa abordagem de aprendizado de máquina reproduz o grande volume de dados de três períodos de fluxo distintos. Tradicionalmente, as concessionárias de energia elétrica dependiam do monitoramento dos fluxos de energia em níveis de alta e média tensão, sem adaptações devido à ausência de recursos de aprendizado de máquina. Graças à introdução dos medidores inteligentes, agora elas podem obter informações mais detalhadas sobre o consumo de energia convencional e renovável pelos consumidores. Os medidores inteligentes permitem que as concessionárias de energia elétrica analisem a rede inteligente e estimem o estado da integração de dados com maior precisão.

Quais são os benefícios da previsão de consumo em medidores inteligentes?

A previsão de consumo de energia por medidores inteligentes pode trazer muitos benefícios para as concessionárias de energia e para os consumidores em geral. Por exemplo, os dados de consumo de energia provenientes de medidores inteligentes são cada vez mais utilizados para a previsão de medição, uma parte vital do processo de planejamento da geração de energia. A capacidade de prever o consumo de energia é valiosa para a tomada de decisões e para melhorar a previsibilidade da demanda futura para os fornecedores de energia.

Melhor tomada de decisão

A infraestrutura de medição inteligente pode produzir dados de consumo de energia mais confiáveis ​​e precisos do que infraestruturas semelhantes sem uma rede inteligente. Ela pode auxiliar os clientes, permitindo que escolham as opções de tarifas mais econômicas e até mesmo identifiquem possíveis problemas com os equipamentos. Os dados estruturados de energia podem fornecer muitas informações sobre suas operações, cronograma e até mesmo seus hábitos pessoais. Essas informações ajudam as concessionárias e os clientes a tomarem decisões mais acertadas sobre o consumo de energia e outros aspectos relacionados.

Operação Otimizada

Uma compreensão mais precisa do Big Data permitirá uma tomada de decisão mais eficiente. Por exemplo, o monitoramento em tempo real do fluxo de petróleo ajudará as operações de refinaria a aumentar sua eficiência. Além disso, o monitoramento em tempo real de fluxos multifásicos reduzirá os custos operacionais e de manutenção, o que representa outro benefício importante. O uso de sensores dessa maneira pode otimizar os medidores de vazão multifásica.

Maior conectividade

A análise de dados de medição inteligente também ajuda as concessionárias a enfrentar e superar os desafios decorrentes da descentralização dos sistemas. As redes inteligentes proporcionam a capacidade de melhorar o engajamento do cliente por meio de notificações proativas e previsão de carga. Além disso, auxiliam as concessionárias a fornecer novos serviços que têm impacto direto nos clientes. Como resultado, os sistemas de medição inteligente ajudam as concessionárias a oferecer novos serviços aos consumidores, como manutenção preventiva de ativos de distribuição, análise da qualidade do circuito e perfil de carga.

Resposta Demanda

Para entender como usar a resposta à demanda em medidores inteligentes para análise de big data, é importante conhecer as características dos perfis de carga de diferentes consumidores. Para criar um modelo adequado, os perfis de carga devem ser caracterizados em termos de volatilidade e perfil. Essa análise requer dados confiáveis ​​de medidores inteligentes. Para isso, o uso de um algoritmo de análise de big data é fundamental. A utilização desse algoritmo é benéfica para empresas de energia que desejam reduzir custos e melhorar a satisfação de seus clientes.

Os benefícios da resposta à demanda em medidores inteligentes vão além da possibilidade de reduzir a conta de luz. Trata-se de um sistema de racionamento econômico baseado em dados de medidores inteligentes. Obviamente, alguns consumidores podem optar por não participar desse sistema por meio de incentivos de preço, enquanto a outra opção envolve cortes de energia programados durante os períodos de pico de consumo. O primeiro passo é identificar quais consumidores se beneficiariam da resposta à demanda. Nesse processo, a concessionária identifica seus períodos de maior e menor demanda. Além disso, a medição inteligente também oferece flexibilidade operacional. Ao direcionar um grupo específico de consumidores, as concessionárias podem tomar decisões mais assertivas sobre o tipo de serviço a ser oferecido.

Impacto no gerenciamento de carga

A aplicação da resposta à demanda em sistemas de medição inteligente requer diversos serviços de dados. Além de possibilitar a criação de previsões inteligentes de demanda de energia, essa tecnologia pode ser utilizada para implementar a gestão de carga. Ademais, ela pode auxiliar no planejamento e na implementação de programas de resposta, incluindo abordagens baseadas em incentivos e em preços.

O potencial de resposta à demanda de diferentes eletrodomésticos pode ser estimado por dois métodos: regressão linear e regressão linear segmentada. O método ideal para selecionar o grupo de controle baseia-se na melhor estimativa dos perfis de carga de referência desse grupo. O modelo ideal requer a minimização da diferença entre os perfis de controle e de carga.

Impacto nos preços da energia

Os benefícios da medição inteligente decorrem da capacidade do consumidor de responder aos sinais de preços por horário de consumo. A análise pressupõe que três períodos de preços por horário de consumo (fora de pico, intermediário e de pico) sejam constantes durante o período analisado. Os consumidores podem reduzir seu consumo adiando tarefas de grande porte ou transferindo parte do seu consumo para fontes alternativas de energia renovável. Dessa forma, o sistema de energia elétrica pode reduzir seus preços para todos.

Impacto no setor imobiliário

O setor imobiliário comercial já percebeu uma mudança drástica na forma como lida com a energia. Com a introdução de medidores inteligentes, os imóveis comerciais podem usar programas de resposta à demanda para reduzir seus custos de energia, mantendo os inquilinos satisfeitos. Esses programas se tornaram mais populares nos últimos anos devido aos muitos benefícios que oferecem.

De acordo com um relatório publicado pela SEPA, os programas de resposta à demanda no segmento comercial e industrial (C&I) contribuíram com mais de 13 gigawatts por ano para a capacidade de resposta à demanda (SEPA, 2019). Com a ajuda de medidores inteligentes, os imóveis comerciais podem optar por reduzir o consumo de energia nos horários de pico, quando os preços da energia são mais altos e o consumo mais baixo. Esses programas também ajudam proprietários e administradores de edifícios a economizar dinheiro, reduzindo a demanda de pico, quando os edifícios consomem mais energia da rede elétrica. Com esses novos programas, as concessionárias de energia estão reconhecendo seus benefícios e oferecendo programas de gestão de energia mais flexíveis aos seus clientes.

Alertas de proteção

Ao utilizar medidores inteligentes para análise de big data, as empresas terão acesso a alertas de segurança, o que pode aumentar significativamente a velocidade de resposta a problemas emergentes. Esses alertas podem ser usados ​​para diversos fins, incluindo segmentação de clientes, programas de resposta à demanda, previsão e muito mais. A análise de big data também pode ajudar as concessionárias de serviços públicos a identificar a interdependência de operações e infraestruturas críticas.

Fatores importantes a considerar

Os sistemas de medição inteligente são essenciais para edifícios inteligentes e uma parte necessária da rede elétrica inteligente. Eles fornecem aos prestadores de serviços e consumidores informações instantâneas sobre o consumo de energia, ajudando-os a adaptar seus hábitos de consumo. As redes elétricas inteligentes também dependem de dispositivos de medição inteligente para equilibrar a geração de energia e adequá-la à demanda. No entanto, como esses sistemas estão conectados a uma rede global, é necessário considerar seus requisitos de projeto, segurança e privacidade.

Política de Privaciade

Para algumas pessoas, a privacidade dos dados provenientes de medidores inteligentes é uma grande preocupação, principalmente os dados sensíveis sobre o consumo de energia. Embora os medidores inteligentes sejam normalmente usados ​​para ajudar as empresas de serviços públicos a gerenciar as contas dos clientes, os dados desses dispositivos também podem revelar hábitos de consumo valiosos. Isso torna essencial garantir que os dados dos medidores inteligentes sejam criptografados e transmitidos com segurança. O uso da infraestrutura de chave pública (PKI) para proteger as mensagens é uma solução. Com essa tecnologia, as empresas de energia podem garantir que todas as mensagens dos medidores inteligentes sejam seguras e que nenhum terceiro possa acessar os dados ou as credenciais.

Total

Um princípio fundamental da medição inteligente é a manutenção da segurança dos dados do usuário. Felizmente, já existem alertas de segurança disponíveis para medidores inteligentes. Para garantir a segurança, um medidor inteligente não pode ser atribuído a uma única conta. Para evitar que um medidor seja atribuído a terceiros mal-intencionados, as empresas de serviços públicos utilizam uma chave pré-compartilhada. Essa chave é usada para verificar o ID exclusivo do dispositivo. Em seguida, um operador de serviço precisa autenticar o dispositivo. Dessa forma, o nível de segurança dos dispositivos é elevado.

Design

A chave para tornar os medidores inteligentes seguros é a segurança desde a concepção. Isso envolve projetar os sistemas de forma que nenhum componente seja vulnerável e que os dados de cada usuário sejam privados. Isso garante que ninguém possa manipular ou modificar os dados do medidor. Ao projetar o sistema com isso em mente, o risco de uma violação de segurança é minimizado.

Quais são as ofertas disponíveis da TEKTELIC no mercado de medição inteligente?

A TEKTELIC é uma fornecedora inovadora de dispositivos e soluções de IoT para diversos setores. Da IoT industrial à agricultura inteligente , as soluções da TEKTELIC ajudam as empresas a construir o futuro de sistemas conectados e inteligentes. A TEKTELIC oferece diversos produtos para cidades inteligentes e outros setores, incluindo medição inteligente.

Gateways IoT da TEKTELIC

Os gateways IoT da TEKTELIC atendem a aplicações de IoT em todo o mundo. Com cobertura em todas as principais bandas ISM, os gateways da TEKTELIC podem ser implementados de forma rápida e fácil em qualquer país. Eles também são projetados para baixo consumo de energia e altas taxas de dados, tornando-os ideais para uma variedade de aplicações.

Além disso, alguns gateways da TEKTELIC, como o KONA Mega IoT Gateway e o KONA Mega Ex Gateway, são projetados para suportar comunicações em duas frequências diferentes simultaneamente. Sua tecnologia patenteada de modo duplo permite que eles transmitam e recebam informações ao mesmo tempo, enquanto os gateways de outras empresas precisam suspender a transmissão para receber dados. Nossos gateways também se destacam pela robustez. Por exemplo, os gateways da TEKTELIC são projetados para funcionar de forma confiável em diferentes temperaturas.

Os gateways da TEKTELIC operam com base na tecnologia LoRa. LoRaWAN é um padrão sem fio que permite a transmissão sem fio de baixa potência. A rede LoRa está sendo implementada em aplicações para concessionárias de serviços públicos, incluindo medição inteligente e infraestrutura para cidades inteligentes. A tecnologia LoRaWAN é utilizada em aplicações municipais como detecção de vazamentos, soluções de segurança de gás, medição inteligente, monitoramento do consumo de energia e monitoramento de ativos críticos. Os gateways IoT da TEKTELIC para medição inteligente também são compatíveis com o protocolo LoRaWAN, garantindo um desempenho eficaz.

Sensores TEKTELIC

Os sensores TEKTELIC para medição inteligente de energia e água estão se tornando a nova tendência no setor de medição inteligente. Os dispositivos baseados em LoRaWAN são altamente configuráveis, permitindo que os usuários controlem sensores individuais, limites e intervalos de tempo. Eles podem ser usados ​​em qualquer setor, como agricultura, saúde e gestão predial.

Os sensores TEKTELIC COMFORT e VIVID , por sua vez, possuem quatro funcionalidades principais: detecção de luz, detecção de umidade, detecção de temperatura e detecção de vazamentos. Esses sensores são ideais para monitorar o ambiente interno e otimizar o consumo de energia. Eles informam a temperatura, a umidade relativa, a luminosidade e a presença de vazamentos, e o VIVID, adicionalmente, detecta movimento, notificando se portas ou janelas estão abertas ou fechadas. Além disso, esses sensores são equipados com um acelerômetro triaxial integrado.

Resumindo

Como você provavelmente já percebeu, os dados dos medidores inteligentes têm muitas aplicações na análise de big data. Eles permitem que as concessionárias de energia identifiquem quais clientes têm maior probabilidade de mudar de fornecedor ou permanecer em um plano atual. Também podem ser usados ​​para previsão e programas de resposta à demanda. A segmentação de clientes pode ajudar as concessionárias a entender melhor sua base de clientes e aprimorar seus serviços.

Com a ajuda de medidores inteligentes, as concessionárias de energia conseguem monitorar os padrões de consumo de energia de seus clientes. Elas também podem incentivar os clientes a economizar energia, reduzindo o consumo de eletricidade durante o verão. Essas concessionárias podem até oferecer eletricidade mais barata durante a noite, quando a demanda é maior devido à necessidade de refrigeração. Os medidores inteligentes fazem parte de uma rede inteligente, permitindo o fluxo bidirecional de informações para a rede elétrica.

Com a crescente instalação de infraestrutura de medição inteligente em todo o mundo, mais empresas de serviços públicos estão recorrendo à medição inteligente para análise de big data. Essas informações não só ajudam as empresas a operar com mais eficiência, como também podem empoderar os clientes individualmente e melhorar a confiabilidade geral. A análise de dados de medição inteligente oferece um enorme potencial, e as empresas de serviços públicos precisam aproveitar essa tecnologia. Portanto, se você também deseja otimizar seu sistema de medição, não hesite em nos contatar por e-mail: info@tektelic.com.

1. Guerrero-Prado, JS, Alfonso-Morales, W., & Caicedo-Bravo, EF (2021). Uma estrutura de análise de dados/Big Data para dados de infraestrutura de medição avançada. Sensores (Basileia, Suíça), 21(16), 5650. https://doi.org/10.3390/s21165650
2. London Datastore. (2015). Dados de consumo de energia de medidores inteligentes em residências londrinas. Recuperado em 14 de junho de 2022, de https://data.london.gov.uk/dataset/smartmeter-energy-use-data-in-london-households
3. SEPA. (2019). Relatório SEPA: A Próxima Geração de Resposta à Demanda. Recuperado em 16 de junho de 2022, de https://sepapower.org/knowledge/sepa-report-the-next-generation-of-demand-response/