[논문 리뷰] COOLL: Controlled On/Off Loads Library, a Public Dataset of High-Sampled Electrical Signals for Appliance Identification

Thomas Picon, Mohamed Nait Meziane외 5명|arXiv (Cornell University)|2016. 11. 17.

Smart Grid Energy Management참고 문헌 1인용 수 79

한 줄 요약

이 논문은 100 kHz에서 샘플링된 공개 전기 신호 데이터셋인 COOLL을 소개한다. 이 데이터셋은 42종의 제어 가능한 가전기기에서 얻은 것으로, 각 기기당 주 전원의 0점교차 시점에 대해 정밀하게 제어된 20개의 전원 켜기 일시적 전류 변화를 기록한다. 이 데이터셋은 고주파 NILM 연구를 가능하게 하여, 기기 식별 및 에너지 분리 분석을 위한 기존 데이터셋의 부족을 메운다.

ABSTRACT

This paper gives a brief description of the Controlled On/Off Loads Library (COOLL) dataset. This latter is a dataset of high-sampled electrical current and voltage measurements representing individual appliances consumption. The measurements were taken in June 2016 in the PRISME laboratory of the University of Orléans, France. The appliances are mainly controllable appliances (i.e. we can precisely control their turn-on/off time instants). 42 appliances of 12 types were measured at a 100 kHz sampling frequency.

연구 동기 및 목표

• 비침습적 부하 모니터링(NILM) 연구를 위한 고속 샘플링, 개별 기기 데이터셋이 부족한 문제를 해결한다.
• 주 전원 주기의 0점교차 시점에 대한 기기 전원 켜기 시점의 차이에 따라 변하는 전원 켜기 일시적 파형의 변화를 캡처한다.
• 개별 기기의 레이블이 부여된 고해상도 전기 신호를 제공하여 지도 학습 기반 NILM 알고리즘의 개발 및 훈련을 지원한다.
• 특히 전원 켜기 순간에 따른 파형의 의존성에 기반해 제어 가능한 기기의 일시적 전류 행동을 세밀하게 분석할 수 있도록 한다.
• 확장 가능한, 유연한 데이터셋 프레임워크를 통해 향후 동시 작동 기기나 비제어 가능한 기기의 연구를 지원한다.

제안 방법

• 고유한 측정 시스템을 사용해 100 kHz 샘플링 주파수로 개별 기기를 측정하고, 정밀한 시간 제어를 수행한다.
• 주 전원의 0점교차 시점에 대한 전원 켜기 동작 지연을 0에서 19 ms까지 1 ms 간격으로 제어하여, 각 기기당 20개의 고유한 전원 켜기 일시적 전류를 확보한다.
• 안정된 종료 상태 및 전원 켼 상태 행동을 캡처하기 위해 사전 촉발(pre-trigger) 시간을 0.5~1초, 후속 정지(post-stop) 시간을 1초로 설정한다.
• 각 기기의 전류 및 전압 신호를 동시에 기록하며, 총 측정 시간은 6초이다.
• 메타데이터는 .xlsx 헤더 파일에 저장하며, 기기 유형, 정격 전력, 브랜드, 전력망 파rameters 등을 포함한다. 각 측정 사례에 대해 구성 파일은 .txt 형식으로 저장된다.
• 모든 측정에서 전원 끄기 동작 지연을 0 ms로 고정하여 일관성을 확보하고, 전원 켜기 지연만을 변화시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기기 전원 켜기 시점이 주 전원의 0점교차 시점에 비해 언제 이루어지는지에 따라 전원 켜기 일시적 전류 파형은 어떻게 변화하는가?
• RQ2 고속 샘플링된 전기 신호(100 kHz)는 비침습적 부하 모니터링(NILM) 시스템에서 기기 식별 정확도를 얼마나 향상시킬 수 있는가?
• RQ3 제어 가능한 전원 켜기 일시적 전류는 신뢰성 있게 재현 가능하며, 기기 분류를 위한 고유한 서명으로 사용될 수 있는가?
• RQ4 다양한 기기 유형(예: 드릴, 진공 청소기, 헤어드라이어)이 제어 가능한 전원 켜기 조건에서 어떻게 다른 일시적 전류 행동을 보이는가?
• RQ5 이러한 데이터셋을 사용해 정밀한 레이블링이 가능한 고주파 NILM 알고리즘의 훈련 및 검증이 가능한가?

주요 결과

• COOLL은 12종의 42대 기기에서 총 840개의 개별 전류 및 전압 신호를 제공하며, 각 기기당 20개의 제어 가능한 전원 켜기 일시적 전류가 포함되어 있다.
• 50 Hz 주 전원의 전체 20 ms 주기를 캡처하여, 모든 가능한 전원 켜기 순간에서의 일시적 행동 분석이 가능하다.
• 100 kHz 샘플링 주파수로 높은 시간 해상도를 확보하여, 기기 인rush 전류의 빠른 일시적 변화를 정밀하게 분석할 수 있다.
• 정격 전력, 브랜드, 전력 공급 전압(230 V), 주파수(50 Hz) 등의 상세한 메타데이터를 포함하여 재현성과 맥락을 향상시킨다.
• 각 측정은 사전 촉발(0.5~1초) 및 후속 정지(1초) 단계를 포함하여 안정된 기준 상태 및 감쇠 행동 관찰이 가능하다.
• 이 데이터셋은 공개되어 있으며 확장 가능하도록 설계되어 있어, 향후 비제어 가능한 기기 및 동시 작동 기기 시나리오의 확장도 가능하다.