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

Thomas Picon, Mohamed Nait Meziane+5 more|arXiv (Cornell University)|Nov 17, 2016

Smart Grid Energy Management参考文献 1被引用 79

一句话总结

本论文介绍了COOLL，这是一个公开的高采样电气信号数据集，包含42种可控制电器在100 kHz采样率下采集的信号，每种电器记录了20次受控的开启瞬态过程，其开启时间相对于市电电压过零点具有精确的定时控制。该数据集通过提供详细的开启瞬态波形变化，填补了现有数据集中在电器识别与能量分解方面关于高频非侵入式负载监测（NILM）研究的空白。

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.

研究动机与目标

• 解决现有非侵入式负载监测（NILM）研究中缺乏高采样率、单台电器且开启时间精确控制的数据集的问题。
• 提供一个能够捕捉电器开启时间相对于市电电压周期的定时差异所导致的开启瞬态波形变化的数据集。
• 通过提供标注清晰、高分辨率的单台电器电气信号，支持监督式NILM算法的开发与训练。
• 实现对可控制电器瞬态电流行为的详细分析，特别是波形对开启时刻的依赖性。
• 通过一个可扩展、可扩展的数据集框架，促进未来对多台电器同时运行场景及不可控电器的研究。

提出的方法

• 使用具备精确定时控制的定制测量系统，以100 kHz采样频率测量单台电器。
• 相对于市电电压过零点控制开启动作的延迟时间（从0到19 ms，每1 ms为一个步长），确保每台电器产生20种不同的开启瞬态。
• 使用0.5–1秒的预触发时间与1秒的停止后时间，以捕捉稳定的关断状态与开启状态行为。
• 为每台电器同时记录电流与电压信号，每次测量持续6秒。
• 将元数据存储在.xlsx格式的头部文件中（如电器类型、额定功率、品牌、电网参数），每个测量实例的配置文件以.txt格式存储。
• 为保持所有测量的一致性，将关断动作延迟固定为0 ms，仅改变开启延迟。

实验结果

研究问题

• RQ1 电器开启时间相对于市电电压过零点的定时差异，如何影响开启瞬态电流波形？
• RQ2 高采样率电气信号（100 kHz）在多大程度上能提升非侵入式负载监测（NILM）系统中电器识别的准确性？
• RQ3 受控的开启瞬态是否可以被可靠地重现，并用作电器分类的独特特征？
• RQ4 不同类型的电器（如电钻、吸尘器、电吹风）在受控开启条件下表现出怎样的独特瞬态电流行为？
• RQ5 此类数据集在训练和验证具有精确标注的高频NILM算法方面是否具备可行性？

主要发现

• COOLL共包含42种电器的840组独立电流与电压信号，每种电器具有20次受控开启瞬态。
• 该数据集完整捕捉了50 Hz市电电压的20 ms周期，支持对所有可能开启时刻的瞬态行为分析。
• 100 kHz的采样率确保了高时间分辨率，对解析电器涌流中的快速瞬态至关重要。
• 数据集包含详细的元数据，如额定功率、品牌、电网电压（230 V）和频率（50 Hz），提升了可复现性与上下文信息。
• 每次测量均包含0.5–1秒的预触发阶段与1秒的停止后阶段，确保了稳定基线与衰减过程的观测。
• 该数据集公开可用，并具备可扩展性，支持未来扩展以包含不可控电器及多台电器同时运行的场景。