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XXI Simposio Internacional de Ingeniería Eléctrica "SIE 2025"

XXI Simposio Internacional de Ingeniería Eléctrica

SIE 2025

Desarrollo de un algoritmo de detección de anomalías en sistemas eléctricos industriales
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Resumen

Problemática: La detección de anomalías en sistemas eléctricos industriales enfrenta limitaciones con métodos convencionales (SCADA, análisis de Fourier, PCA), incapaces de capturar dinámicas temporales complejas y patrones no lineales en grandes volúmenes de datos, generando falsos positivos y riesgos operativos.

El objetivo de esta investigacion es desarrollar e implementar un modelo híbrido Autoencoder-LSTM para detección temprana de anomalías eléctricas, validándolo en entornos simulados y operativos reales. Se utilizaron datos reales (SCADA) y simulados (MATLAB/Simulink, OpenDSS) de tensión, corriente, potencia y temperatura. Tras preprocesamiento (imputación KNN, normalización), se diseñó un Autoencoder-LSTM con codificador (capas LSTM: 256-128-64), espacio latente (32 dimensiones) y decodificador simétrico, entrenado con Adam (MSE, dropout 0.2). La detección empleó ventanas deslizantes (50 muestras) y umbral del percentil 95 del error de reconstrucción. El modelo alcanzó 96.8% de precisión, 94.7% sensibilidad, 0.982 AUC y <2% falsos positivos, superando métodos tradicionales. Identificó anomalías críticas (ej. desbalances de fase) en <0.5s, demostrando robustez ante ruido industrial y eficiencia en ventanas de 50 muestras. La solución propuesta mejora significativamente la detección temprana de fallas eléctricas mediante aprendizaje profundo, reduciendo costos operativos y riesgos. Su arquitectura híbrida establece un nuevo estándar para monitoreo predictivo en energía y manufactura. Futuras investigaciones optimizarán su implementación en hardware embebido e integrarán explainable AI (XAI).

Abstract

Abstract: Conventional methods (SCADA, Fourier analysis, PCA) for anomaly detection in industrial electrical systems fail to capture complex temporal dynamics and non-linear patterns in large data volumes, leading to false positives and operational risks. To develop and implement a hybrid Autoencoder-LSTM model for early detection of electrical anomalies, validating it in simulated and real operational environments. Real (SCADA) and simulated (MATLAB/Simulink, OpenDSS) data (voltage, current, power, temperature) were preprocessed (KNN imputation, normalization). An Autoencoder-LSTM with encoder (LSTM layers: 256-128-64), latent space (32 dimensions), and symmetric decoder was trained using Adam (MSE loss, dropout 0.2). Detection used sliding windows (50 samples) and a 95th percentile reconstruction error threshold. The model achieved 96.8% accuracy, 94.7% sensitivity, 0.982 AUC, and <2% false positives, outperforming traditional methods. It identified critical anomalies (e.g., phase imbalance) in <0.5s, demonstrating noise robustness and optimal efficiency with 50-sample windows. The proposed solution significantly enhances early fault detection through deep learning, reducing operational costs and risks. Its hybrid architecture sets a new standard for predictive monitoring in energy and manufacturing. Future work will optimize embedded hardware deployment and integrate explainable AI (XAI).

Sobre el ponente

Luis Angel Rios Acosta

Luis Angel Rios Acosta

Universidad de Oriente Flag of Cuba

Discussion

Información Práctica
No Presencial
Spanish / Español
octubre 24, 2025 11:15 a. m.
15 minutos
Salon 2
Autores
Raciel David Lago Solano
Luis Angel Rios Acosta
Palabras clave
aprendizaje profundo; mantenimiento predictivo; series temporales; robustez; scada; sensibilidad
deep learning; predictive maintenance; time series; robustness; scada; sensitivity
Documentos