非侵入式能效監(jiān)測(cè)終端技術(shù)及應(yīng)用探析

吳照紅

摘 要：非侵入式能效監(jiān)測(cè)終端技術(shù)是一種新技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用具有極大的優(yōu)勢(shì)，不僅成本較低、性能較高，還具有良好的應(yīng)用前景。本文闡述了非侵入式能效監(jiān)測(cè)終端技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，然后對(duì)非侵入式能效監(jiān)測(cè)終端技術(shù)的應(yīng)用展開探究。

關(guān)鍵詞：非侵入式;能效監(jiān)測(cè);應(yīng)用

前言：能效監(jiān)測(cè)主要是借助一些先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行電力能耗監(jiān)測(cè)，提供相應(yīng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控服務(wù)，這在節(jié)能工作的開展中有著重要的作用，對(duì)我國(guó)的能源利用率提升有著極大的意義，并且還有助于緩解能源壓力，促進(jìn)能源的可持續(xù)發(fā)展。非侵入式能效監(jiān)測(cè)終端技術(shù)主要是對(duì)電力負(fù)荷入口的電流、電壓、功率等進(jìn)行測(cè)量與分析，不用進(jìn)入負(fù)荷的內(nèi)部便可以得出不同設(shè)備的功率消耗比例，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷分解。該技術(shù)在電力企業(yè)的應(yīng)用大大降低了監(jiān)測(cè)成本，并且還能夠在商業(yè)樓、居民樓等各大領(lǐng)域進(jìn)行能效監(jiān)測(cè)。

1 非侵入式能效監(jiān)測(cè)終端技術(shù)相關(guān)概述

1.1 技術(shù)原理

非侵入式能效監(jiān)測(cè)終端技術(shù)的應(yīng)用，主要是對(duì)測(cè)量點(diǎn)的電氣量進(jìn)行分析，完成總負(fù)荷分解，并估算出單個(gè)設(shè)備的用能信息。在非侵入式能效監(jiān)測(cè)中，負(fù)荷印記是用電設(shè)備運(yùn)用中可以體現(xiàn)出來(lái)的信息，且該信息能夠?qū)⒂秒姷臓顟B(tài)反映出來(lái)，負(fù)荷印記的負(fù)荷運(yùn)行特點(diǎn)主要是根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行條件而變化的，其中分為三個(gè)模式，即運(yùn)行、穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)，設(shè)備的運(yùn)行控制戰(zhàn)略決定了運(yùn)行模式，設(shè)備內(nèi)的元器件特點(diǎn)決定其余兩類模式[1]。由于負(fù)荷印記的特點(diǎn)具有一定的再現(xiàn)性，所以，在此基礎(chǔ)上可以分辨負(fù)荷的類型以及相應(yīng)的使用情況，這便是該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理。

1.2 方案設(shè)計(jì)

在以往的侵入式負(fù)荷監(jiān)測(cè)中，通常需要安裝一些硬件，例如傳感器等，對(duì)于每一個(gè)設(shè)備的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，將其傳至數(shù)據(jù)處理中心，硬件設(shè)施具有一定的復(fù)雜性，而軟件則相對(duì)簡(jiǎn)單，軟硬件的安裝、維修需要耗費(fèi)大量的資金，并且在安裝時(shí)可能要進(jìn)入負(fù)荷內(nèi)部，從而對(duì)用戶帶來(lái)不便，情況嚴(yán)重的話還會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。非侵入式能效監(jiān)測(cè)工具對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象沒(méi)有較大的影響，并且可以提供相應(yīng)的能耗數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)工具不同的是，只需在電力進(jìn)線的地方安裝信號(hào)采樣設(shè)備，便可以依據(jù)電能信號(hào)分析出每一個(gè)設(shè)備的用電情況，有效解決了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法存在的不足之處。

如圖1所示，負(fù)荷分解主要包含五個(gè)步驟，其一，數(shù)據(jù)量測(cè)主要是獲取總負(fù)荷信號(hào)，量測(cè)出來(lái)的誤差會(huì)產(chǎn)生較大的影響，關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)處理，提升抗噪能力;其二，數(shù)據(jù)處理是對(duì)電氣量的計(jì)算以及標(biāo)幺化，對(duì)于電波干擾問(wèn)題，主要由標(biāo)幺化來(lái)處理，并在數(shù)據(jù)處理之后展開相應(yīng)的探測(cè)，從而了解設(shè)備的運(yùn)行變化情況;其三，事件探測(cè)是根據(jù)特定時(shí)間內(nèi)負(fù)荷印記產(chǎn)生的變化，主要有兩種方法，一種是規(guī)則判斷，另一種是變點(diǎn)檢測(cè)，事件探測(cè)中最難的部分便是參數(shù)的選取，負(fù)荷印記的變化臨界值選取、時(shí)間段的大小的選擇非常關(guān)鍵，如果過(guò)大或者過(guò)小，都會(huì)影響探測(cè)的正確性，甚至增加計(jì)算量;其四，特征提取主要是從事件發(fā)生之前以及事件發(fā)生之后的數(shù)據(jù)中提取，并且能夠用于負(fù)荷識(shí)別，想要提升負(fù)荷識(shí)別的準(zhǔn)確性，就要確保特征的有效性，如果負(fù)荷印記、提取方法有所不同，那么相應(yīng)結(jié)果也會(huì)產(chǎn)生變化;其五。負(fù)荷識(shí)別主要是將第四步中的特征與庫(kù)中的負(fù)荷特征互相對(duì)比，如果兩者相似度較高，則可以識(shí)別出對(duì)應(yīng)設(shè)備。負(fù)荷特征庫(kù)主要通過(guò)人工記錄以及算法分類兩種進(jìn)行建立，人工記錄的效果較差，算法自動(dòng)分類是人工智能方法中的一種。

圖1 負(fù)荷分解流程

2 非侵入式能效監(jiān)測(cè)終端技術(shù)的應(yīng)用措施

工業(yè)是我國(guó)的能耗大戶，在全國(guó)能耗中占據(jù)70%，加強(qiáng)能效監(jiān)測(cè)是降低能耗、提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。在某企業(yè)能效監(jiān)測(cè)節(jié)能服務(wù)項(xiàng)目中，通過(guò)應(yīng)用非侵入式能效監(jiān)測(cè)終端技術(shù)，采集企業(yè)的用能數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行綜合，提出相應(yīng)的節(jié)能建議，降低企業(yè)的能耗。

①技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

首先，非侵入式能效監(jiān)測(cè)終端技術(shù)能夠進(jìn)行分項(xiàng)計(jì)量，一臺(tái)終端可以實(shí)現(xiàn)單個(gè)供電回路的計(jì)量，在設(shè)備的能耗識(shí)別方面具有一定的準(zhǔn)確性。其次，具有較大的成本優(yōu)勢(shì)，終端的具體實(shí)施以及改造量比較小，所需的數(shù)據(jù)也傳統(tǒng)的分項(xiàng)計(jì)量終端小得多，在成本方面具有極為突出的優(yōu)勢(shì)。最后，能夠?qū)υO(shè)備狀態(tài)進(jìn)行分析，并且實(shí)現(xiàn)設(shè)備報(bào)警功能，該終端可以對(duì)設(shè)備負(fù)荷印記進(jìn)行采集與分析，并且可以對(duì)設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行分析，如果設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)故障，還能夠及時(shí)發(fā)出警報(bào)[2]。

②技術(shù)方案

該項(xiàng)目對(duì)企業(yè)的用電數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)全天候采集與分析，系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成，在系統(tǒng)的分級(jí)以及分工協(xié)作下，運(yùn)行更加穩(wěn)定。其一，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對(duì)企業(yè)設(shè)備的用電信息進(jìn)行采集，完成電量以及日常信息的處理，并傳輸至數(shù)據(jù)中心。該項(xiàng)目建立了電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)等設(shè)備的負(fù)荷印記，并使用穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)特征相結(jié)合的軌跡量化分析方法，對(duì)于采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度進(jìn)行對(duì)比，總負(fù)荷電表的計(jì)量數(shù)據(jù)與終端數(shù)據(jù)之間的誤差為2.01%，測(cè)試線路風(fēng)機(jī)負(fù)荷以及電動(dòng)機(jī)負(fù)荷電表計(jì)量數(shù)據(jù)與終端數(shù)據(jù)之間的最大誤差分別為9.03%、8.27%。其二，數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，使用挖掘算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，并計(jì)算出負(fù)荷變化率、節(jié)電率等相關(guān)信息，然后將其保存至數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)。其三，信息展示系統(tǒng)，通過(guò)借助B/S模式將數(shù)據(jù)界面展示出來(lái)。

③效益分析

該企業(yè)的年用電量大概為750萬(wàn)kWh，項(xiàng)目的投資為90萬(wàn)元，總共安裝27臺(tái)終端，在非侵入式能效監(jiān)測(cè)終端技術(shù)的應(yīng)用下，年節(jié)約電量為35萬(wàn)kWh，年收益為32萬(wàn)元，為企業(yè)帶來(lái)了較好的經(jīng)濟(jì)效益。該項(xiàng)目的實(shí)施，既有效解決了能效監(jiān)測(cè)中的技術(shù)問(wèn)題以及實(shí)施問(wèn)題，還能夠全面收集能耗數(shù)據(jù)，找出管理中存在的問(wèn)題以及設(shè)備故障，從而為優(yōu)化運(yùn)行策略以及節(jié)能方案提供強(qiáng)有力的支撐。

結(jié)語(yǔ)：非侵入式能效監(jiān)測(cè)終端是在不影響用戶的基礎(chǔ)上對(duì)用電情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，與傳統(tǒng)的侵入式能效監(jiān)測(cè)方法相比，具有較大的優(yōu)勢(shì)，并且為電力系統(tǒng)、電力用戶以及全社會(huì)帶來(lái)較大的效益。在具體項(xiàng)目中應(yīng)用該技術(shù)，不僅可以有效節(jié)約用電量，還能夠帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭凱. 配電網(wǎng)能效監(jiān)測(cè)中的居民用戶非侵入式負(fù)荷分解研究[D].廣東工業(yè)大學(xué)，2018.

[2]趙穎. 基于非侵入式負(fù)荷監(jiān)測(cè)的建筑物電能管理系統(tǒng)研究[D].華東交通大學(xué)，2021.