Master's Thesis

Data processing within the BUT energy management system

Final Thesis 8.31 MB Appendix 686.18 kB

Author of thesis: Ing. Dominik Toman

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Daniel Janík

Reviewer: Ing. Branislav Bátora, Ph.D.

Abstract:

This master's thesis focuses on data processing and analysis within the Energy Management System (EnMS) at the Brno University of Technology (BUT). The first part of the thesis summarizes applicable methods for time series forecasting. Based on the specific requirements of the EnMS, the SARIMAX method was selected. This model was used to evaluate the impact of operational parameters (academic calendar, temperature) and to forecast electricity consumption. For large consumption units (main supply lines), it achieved high accuracy with a MAPE of under 10 %. The acquired findings were further applied to design algorithms for real-time anomaly detection and monitoring of quarter-hourly maximums. All developed models were designed to allow their implementation into the BUT EnMS. The proposed solution provides the university with a tool to make building operations more efficient, gain a deeper understanding of energy consumption, and reduce financial costs.

Keywords:

Energy management, ARIMA, SARIMAX, data analysis, consumption prediction, anomaly detection

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student seznámil komisi s výsledky své diplomové práce. S posudky seznámili komisi vedoucí práce Ing. Janík a oponent Dr. Bátora. Vedoucí práce hodnotil stupněm A s 90 b. Oponent hodnotil stupněm B s 81 b. Následnou rozpravu zahájil Dr. Bátora položením otázek oponenta. Doplňující dotaz položil prof. Toman k naměřeným napěťovým skokům. Dr. Kašpírek navázal na předchozí dotaz k algoritmu měření napětí. Student pohotově odpověděl.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Electrical Power Engineering (MPC-EEN)

Composition of Committee

prof. Ing. Petr Toman, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Petr Mastný, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Branislav Bátora, Ph.D. (člen)
Ing. Štěpán Foral, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Krbal, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Baxant, Ph.D. (člen)
Ing. Martin Kašpírek, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Daniel Janík

Diplomová práce pana Dominika Tomana se zabývá návrhem vhodného způsobu zpracování dat, analýzy dat a návrhu metodiky predikce dat v rámci energetického managementu univerzity na základě dostupných dat ze systému energetického managementu VUT. Dalším úkolem byl návrh rozšíření systému měření v rámci vybraných trafostanic VUT a spolupráce při instalaci tohoto měření. Práce úspěšně navazuje na další diplomové práce z oblasti energetického managementu VUT, na které se student v práci odkazuje a rozšiřuje ji o další potřebné funkce systému energetického managementu.
Student k řešení úkolu přistupoval maximálně zodpovědně pracoval samostatně a práci si vhodně rozvrhl během celého semestru. Na pravidelných konzultacích nejen s vedoucím práce a na diplomových seminářích ale i se zástupci Oddělení inteligentních budov rektorátu, které má na VUT energetický management na starost, představoval dílčí pokroky v práci a měl konkrétní, věcné a relevantní dotazy. Konzultace probíhaly osobně a prostřednictvím emailů. Dle rozsahu odevzdané práce je patrné, že student věnoval práci velké množství času, prokázal porozumění problematice a schopnost analytického myšlení, práce je na výborné úrovni. Po formální a jazykové stránce je práce v pořádku, text je logicky strukturován a obsahuje jen nepatrné množství chyb a překlepů. Rozsah a volba použité odborné literatury odpovídá potřebám práce.
Přínosem práce je její praktické využití a postupná integrace navržené metodiky a algoritmů do vyvíjeného systému energetického managementu VUT a nadále bude rozvíjena pro potřeby celé univerzity. Výstupem práce je funkční metodika, reflektující potřeby fakult a univerzity, která je postupně implementována do univerzitního systému a bude možné ji na základě dalších požadavků rozšiřovat.
Práce splňuje body zadání a doporučuji ji k obhajobě s hodnocením A (90 b). Points proposed by supervisor: 90

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Branislav Bátora, Ph.D.

Diplomová práce Bc. Dominika Tomana se zabývá aktuální problematikou zpracování dat v rámci energetického managementu Vysokého učení technického v Brně. Autor se zaměřil na analýzu energetických dat, návrh metod predikce spotřeby elektrické energie a vytvoření nástrojů pro automatizované vyhodnocování provozních stavů budov.
Práce odpovídá zadání ve velmi vysoké míře. Autor zpracoval rešerši metod analýzy a predikce časových řad, navrhl vlastní metodiku vyhodnocování dat, podílel se na návrhu rozšíření systému měření ve vybraných objektech a trafostanicích VUT a zpracoval odpovídající výkresovou dokumentaci. Součástí práce je také návrh algoritmů pro predikci spotřeby elektrické energie, detekci anomálií a sledování čtvrthodinových maxim. Určitou výhradu mám k části zadání zaměřené na optimalizaci spotřeby elektrické energie. Práce řeší monitoring a predikci, avšak konkrétní návrhy opatření vedoucích ke snižování spotřeby nebo aktivnímu řízení energetických toků jsou rozpracovány pouze omezeně.
Po odborné stránce oceňuji zejména aplikaci modelu SARIMAX na reálná data energetického managementu VUT a snahu o praktickou implementaci navržených algoritmů. Přínosná je rovněž část věnovaná rozšíření měřicí infrastruktury. Výsledky práce mají potenciál přímého využití v systému energetického managementu VUT.
Práce však obsahuje i několik nedostatků. V části statistického vyhodnocení se místy objevují nepřesné interpretace statistických ukazatelů. Autor například uvádí významný vliv teploty na spotřebu elektrické energie, avšak z prezentovaných grafických výstupů není síla tohoto vztahu vždy jednoznačně patrná a vhodné by bylo jeho doplnění o podrobnější korelační analýzu. Dále postrádám přesnější definici anomálií, které mají být navrženým systémem detekovány, včetně zdůvodnění použitých prahových hodnot. U některých grafických výstupů není zcela zřejmá interpretace všech zobrazených průběhů.
Určité výhrady mám také k návrhu alarmových limitů pro napěťové odchylky, které vycházejí z limitů distribuční soustavy, avšak nezohledňují možné úbytky napětí v navazujících rozvodech budov. Výkresová dokumentace splňuje svůj účel, nicméně její čitelnost je místy snížena použitím málo kontrastních barev a některé prvky nejsou dostatečně popsány.
Formální úroveň práce je dobrá. Text je přehledně zpracován a logicky strukturován, přesto se místy objevují drobné stylistické a terminologické nepřesnosti. Některé grafické výstupy a části výkresové dokumentace by si zasloužily podrobnější popis a lepší čitelnost. Autor využil odpovídající množství relevantních odborných zdrojů, které vhodně aplikoval při řešení práce. Určitou rezervu spatřuji v omezeném porovnání zvoleného přístupu s některými moderními metodami analýzy a predikce dat.
Přes uvedené připomínky hodnotím práci jako kvalitní s významným praktickým přínosem. Autor prokázal schopnost samostatně řešit technický problém, pracovat s rozsáhlými datovými soubory a navrhnout řešení s potenciálem reálného nasazení v praxi. Diplomovou práci doporučuji k obhajobě a hodnotím 81 body, klasifikačním stupněm B. Topics for thesis defence:
  1. Jak byla definována anomálie v navrženém systému a na základě jakých kritérií byly stanoveny jednotlivé prahové hodnoty detekce?
  2. Jaká konkrétní opatření pro optimalizaci spotřeby elektrické energie by bylo možné navrhnout na základě vytvořených algoritmů a analyzovaných dat?
  3. Jaké přínosy pro energetický management VUT přináší dlouhodobá predikce spotřeby elektrické energie oproti krátkodobé predikci?
Points proposed by reviewer: 81

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová