4. Anwendungen

4.1. Anwendungen - Übersicht

In ElFI stehen dem Anwender eine Vielzahl von Funktionen zur Verfügung, die es ermöglichen mit großen Datenmengen umzugehen und diese für die Analyse in anschaulicher Weise zu nutzen. Je intensiver sich der Anwender mit diesen Möglichkeiten beschäftigt, desto bessere Ergebnisse können dabei erzielt werden.

4.1.1. Funktionen im Hauptmenü

4.1.1.1. Vorhersage bilden

Diese Anwendung ermöglicht es schnellen Zugriff auf vorher abgespeicherte individuelle Grafiken und Tabellen zu erhalten. Der Anwender kann Einstellungen an der Prognosegrafik vornehmen, die besonders auf seine Bedürfnisse zugeschnitten sind. Durch das Abspeichern unter einem frei wählbaren Namen kann diese Grafik schnell und mit den identischen Einstellungen immer wieder aufgerufen werden. Über Vorhersage bilden gelangt man direkt zu bereits abgespeicherten Einstellungen (Grafik und/oder Tabellen).

4.1.1.2. Grafik erstellen

Der Anwender kann bei dieser Anwendung eine neue Grafik oder Tabelle nach seinen individuellen Erfordernissen anlegen und unter einem frei wählbaren Namen abspeichern. Diese Grafik oder Tabelle kann bearbeitet, gelöscht und verändert werden und ist über Vorhersage bilden mit wenigen Klicks erreichbar.

4.1.1.3. Extremereignisse

Unter ELFI besteht die Möglichkeit Extremereignisse rechtzeitig zu detektieren. Dafür steht die Auswahl bezogen auf ein einzelnes Ereignis oder auf einen Standort zur Verfügung. Eisbildung, Rampen, Extremtemperaturen, gefährliche Windgeschwindigkeiten uvm. können dafür ausgewählt und bezogen auf das Ereignis oder den Standort analysiert werden. Diese Funktionalität steht jedoch nur dann zur Verfügung, wenn diese im ELFI Leistungspaket mit ausgewählt wurde.

4.1.1.4. Dateiupload

Im Dateiupload steht dem Nutzer die Möglichkeit offen, Messwerte von den Anlagen als weiteres Instrument einzusetzen um die Prognosen zu verbessern. Der Dateiupload kann in einfacher oder erweiterter Form genutzt werden. Die einfache Form erfordert eine vorgegebene Formatierung um die Daten nutzen zu können. In der erweiterten Form kann der Nutzer angeben, in welcher Form die Datei vorliegt und wie diese in das ELFI Prognosesystem hochgeladen werden soll. ELFI formatiert anschließend diese Datei in das von ihr benötigte Format automatisiert um.

4.1.1.5. Standortmanagement

Im Standortmanagement wird eine Anlage oder Standort registriert (Standortregistrierung). Bei Bedarf kann der Standort konfiguriert (verändert) werden (Standortkonfiguration). Fällt eine Anlage aus, wird diese gewartet oder durch den Netzbetreiber limitiert bzw. die Einspeisung gedeckelt, kann der Anwender diese äußerst wichtigen Informationen für die Prognosebildung in die entsprechenden Tabelen für die jeweilige Anlage einpflegen.

4.1.1.6. Vorhersage-Tool

Über das Vorhersagetool gelangt man in das Erweiterte Menü. Das erweiterte Menü stellt eine Vielzahl von weiteren Analyseinstrumenten zur Verfügung, die im folgenden detailliert erklärt werden. Im Funktionsbereich (graue Box Vorhersage-Tools gelangt der Anwender auch direkt zur Erstellung eines KNN (Künstlichen Neuronalen Netzes), zur Kurvenberechnung (Erstellung von individuell optimierten Prognosen(Konfigurator)) und zur Datenverifizierung, die eine Bewertung der Prognosen zu den Messwerten mit einer statistischer Fehlerberechnung möglich macht.

4.2. Untermenü

Das Hauptmenü besteht aus 6 Boxen, von denen 4 mit Untermenüs versehen sind.

Diese sind:

• Extremereignisse
• Dateiupload
• Standortmanagement und
• Vorhersage-Tools

Extremereignisse wird unterteilt nach Ereignis und nach Standort:

Der Dateiupload wird unterteilt in einen einfachen und erweiterten Dateiupload:

Das Standortmanagement hat drei Untermenüs, Standortregistrierung, Standortmodifikation und Verfügbarkeit/Limitierungen

In der Vorhersage-Tools Box stehen das Erweiterte Menü, das KNN, die Kurvenberechnung und die Datenverifizierung zur Verfügung:

In den folgenden Kapiteln wird nun auf die einzelnen Funktionalitäten eingegangen.

4.3. Vorhersage Tools - Erweitertes Menü

Im Hauptmenü kann über die Box Vorhersage-Tools auf erweiterte Funktionen zugegriffen werden:

4.3.1. Auswahl im Hauptmenü Vorhersage Tools

Es stehen 4 Anwendungen zur Verfügung, die direkt angewählt werden können:

• Erweitertes Menü
• KNN (Künstliches Neuronales Netz)
• Kurvenberechnung
• Datenverifizierung

Klickt man auf Erweitertes Menü gelangt man automatisch auf die Vorhersagegrafik.

Von dort aus sind weitere Menüpunkt auswählbar.

Folgende Inhalte finden sind nun im Erweiterten Menü:

4.3.1.1. Vorhersagen: Visualisierung von Prognoseprodukten

Zeitreihen Visualisierung

• Ensembleprognosedaten in Form von Perzentilen
• Optimal-, Min-, Max-Prognose
• Benutzer definierte Prognosen
• Historische Prognosewerte
• Grundlinien Anpassung
• Zeitsprung-Funktion
• Limitierter und unlimitierter Modus

Tabellenüberblick:

• Leistungswerte und Werte für Wettervariablen sind in der Tabelle verfügbar und können in den Auswertungen monatlich, wöchentlich, täglich, stündlich dargestellt werden
• Ensemble Perzentile (p10-p90), minimum, maximum, optimal und benutzerdefinierte Werte stehen für den jeweiligen Standort zur Verfügung

Wetterkarte:

• 3 Wetterkarten des großskaligen Bereichs als Optimal-, Minimum- und Maximum-Karte
• automatische und manuelle Animation der Wetterkarten
• Auswahl verschiedener Zeitschritte (stündlich bis tagweise) für die animierte Wetterkarte

4.3.1.2. Verfügbarkeit: Echtzeitmanagement von Erzeugungsanlagen

• Registrierung von Verfügbarkeiten (z.B. Stillstandsmeldungen)
• Registrierung von max. zulässiger Netzeinspeisung
• Echtzeit Handling mit standardisiertem Wochenfenster und erweiterter Eingabemöglichkeit

4.3.1.3. Tools: Anwendungen zur Datenanpassung, Analyse und Bewertung

• Künstliches Neuronales Netz (KNN) zur Erstellung einer individuellen Prognose aus Messwerten und verfügbaren Prognosewerten (Mustererkennung durch Training) inklusive Echtzeit Setup
• Konfigurator: Erstellung von individuellen Prognosegrafiken und Download-Funktion mit einfachem und schnellem Zugang
• Kurvenberechnung; Datenkurvenkopierfunktion, Verknüpfung von Datenkurven, Mix und Gewichtungsfunktion
• Datei Upload: Daten und Dateien Upload für Produktionsdaten und andere Informationen
• Metaprognose: Unterschiedliche Prognosegrafiken können unter- und nebeneinander positioniert werden
• Werteprüfung: Statistische Bewertung der Prognosen, mit den Unterpunkten:
• Einzelstandort und
• Mehrfachprüfung

4.3.1.4. Standorte: Registrierung und Konfiguration von Anlagen, Standorten und Variablen

• Registrierung von Standorten (für die Wetterdatenerfassung, für Wind- und Solaranlagen, sowie für andere unspezifizierte Einheiten)
• Konfigurierung von Anlagedaten (Anpassung und Änderungen von Stammdaten)
• Neue Turbine - Einzelerfassung von Turbinen in einem Park

4.3.1.5. Support - Unterstützung:

• Kontakt zu WEPROG
• Online Handbuch (verfügbar auch als pdf-Dokument)
• Passwortänderung

4.4. Vorhersage Tools - Erweitertes Menü - Vorhersage (Grafik)

4.4.1. Menü Vorhersagen

Folgende Hauptfunktionen unter dem Menüpunkt Vorhersagen können gewählt werden:

1. Grafik: Die Prognosegrafik für den gewählten Standort kann betrachtet werden.
2. Tabelle: In der Tabelle sind die Werte dieser Prognose aufgelistet.
3. Wetterkarte: Die Wetterentwicklung von Ihrem Standort aus kann länderübergreifend betrachtet werden.

Wie Veränderungen auf dieser Seite vorgenommen werden bzw. eine detaillierte Erklärung der Funktionen, wird im Kapitel 9 FAQ: Fragen zum Menüpunkt Verfügbarkeit näher erläutert.

4.4.1.1. Eigenschaften der Graphik

Generell werden im Grafikmodus immer Zeitreihen der Prognosen als Linien und Unsicherheitsbänder ( in Form von Perzentilen) mit farbigen Bereichen dargestellt. In der Legende werden die einzelnen Kurven beschrieben. Alle Linien können ein- und ausgeschaltet werden, indem das jeweilige farbige Quadrat in der Legende angeklickt wird.

4.4.1.2. Folgende Kurven können dargestllt werden:

Die Linien f1 bis f4 sind vordefinierte Produkte von WEPROG, wobei f1 die sog. Optimale Prognose darstellt - eine RMSE optimierte Prognose. Die Linien f2 und f3 sind Prognosekurven von WEPROG in Form von verschiedenen standardmäßig gewichtete Mittelwerten mit unterschiedlichen Optimierungsalgorithmen. Die Linie f4 ist reserviert für Kurzfristprognosen aus WEPROG’s invertiertem Ensemble Kalman Filter (iEnKF).

Die Linien u1..u4 sind Anwender spezifische Kurvenplatzhalter, die jeder Nutzer selbst belegen kann, z.B. durch das Mischen von verschiedenen Prognosen bei der sog. Kurven Berechnung (siehe Tools -> Kurvenberechnung) oder durch Hochladen von Messwerten oder anderer Prognosen.

4.4.1.3. Erstellen einer Grafik mit Grundlinien Modus

Die Grundlinie ist eine Wertekurve die als Basis für alle dargestellten Kurven fungiert. In anderen Worten bedeutet dies:

• ...Alle Werte werden relativ zu der ausgewählten Grundlinie dargestellt.
• ...Die Grundlinie wird dazu verwendet den 0-Wert zu definieren.
• ...Die Grundlinie wird als X-Achse verwendet.

Durch diese Funktionalität lässt sich beispielsweise die gesamte Unsicherheit zu einem bestimmten Zeitpunkt feststellen.

Nähere Informationen zu den Prognosetypen sind in Kapitel 9 FAQ Vorhersagen zu finden.

4.5. Vorhersage-Tools - KNN (Künstliches Neuronale Netzwerk)

Das ELFI Interface besitzt ein Künstliches Neuronales Netzwerk (KNN) für Optimierungsaufgaben. Diese Anwendung basiert auf einer FANN Library und steht fortgeschrittenen Anwendern zur Verfügung. Die FANN Library basiert auf einer öffentlichen Lizenz nach dem GPL (general public license) Prinzip.

Es gibt weitreichende öffentlich zugängliche Dokumentation über diese Library, so dass auf eine nähere Beschreibung hier verzichtet wird. Wir möchten an dieser Stelle auf die Homepage des Entwicklers hinweisen, auf der aktualisierte Informationen zu finden sind: http://leenissen.dk/fann/wp

Mit dem ELFI KNN ist es uns gelungen, dem fortgeschrittenen Nutzer eine Möglichkeit der Optimierung von Vorhersagen aus dem MSEPS System anzubieten, indem man das KNN nach Mustern aus bereits vorgefertigten Vorhersagetypen suchen läßt und durch das KNN Training gefundene Zusammenhänge in eine neue Prognose transferiert.

So kann man mit einigen wenigen Clicks ein “genestetes” KNN entwickeln, das auf die Bedürfnisse des Nutzers abgestimmt ist.

Details über Aufbau und Setup des KNN werden in den FAQs im Kapitel Künstliches Neuronales Netzwerk erläutert, bzw. sind direkt unter diesem Link zu finden:

Erklärungen des KNN - Künstliches Neuronales Netz (engl.:ANN)

Durch Anklicken im Menü Vorhersage-Tools im Unter-Menü KNN gelangen Sie zur Anwendung.

Weitere Informationen, wie ein KNN erstellt wird erhalten Sie hier:

Erstellung eines KNN

4.6. Vorhersage-Tools - Kurvenberechnung

Im Interface Kurvenberechnung können Zeitreihen von Prognosedaten kopiert und/oder Messdaten mit Zeitreihenvariablen zur weiteren Datenbearbeitung verknüpft werden. Optimierungen für spezifische Ziele sind damit zu erreichen.

In der Praxis bedeutet dies, dass Zeitreihendaten aus einer gewählten in eine bevorzugte Datenkurve kopiert werden können. Dabei werden die Daten so angepasst, dass die maximalen Werte der Quellkurve mit den maximalen Werten der Zielkurve skaliert werden. Mit Hilfe der Datenverifizierung kann ermittelt werden, welche Prognosen die besten Werte liefern um dann dazu verwendet zu werden in einer neuen Prognosekurve mit dem gewünschten Anteil mit einzufließen.

Perzentil 20 und 30 ergeben bei schwachem Wind die besten Ergebnisse. Beide Perzentile können nun verknüpft werden (je 50%). Die neu entstandene Prognosekurve kann nun abgespeichert werden und dient bei niedrigen Windgeschwindigkeiten als optimierter Prognosewert. Je nach Erfahrung können dann weitere Prognosekurven dazugemischt werden um das Ergebnis noch weiter zu verbessern.

Im FAQ-Menü Fragen zur Kurvenberechnung sind spezielle Fragestellungen und Prozesse aufgelistet, die dies mit weiteren Möglichkeiten und Beispielen erklären.

Bemerkung

Um das Ergebnis einer optimierten Prognose bewerten zu können, sollte eine Datenverifizierung durchgeführt werden. Dies kann im Haupt-Menü bei Vorhersage-Tools über Datenverifizierung geschehen, oder im erweiterten Menü im Menü Tools und der Werteprüfung.

Datenbewertung mit statistischen Fehlergrößen

Folgende statistische Fehlergrößen werden dort ermittelt:

4.7. Vorhersage-Tools - Datenverifizierung

In der Anwendung Verifikation werden für alle Prognosezeitreihen eine Anzahl von standardisierten statistischen Fehlermessgrößen in Bezug auf Messgrößenzeitreihen oder Echtwertzeitreihen berechnet.

Die statistischen Fehler sind:

• in der Einheit der Echtwertzeitreihe berechnet,
• als prozentualer Wert der installierten Kapazität
• oder als prozentualer Wert der Produktion,

bei der die Werte zuerst prozentual zum Durchschnitt der gemessenen Produktionswerte umgerechnet werden.

Folgende Fehlermesswerte werden berechnet und im Interface dargestellt:

• MEAN der Zeitreihe (Durchschnitt)
• BIAS der Zeitreihe (asymmetrischer Fehlerbereich)
• MAE Mean Absolute Error der Zeitreihe (arithmetischer Mittelwert)
• RMSE Root Mean Square Error der Zeitreihe (quadratischer Mittelwert)
• STDV Standard Deviation der Zeitreihe (Standardabweichung)

Mehr Information und wie eine Berechnung durchgeführt wird, kann hier gefunden werden:

Wie kann ich mir die Fehlerergebnisse der Kurven anzeigen lassen ?

4.8. Hauptmenü - Vorhersage-Tools - Erweitertes Menü - Tools

Über das Haupt-Menü Vorhersage-Tools und dem Unter-Menü Erweitertes Menü gelangt man auf das grafische Vorhersage Interface.

In den Pulldown Menüs kann dort Tools unter verschiedenen Anwendungen die gewünschte Auswahl getroffen werden:

Tools - Anwendungen:

KNN (Künstliches Neuronales Netz):

Mit dem KNN ist es möglich eine neue Prognosekurve zu erstellen, die mit Hilfe von gesetzten Parametern, Prognosekurven und Produktionswerten in einem Trainingsprozess nach Mustern sucht, diese identifiziert und in neue Prognosewerte umrechnet.

Wie kann ich das KNN anwenden ?

Vorhersage bilden (Konfigurator):

Im Konfigurator können individuelle Einstellung in grafischer Form und als Wertetabelle mit Downloadmöglichkeit abgespeichert werden. Der schnelle Zugriff für regelmäßig benötigte Einstellungen macht dabei einen schnellen Überblick möglich.

Kurvenberechnung:

Bei der Kurvenberechnung werden verschiedene Kurven miteinander verbunden und unterschiedlich gewichtet. Es kann somit eine neue, den individuellen Erfordernissen angepasste Prognosekurve erstellt werden.

Datei Upload:

Beim Datei Upload werden Messwerte und Prognosekurven hochgeladen um diese in verschiedenste Anwendungen einzubinden (Beispiel: hochladen von Produktionsmesswerten, Prognosen, Wetterparameter,...).

Metaübersicht:

In der Metaübersicht können Grafiken oder Tabellen parallel neben- und untereinander dargestellt werden um sich einen schnellen Überblick zu verschaffen und um einzelne Parameter prüfen zu können. Im Vorfeld muss jedoch im Menüpunkt Vorhersage bilden eine Grafik oder Tabelle abgespeichert werden.

Wie kann ich eine Prognosegrafik/-tabelle erstellen und abspeichern?

Werteprüfung:

Die Werteprüfung erlaubt eine Bewertung der verschiedenen Kurven durch gebräuchliche statistische Meßgrößen. Eine Tabelle in der alle Kurven mit den entsprechenden Meßgrößen vergleichbar sind, steht zur Verfügung. Ein Untermenü erlaubt die Prüfung eines Einzelstandortes oder eine Prüfung mehrerer Standorte aus einem Portfolio.

4.9. Fehlerkontrolle

Die Fehlerkontrolloberfläche kann benutzt werden um Statistiken in Bezug auf Messfehler in Messdaten abzurufen.

Bitte stellen Sie sicher, dass sie in die ELFI Oberfläche eingeloggt sind um auf diese Funktion zuzugreifen.

Bitte wählen sie “Fehlerkontrolle” im Hauptmenü.

Nun werden Sie auf eine Seite weitergeleitet auf welcher sie die Standorte (1) und meteorologische Variablen (2) auswählen können, für welche Sie Statistiken abfragen möchten.

Bei der Auswahl der Standorte/Variablen können Sie mithilfe der Shift-Taste eine Reihe von Standorten/Variablen auf einmal auswählen. Wenn Sie die Shift-Taste beim klicken gedrückt halten, wird dies alle Standorte/Variablen seit der vorherigen Selektion auswählen.

Sie können auch die Knöpfe “Alle auswählen” und “Nichts auswählen” benutzen um die Auswahl zurückzusetzen.

Des weiteren können Sie den Zeitrahmen festlegen, für welche die Statistiken erstellt werden sollen.

Letztlich sollten Sie sicherstellen, dass der Zeitrahmen korrekt festgelegt ist. Sie können den Anfang (1) oder das Ende (2) der Auswahl klicken und ziehen um das Zeitfenster anzupassen, oder sie können den Zeitrahmen als ganzes verschieben, indem sie mittig klicken (3).

Drücken Sie bitten den “Generieren” Knopf, sobald sie Ihre Einstellungen vorgenommen haben, und warten Sie einen Moment bis die Ergebnisse erscheinen.

Auf der Ergebnisseite werden sie eine Tabelle mit Fehlerstatistiken sehen, welche nach Standort/Variable, sowie dem Fehlercode angeordnet ist.

Direkt über der Tabelle wird noch einmal der ausgewählte Zeitrahmen dargestellt. In der linken Spalte der Tabelle finden Sie die Liste der Standorte (fett) und meteorologischen Variablen (grau), auf welche sie die Zählungen beziehen.

In der Kopfzeile der Tabelle werden die Fehlernummern dargestellt.

Eine detailliertere Bezeichnung für die Fehlernummern kann am Ende der Seite unter der Tabelle gefunden werden.

Die dargestellte Zahl in jeder Zelle repräsentiert wie oft dieser Fehler für den Standort/Variable in dem ausgewählten Zeitraum aufgetreten ist. Eine Legende welche die Farbwerte beschreibt befindet sich unter der Tabelle.

Durch einen Klick auf einen der Zahlenwerte können sie eine Detailseite aufrufen, in welcher die gefundenen Fehler individuell mit weiteren informationen, wie zum Beispiel die Auftrittszeit, aufgelistet werden.

Bemerkung

Die detaillierte Tabelle ist speziell darauf ausgelegt problemlos nach Microsoft Excel kopiert werden zu können.