Uso de algoritmos de aprendizaje automático para analizar datos de energía eléctrica facturada. Caso: Chile 2015 – 2021

##plugins.themes.bootstrap3.article.main##

Cesar Aristóteles Yajure-Ramirez

Resumen

En el mercado eléctrico chileno, los usuarios finales se clasifican en clientes libres y clientes regulados.  El análisis del consumo energético de los clientes regulados es importante para efectos del diseño y aplicación de las políticas públicas del sector. En esta investigación se hace el análisis de los datos de energía eléctrica facturada mensual de los clientes regulados de Chile, durante el período 2015-2021, con el fin de detectar patrones y predecir la categoría a la que pertenecen. Se utilizan los algoritmos K-Means para la detección de patrones, K-NN para la predicción de la categoría de los clientes, y PCA para determinar las variables más significativas dentro del conjunto de datos. Con K-Means se encontró que los datos se agrupan de acuerdo con el tipo de cliente, con K-NN se obtuvo un modelo que permite predecir a qué tipo de clientes pertenecen los datos, y con PCA se encontró que las variables tipo de cliente, el año y el mes, son las más importantes en el conjunto de datos. Más del 96% de los clientes analizados corresponde al tipo residencial, quienes consumieron el 50% de la energía facturada durante el período de estudio, y además imponen la estacionalidad mensual de los datos. Los resultados obtenidos son de ayuda para el establecimiento y revisión de las políticas aplicadas a los clientes regulados, en cuanto a tarifas, límites de consumo en invierno, y eficiencia energética. Se recomienda continuar la investigación orientándola hacia la predicción del consumo de energía eléctrica.

Palabras clave

Agrupamiento, análisis de componentes principales, aprendizaje automático, energía facturada

Descargas

La descarga de datos todavía no está disponible.

##plugins.themes.bootstrap3.article.details##

Cómo citar
Yajure-Ramirez, C. (2022). Uso de algoritmos de aprendizaje automático para analizar datos de energía eléctrica facturada. Caso: Chile 2015 – 2021. I+D Tecnológico, 18(2), 17-31. https://doi.org/10.33412/idt.v18.2.3678

Citas

(1) Sociedad Alemana de Cooperación Internacional, “Las energías no renovables en el mercado eléctrico chileno,” Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammbenardeit (GIZ) GmbH, Santiago de Chile, 2020.
(2) S. Arguello V. y N. García B., “Componentes y determinación de la tarifa eléctrica para los clientes regulados ,” Biblioteca del Congreso Nacional de Chile, Santiago de Chile, 2020.
(3) M. A. Azócar, “Estudio y análisis del Nuevo Decreto Tarifario 11 T. Aplicable a los suministros sujetos a precios,” Tesis de Pregrado, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, Valparaíso, 2018.
(4) Mercados Energéticos Consultores, “Análisis de consumo eléctrico en el corto, mediano y largo plazo,” Mercados Energéticos Consultores, Santiago de Chile, 2014.
(5) A. Rajabi, M. Eskandari, M. J. Ghadi, L. Li, J. Zhang y P. Siano, “A comparative study of clustering techniques for electrical load pattern segmentation,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 120, 2020. https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.109628.
(6) M. Lester, D. Carrizo, F. Ulloa-Vásquez y L. García-Santander, “Uso de algoritmo K-means para clasificar perfiles de clientes con datos de medidores inteligentes de consumo eléctrico: Un caso de estudio,” Ingeniare. Revista chilena de ingeniería, vol. 29, nº 4, pp. 778-787, 2021. http://dx.doi.org/10.4067/S0718-33052021000400778.
(7) T. Parhizkar, E. Rafieipour y A. Parhizkar, “Evaluation and improvement of energy consumption prediction models using principal component analysis based feature reduction,” Journal of Cleaner Production, vol. 279, 2021. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.123866
(8) M. K. M. Shapi, N. A. Ramli y L. J. Awalin, “Energy consumption prediction by using machine learning for smart building: Case study in Malaysia ,” Developments in the Built Environment, vol. 5, 2021. https://doi.org/10.1016/j.dibe.2020.100037.
(9) S. Yilmaz, J. Chambers, X. Li y M. K. Patel, “A comparative analysis of patterns of electricity use and flexibility potential of domestic and non-domestic building archetypes through data mining techniques,” Journal of Physics: Conference Series, vol. 2042, 2021. DOI:10.1088/1742-6596/2042/1/012021.
(10) E. Ruiz, R. Pacheco-Torres y J. Casillas, “Energy consumption modeling by machine learning from daily activity metering in a hospital,” 2017 22nd IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA), pp. 1-7, 2017. doi: 10.1109/ETFA.2017.8247667.
(11) S. Hosseini y R. Hafezi Fard, “Machine Learning Algorithms for Predicting Electricity Consumption of Buildings,” Wireless Personal Communications, vol. 121, pp. 3320-3341, 2021. ). https://doi.org/10.1007/s11277-021-08879-1.
(12) O. F. Núñez-Barrionuevo, E. A. Llanes-Cedeño, J. Martinez-Gomez, J. I. Guachimboza-Davalos y J. Lopez-Villada, “Clustering Analysis of Electricity Consumption of Municipalities in the Province of Pichincha-Ecuador Using the K-Means Algorithm,” Proceedings of ICCIS 2020 Springer, vol. 1273, pp. 187-195, 2020. https://doi.org/10.1007/978-3-030-59194-6_16.
(13) O. Valgaev, F. Kupzog y H. Schmeck, “Building power demand forecasting using K-nearest neighbours model – practical application in Smart City Demo Aspern project,” CIRED - Open Access Proceedings Journal, vol. 2017, nº 1, p. 1601 – 1604, 2017. DOI:10.1049/oap-cired.2017.0419.
(14) S. Pazi, C. M. Clohessy y G. D. Sharp, “A framework to select a classification algorithm in electricity fraud detection,” South African Journal of Science, vol. 116, nº 9-10, pp. 1-7, 2020. http://dx.doi.org/10.17159/sajs.2020/8189.
(15) D. Cielen, A. D. B. Meysman y M. Ali, Introducing Data Science, Shelter Island, NY: Manning Publications Co., 2016.
(16) C. A. Bernal, Metodología de la investigación, Bogotá: Pearson Educación, 2010.
(17) Comisión Nacional de Energía de Chile, “Energía Abierta,” 10 March 2022. (En línea). Available: http://energiaabierta.cl/categorias-estadistica/electricidad/?sf_paged=2. (Último acceso: 16 July 2022).
(18) W. McKinney, Python for Data Analysis, Sebastopol, CA: O’Reilly Media, Inc., 2018.
(19) M. A. Salazar Córdova, “Impactos de la emigración de clientes regulados al mercado libre. Catastro, evolución y efectos en los clientes y en las empresas proveedoras (generación y distribución),” Tesis de Maestría, Universidad Técnica Federico Santa María, Santiago de Chile, 2018.
(20) B. M. Mellado Leal, “Aplicaciones de Data Science para la mejora de la medición y cobro de la distribución de la energía eléctrica en contextos de pandemia mundial,” Tesis de Pregrado, Universidad de Chile, Santiago de Chile, 2018.
(21) L. Igual y S. Seguí, Introduction to Data Science - A Python Approach to Concepts, Techniques and Applications, Switzerland: Springer International Publishing, 2017.
(22) G. N. Pizarro Herrera, “Reconocimiento de patrones y pronóstico de consumo eléctrico,” Tesis de Pregrado, Pontificia Universidad Católica de Valparaiso, Valparaíso, 2017.
(23) J. Amat Rodrigo, “Ciencia de Datos, Estadística, Machine Learning y Programación,” Joaquin Amat Rodrigo, (En línea). Available: https://www.cienciadedatos.net/documentos/pystats05-correlacion-lineal-python.html. (Último acceso: 16 Julio 2022).
(24) E. Umargono, J. E. Suseno y V. Gunanwan S.K, “K-Means Clustering Optimization Using the Elbow Method and Early Centroid Determination Based on Mean and Median Formula,” Advances in Social Science, Education and Humanities Research, vol. 474, 2019. DOI:10.2991/assehr.k.201010.019.
(25) E. Russano y E. Ferreira Avelino, Fundamentals Of Machine Learning Using Python, Cánada: Arcler Press, 2020.
(26) W. Kong, Y. Wang, H. Dai, L. Zhao y C. Wang, “Analysis of energy consumption structure based on K-means clustering algorithm,” de E3S Web of Conferences 267, 01054 (2021), Beijing, 2021. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202126701054
(27) W.-M. Lee, Python Machine Learning, Indianapolis: John Wiley & Sons, Inc., 2019.
(28) S. Raschka y V. Mirjalili, Python Machine Learning - Machine Learning and Deep Learning with Python, Scikit-Learn, and TensorFlow, Birmingham: Packt Publishing Ltd., 2017.
(29) M. E. Fenner, Machine Learning with Python for Everyone, Boston: Pearson Education, Inc., 2020.
(30) S. Shalev-Shwartz y S. Ben-David, Understanding Machine Learning - From Theory to Algorithms, Cambridge: Cambridge University Press, 2014.
(31) R. D. Dana, D. Soilihudin, R. H. Silalahi, D. Kurnia y U. Hayati, “Competency test clustering through the application of Principal Component Analysis (PCA) and the K-Means algorithm,” de IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 1088 (2021) 012038, Cirebon, 2021. doi:10.1088/1757-899X/1088/1/012038.