非侵入式能效监测终端技术说明
面向智能用电的非侵入式居民负荷监测关键技术研究

面向智能用电的非侵入式居民负荷监测关键技术研究一、概述随着智能电网建设的不断推进,智能用电已成为现代电力系统发展的重要方向。
智能用电旨在通过先进的信息通信技术和数据分析方法,实现对电力系统的高效、安全、经济运行。
居民负荷监测作为智能用电的重要组成部分,对于提升电力服务质量、优化能源配置以及实现节能减排具有重要意义。
传统的居民负荷监测方法往往采用侵入式方式,需要在用户家中安装专门的监测设备,这不仅增加了用户的经济负担,还可能影响用户的正常生活。
研究非侵入式居民负荷监测技术具有重要的现实意义和应用价值。
非侵入式居民负荷监测技术是指在不改变用户用电设备和环境的前提下,通过对电力线路上的电压、电流等电气量进行采集和分析,实现对用户负荷的实时监测和识别。
该技术具有安装简便、成本低廉、用户隐私保护好等优点,因此受到了广泛关注和研究。
本文将从非侵入式负荷监测的基本原理出发,介绍相关算法和技术,并重点研究负荷特征提取、负荷识别算法优化以及数据处理与安全性等方面的关键技术。
本文还将通过实验验证所提技术的有效性和实用性,为智能用电领域的发展提供有力的技术支撑。
1. 智能用电与负荷监测的重要性随着科技的飞速发展和智能化时代的到来,智能用电已经成为现代社会电力供应和管理的必然趋势。
智能用电不仅能够实现电力资源的优化配置和高效利用,还能提升用户的用电体验,促进节能减排和可持续发展。
而负荷监测作为智能用电的重要组成部分,对于电力系统的稳定运行、电力市场的精细化管理以及用户用电行为的深入分析具有重大意义。
智能用电和负荷监测对于电力系统的稳定运行至关重要。
通过对负荷的实时监测和数据分析,可以及时发现电力系统中的异常情况,如过载、短路等,从而采取相应的措施进行预防和处理,避免事故的发生,确保电力系统的安全可靠运行。
智能用电和负荷监测有助于实现电力市场的精细化管理。
通过对用户用电行为的深入分析,可以了解用户的用电需求和习惯,为电力市场的精细化运营提供数据支持。
林洋 TLY2565电力能效监测终端产品使用说明书

TLY2565电力能效监测终端产品使用说明书(Ver1.1)江苏林洋能源股份有限公司1产品概述TLY2565电力能效监测终端(以下简称终端)严格执行《电力能效监测系统技术规范》等系列标准。
终端通过GPRS、CDMA、RS232、Ethernet等方式与通讯前置机交换数据。
并且选用电力载波、微功率无线和RS485通讯等方式进行实时抄表、冻结抄表等功能。
2性能及参数指标2.1使用环境条件1)正常工作温度:-25℃~+55℃(推荐)极限工作温度:-40℃~+80℃;2)湿度:相对湿度5%~100%;3)大气压:63.0kPa~108.0kPa(海拔4000m及以下)2.2工作电压额定工作电压:3×220V/380V(三相四线),3×100V(三相三线)极限电压范围:-70%~+40%2.3额定电流3×1.5(6)A、3×5(10)A等2.4交采精度等级有功0.5/1.0级,无功2.0级2.5工作频率50Hz±6%2.6外形尺寸及重量宽×高×厚=180mm×290mm×95mm重量≤2.2kg2.7电气参数及指标如表1:功耗有功≤4.5W,视在≤8.5VAMTBF≥13.2×104h 设计寿命≥15年备用电池寿命≥5年时钟电池连续工作≥15年硬件接口RS485:2路;红外接口:1路;RS232:1路;GPRS/CDMA通信口:1路;电力载波/微功率无线:1路;USB:1路;以太网:1路;遥信输入:4路;门接点:1路;脉冲输出:3路(正有、正无、秒脉冲)3主要功能3.1数据采集终端能够采集各电能表的实时电能示值、日零点冻结电能示值、抄表日零点冻结电能示值。
终端同时具有检测电压偏差及统计电压合格率和电压超限率的功能。
3.2采集方式终端可通过实时采集、定时自动采集及自动补抄的方式采集电能表数据。
3.3状态量采集终端可实时采集开关位置状态和其他状态信息,发生变位时记入内存,并在最近一次主站查询时向其发送该变位信号或主动上报。
非侵入式电机能效在线监测系统软件设计

LI Cho g U n
( co l f ot r c nea dT cn lg , hn agA rsaeU i r t,S eyn 1 16 S h o o r enS i c n eh oo y S ey n eop c nv sy hn a g10 3 ) N h e ei
高。
关键词 :自动控制 ; 非侵入式 ; 电机能效 ; 在线监测 ; 软件设计
中 图 分 类 号 : P 1 T 26 文 献 标 志 码 :A
d i1 .9 9ji n 2 9 o :0 36 /.s .0 5—14 .0 2 0 . 1 s 2 8 2 1 . 10 6
No - v sv l-i e m o io i y t m o t r sg n・n a i e Ol ln i n t r ng s s e s f wa e de i n f r e r y e ce c fm o o o ne g f i n y o t r i
第2 卷 第 1 9 期
201 2年 2月
沈 阳 航 空 航 天 大 学 学 报
J ̄n l fS e yn eopc nv r t o ra o hn agA rsaeU iesy a i
VO12 No. .9 1
Fe b. 2 0 2 1 Nhomakorabea文 章 编 号 : O 5—14 (0 2 0 0 7 29 2 8 2 1 ) 1- 0 5—0 5
Ke r y wo ds:a t u oma i n;n n-n sv to o i va i e; m oo ne g f ce c tr e r y e i i n y;o ln o io ig; s fwa e d sg n—i e m n t rn ot r ein
电力能效监测终端技术条件(试行)

电力能效监测终端技术条件(试行)1范围本规范规定了电力能效监测终端的技术要求、试验方法、检验规则及标志、运输与贮存。
本规范适用于电力能效监测终端的制造、检验、使用和验收。
2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件,仅所注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 2423. 1电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验A:低温GB/T 2423.2电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验B:高温GB/T 2423.3电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验Cab:恒定湿热试验GB/T 2423. 10电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验Fc:振动((i1弦)GB/T 2829-2002周期检验计数抽样程序及表(适用于对过程稳定性的检验) GB 4208外壳防勿’‘等级江P代}i })GB/T 5169. 11电工电子产品着火危险试验第11部分:灼热妊/热妊基本试验方法成品的灼热妊可燃性试验方法GB/T 13384机电产品包装通用技术条件GB/T 16935. 1-2008低压系统内设备的绝缘配合第1部分:原理、要求和试验GB/T 17215.211-2006交流电测量设备通用要求、试验和试验条件第11部分:测量设备GB/T 17215.321-2008交流电测量设备特殊要求第21部分:静止式有功电能表((1级和2级)GB/T 17215.352交流电测量设备特殊要求第52部分:符号GB/T 19582基于Modbus }办议的工业自动化网络规范3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。
3. 1电力能效监测终端power energy efficiency monitoring terminal指采集、处理电气量和非电气量(如流量、压力、温度、湿度等)信息,并能与采集服务器进行数据交换的装置,简称监测终端(监测终端分为五类,具体见附录)。
非侵入式能效监测终端技术说明-20170419

非侵入式能效监测终端技术说明一、重点技术介绍(一)应用范围能耗监测是开展节能工作的基础,加强能耗监测尤其是电力能耗的监测工作对提高我国能源利用效率、实现能源的可持续发展、建设节约型社会和缓解能源压力等具有重要的意义。
传统的能耗监测是采用分项能耗计量的方法,即对供电电路进行分项计量改造,在每类甚至每个设备上按照要求安装带有通信功能的电能表,实现能耗的数据采集与监测分析。
非侵入式能效监测是能效监测的一种新技术,其基本思想是无需进入负荷内部,仅通过对电力负荷入口处的电压、电流及功率信息进行测量、分析,便可得到负荷内部不同用电设备实时的功率消耗比例,从而实现负荷分解。
非侵入式能效监测为电力公司和用电企业提供了一种用最少的侵入实现对负荷内部用电设备功率消耗的低成本监测方法,是智能用电系统的基础新技术,可用于共建筑(如高校、医院、政府等)、商业大楼、工业企业、居民小区等领域能效监测与管理。
(二)技术原理非侵入式能效监测终端通过分析其量测点处的电压、电流等电气量,实现对用户总负荷的分解,估计出单个用电设备的使用状态、能耗等用能信息。
负荷分解包括数据量测、数据处理、事件探测、特征提取、负荷识别5大步骤,在此基础上还有针对电网和用户的各种高级应用。
负荷印记是非侵入式能效监测的重要概念,定义为一个用电设备在运行中所体现的独特的能反映用电状态的信息,如有功的波形等。
负荷印记包含了负荷的运行特征,而这些特征由用电设备的工作条件决定,据此可将负荷印记分为稳态、暂态、运行模式三类,其中稳态与暂态两类负荷印记取决于设备内部的元器件特征;运行模式类负荷印记则由设备的运行控制策略决定。
负荷印记的各种特征具有重现性,故基于负荷印记特征可识别负荷类型及其使用状况,此即非侵入式能效监测的实现原理。
美国麻省理工最早进行了非侵入式能耗监测技术研究,研究和实验表明,非侵入式能耗监测可具有良好的负荷分析准确率。
数据来源:REDD: A Public Data Set for Energy Disaggregation Research (三)技术方案设计方法传统的侵入式负荷监测需要为每个被监测负荷安装数据采集和传感器等硬件,然后将监测的各个设备的数据传输至数据处理中心,其硬件复杂而软件简单,安装和维护的费用高,同时在安装过程中可能需要进入负荷内部,这将影响用户的正常生活带来不便,甚至影响系统运行。
非介入式负荷监测(NILM)系统用感知装置-最新国标

目次图1 非介入式负荷监测原理示意图 ...................................................... IV 图2 NILM 系统构成 ................................................................... 3 图3 NILM 感知装置(NSD )的构成示意图 ............................................... 4 图4 NILM 系统运行框图 ............................................................... 6 图A.1 NILM 系统应用示例 ............................................................. 7 图A.2 家用配电柜中的NILM 感知装置安装示例 ............................................ 8 图C.1 准确度等级的概念 .............................................................. 1范围...............................................................................12规范性引用文件.....................................................................13术语和定义.........................................................................14NILM 系统构成.......................................................................24.1概述...........................................................................24.2NILM 感知装置...................................................................34.3NILM 分析器.....................................................................35NILM 感知装置(NSD )的分类..........................................................35.1概述...........................................................................35.2NSD 分类的定义..................................................................45.3其他NSD 参数...................................................................56NILM 系统的运行.....................................................................5附录A (资料性)NILM 运行过程简介....................................................7A.1NILM 运行实例...................................................................7A.2NILM 的数据与技术...............................................................7A.3NILM 感知装置(NSD )示例........................................................7附录B (资料性)数据比特率...........................................................9附录C (资料性)测量设备与NILM 感知装置对照.........................................10C.1概述..........................................................................10C.2测量设备类型..................................................................10C.3测量设备要求概览..............................................................10C.4NILM 感知装置与测量设备的关系.. (1111)表1 基于输入采样频率的NSD 分类 ...................................................... 4 表2 基于输出速率的NSD 分类 . (4)表3 基于数据比特率的NSD分类 (4)表A.1 NILM系统中数据与技术示例 (7)表A.2 NILM感知装置及其典型特征示例 (8)表B.1 数据比特率计算示例 (9)表C.1 测量设备概览 (10)非介入式负荷监测(NILM)系统用感知装置1 范围本文件旨在根据非介入式负荷监测(以下简称NILM)技术现状,对用于NILM系统的NILM感知装置进行分类。
非侵入式能效监测终端技术说明-20170419

非侵入式能效监测终端技术说明一、重点技术介绍(一)应用范围能耗监测是开展节能工作的基础,加强能耗监测尤其是电力能耗的监测工作对提高我国能源利用效率、实现能源的可持续发展、建设节约型社会和缓解能源压力等具有重要的意义。
传统的能耗监测是采用分项能耗计量的方法,即对供电电路进行分项计量改造,在每类甚至每个设备上按照要求安装带有通信功能的电能表,实现能耗的数据采集与监测分析。
非侵入式能效监测是能效监测的一种新技术,其基本思想是无需进入负荷内部,仅通过对电力负荷入口处的电压、电流及功率信息进行测量、分析,便可得到负荷内部不同用电设备实时的功率消耗比例,从而实现负荷分解。
非侵入式能效监测为电力公司和用电企业提供了一种用最少的侵入实现对负荷内部用电设备功率消耗的低成本监测方法,是智能用电系统的基础新技术,可用于共建筑(如高校、医院、政府等)、商业大楼、工业企业、居民小区等领域能效监测与管理。
(二)技术原理非侵入式能效监测终端通过分析其量测点处的电压、电流等电气量,实现对用户总负荷的分解,估计出单个用电设备的使用状态、能耗等用能信息。
负荷分解包括数据量测、数据处理、事件探测、特征提取、负荷识别5大步骤,在此基础上还有针对电网和用户的各种高级应用。
负荷印记是非侵入式能效监测的重要概念,定义为一个用电设备在运行中所体现的独特的能反映用电状态的信息,如有功的波形等。
负荷印记包含了负荷的运行特征,而这些特征由用电设备的工作条件决定,据此可将负荷印记分为稳态、暂态、运行模式三类,其中稳态与暂态两类负荷印记取决于设备内部的元器件特征;运行模式类负荷印记则由设备的运行控制策略决定。
负荷印记的各种特征具有重现性,故基于负荷印记特征可识别负荷类型及其使用状况,此即非侵入式能效监测的实现原理。
美国麻省理工最早进行了非侵入式能耗监测技术研究,研究和实验表明,非侵入式能耗监测可具有良好的负荷分析准确率。
数据来源:REDD: A Public Data Set for Energy Disaggregation Research(三)技术方案设计方法传统的侵入式负荷监测需要为每个被监测负荷安装数据采集和传感器等硬件,然后将监测的各个设备的数据传输至数据处理中心,其硬件复杂而软件简单,安装和维护的费用高,同时在安装过程中可能需要进入负荷内部,这将影响用户的正常生活带来不便,甚至影响系统运行。
居民负荷非侵入式监测装置及其识别方法研究

居民负荷非侵入式监测装置及其识别方法探究摘要:为了提高居民用电设备的能效,增进节能减排,对居民平时用电负荷进行监测与分析显得尤为重要。
本文探究了一种非侵入式的居民负荷监测装置,并介绍了一种用于识别负荷类型的方法。
该装置使用了一种基于振幅采样的电流检测技术,通过检测负载电流信号的特征来识别负荷类型。
并结合支持向量机算法构建了一个识别模型,最终完成了负载识别的猜测任务。
试验结果表明,该装置与方法在居民负荷测试与识别方面具有良好的性能和好用性。
关键词:非侵入式监测,居民负荷,负载识别,振幅采样,支持向量机1、背景与意义随着世界能源消耗的不息增加,节能减排已经成为各个国家和地区的共同关注和追求。
其中,居民平时家电用电所占比例较大,因此如何提高居民用电设备的能效,降低不必要能源消耗,成为了亟待解决的问题。
为此,不少探究者开始关注居民平时用电负荷的监测与分析。
通过监测负荷,可以更加精确地评估电力消耗,针对性地提出节能减排的措施。
传统的负荷监测通常接受传感器或附加装置的方式实现,比如在电路上串联电流互感器,实现电流检测;或嵌入式检测芯片,实现负载类型识别。
这些方法不仅占用了额外的空间和成本,可能会影响电路的正常运行,同时也存在操作复杂、实现困难等问题。
针对这些问题,探究者们开始关注非侵入式的负荷监测方法。
其中,基于电流信号的检测方法更为常见,但如何提取有效的特征、如何识别不同类型的负载,是非侵入式监测需要解决的问题。
2、相关工作近年来的一些探究,提出了不少用于负载识别的方法。
比如,使用自适应小波神经网络对电流信号进行特征提取和分类的方法,以及在时间域上构建能够识别三相电源中不同电动机的神经网络模型等。
这些方法都在不同场景下实现了非侵入式负荷监测,但是由于受到采集数据质量和噪声等因素的影响,性能难以保证。
同时,也出现了一些基于振幅采样的负载识别方法。
比如,使用手机传感器采集家庭用电设备的震动信号,利用不同设备的震动特征进行分类识别等。
非侵入式负荷监测终端设计与实现

非侵入式负荷监测终端设计与实现作者:王凯耿悦桐周宇昊邢单玺来源:《电脑知识与技术》2020年第10期摘要:能源互联和泛在电力物联网对智能电网提出了更高的要求,同时也对用电信息数据深度挖掘提出了更高的要求。
该文设计了非侵入式负荷监测终端,根据功能需求,进行整体方案确定、软硬件系统设计,进而判断各用电单元的种类、状态。
最后,通过实验测试,验证终端的可靠性和稳定性。
关键词:泛在电力物联网;非侵入式负荷监测;终端设计中图分类号:TP319 文献标识码:A文章编号:1009-3044(2020)10-0050-03近年来,电力行业随着大数据的发展得到了前所未有的发展,在监测和分析领域尤为突出,为了解决侵入式监测方法的诸多弊端,上世纪八十年代初由Hart教授最先提出利用电参数采集装置提出了非侵入负荷监测技术的相关概念。
随着进入21世纪,大数据的蓬勃发展,利用大数据分析算法对电参数进行分析的非侵入式监测方法也得到了很好的发展,利用大数据分析和判断各用电单元的种类、状态,而且非侵入式监测对硬件的要求比较低。
利用大数据分析进行非侵入式监测有利于建设节约型社会,实现能源的可持续性发展,并为缓解能源压力献出一份绵薄之力。
本文设计了一种非侵入式负荷监测终端,利用电能监测模块IM1281B测量电参数,利用STM32单片机对电能监测模块IM1281B的测量数据进行大数据分析,用以判断各用电单元的种类、状态,并将收到的数据和分析的结果通过GPRS模块上传到监测主站,同时将数据存储终端的存储模块上,并显示在OLED显示模块上;当主站收不到数据时,工作人员也可以在现场直接查看或调取数据;其中供电电路设有防雷电路,在配电系统受到雷击时不受损害,且该方法具有成本较低、响应时间较短、精度较高、功耗低、监测范围广等特点,可适用于大范围的用户监测。
1整体设计方案本文的非侵入式负荷监测终端的硬件结构包括以$TM32为核心,降压电源模块、锂电池充电模块、电能监测模块IM1281B、GPRS模块、OLED显示模块、锂电池、sD卡读写模块以及Web服务器和数据服务器。
非侵入式负荷监测终端设计与实现

非侵入式负荷监测终端设计与实现随着电力系统的发展,电能质量保障变得越来越重要。
非侵入式负荷监测技术是一种低成本、高效率、易于实现的技术,它可以准确检测电能质量,并提供有用的电能信息。
本文介绍了一种基于非侵入式负荷监测技术的负荷监测终端设计与实现。
1 引言随着电力系统的扩展和转型,电能质量变得越来越重要。
电能质量问题包括谐波、电压暂降、电压瞬变、电压骤降、电压波动等。
这些问题可能导致电器设备出现故障、影响供电质量,甚至影响生产和生活。
因此,对电能质量进行监测和分析,以便及时识别并解决电能质量问题是非常重要的。
负荷监测是电力系统监测的一个重要组成部分。
它是用于检测电能消耗的设备的电气参数,并从中获取电能信息的过程。
负荷监测可以帮助人们了解电能消耗的实际情况,推广节能减排和合理用电。
目前,传统的负荷监测设备需要使用电流传感器和电压传感器,这些传感器需要安装在负载线路上,破坏了电路的完整性并且需要更改电路结构。
因此,基于传统方式负荷监测的设备不太适用于一些情况,例如需要对不同类型的配电设备进行监测,或需要进行现有电气装置的另加装置等关键设备的监测,同时还需要考虑到设备的成本和占地面积等问题。
为此,本文提出了一种基于非侵入式负荷监测技术的负荷监测终端设计与实现。
2 非侵入式负荷监测技术非侵入式负荷监测技术是一种基于磁场测量原理的监测技术。
它利用分布式传感器通过监测电路线圈上的磁场来测量负载的电流,从而实现负荷实时监测。
这种技术的主要特点是不需要安装任何传感器或检测电路的断开,不会对被测设备造成任何干扰或损坏。
非侵入式负荷监测技术由传感器和数据处理单元组成。
传感器模块通常由磁场传感器和数据采集模块组成,用于对电流进行测量。
数据处理单元是对测量数据进行处理、分析和存储的主控制器,通常包括嵌入式系统和通信模块等部分。
本文提出的负荷监测终端基于非侵入式负荷监测技术,采用模块化设计,方便安装和使用。
负荷监测终端包括传感器模块、数据处理单元和通信模块。
非侵入式负荷监测终端设计与实现

非侵入式负荷监测终端设计与实现1. 引言1.1 背景介绍非侵入式负荷监测技术是一种能够实时监测电力系统中各个负载设备工作状态和电能消耗情况的重要技术手段。
随着能源消耗量的不断增加和电网运行的复杂化,对电力系统的负荷监测和管理要求也越来越高。
传统的负荷监测方式通常采用电流互感器或分流器等硬件设备来实现,但这种方法存在着设备安装麻烦、成本高昂、对系统影响大等问题。
针对传统负荷监测方式存在的问题,非侵入式负荷监测技术应运而生。
它利用先进的传感技术和数据处理算法,可以在不改变原有系统结构的情况下,实现对系统负荷状态的实时监测和分析。
这种技术能够有效降低系统运行成本,提高系统监测的精度和实时性,为电力系统运行和管理提供了更加可靠的支持。
在当前信息化和智能化的背景下,非侵入式负荷监测技术的研究意义和应用前景更加广阔。
通过对负荷监测终端的设计与实现,可以进一步提高电力系统的智能化程度,实现对系统负荷的精准监测和管理,为电力系统的安全稳定运行提供有力保障。
【2000字】1.2 研究意义负荷监测是对设备或系统承担的负载进行实时监测和分析的过程,可以帮助用户了解设备的运行状态、负荷情况及电压、电流等参数的变化。
非侵入式负荷监测终端设计与实现具有非接触、高精度、高可靠性等特点,可以用于工业生产、电力系统、能源管理等领域。
研究意义在于提高工业生产效率,实现智能化生产管理,减少能源浪费,降低生产成本,保障设备安全运行等方面具有重要意义。
通过非侵入式负荷监测终端的设计与实现,可以实现对设备负载的实时监测,提高电力系统的安全性和稳定性,减少因负荷过载而引发的事故,节约维护成本和减少停机时间。
非侵入式负荷监测技术的研究与应用还可以促进新能源的开发利用,优化能源配置,提高能源利用率,推动可再生能源的发展和利用,实现低碳环保发展目标。
非侵入式负荷监测终端设计与实现的研究具有重要的理论与实践意义。
1.3 研究目的研究目的是为了解决传统负荷监测终端存在的一些问题,如侵入性强、成本昂贵、数据采集效率低等。
非侵入式负荷监测终端设计与实现

非侵入式负荷监测终端设计与实现一、引言随着科技的不断发展,能源消耗越来越受到人们的关注。
为了更有效地管理和控制能源消耗,在各种环境中进行有效的负荷监测变得尤为重要。
而非侵入式负荷监测技术因其无需改动被监测设备的特性,成为了当前监测技术的热点。
本文将围绕非侵入式负荷监测终端的设计与实现展开讨论。
二、非侵入式负荷监测介绍非侵入式负荷监测技术是一种无需改变被监测设备的监测方法。
它能够通过在电源线上安装传感器或者利用电磁感应技术进行电流、电压、功率等参数的监测,从而实现对电器设备消耗能量的监测。
相比传统的侵入式技术,非侵入式负荷监测技术不需要对设备进行改动,使用方便,安装成本低廉,因而受到了广泛的关注。
三、设计目标与要求1. 低成本:考虑到监测设备的普及,需要尽可能降低监测终端的成本,以便更广泛地使用。
2. 高精度:监测终端需要能够准确地获取电流、电压、功率等参数,以保证监测数据的准确性。
3. 稳定可靠:监测终端需要在长时间使用过程中保持稳定可靠的性能,避免因设备故障造成的数据误差。
4. 易于安装与使用:监测终端需要能够方便地安装在电源线上,并提供简单易懂的使用界面。
四、设计方案1. 硬件设计:监测终端主要包括传感器、微控制器、通信模块等组件。
传感器用于获取电流、电压等参数,微控制器用于数据的处理和控制,通信模块用于与监测平台进行数据传输。
2. 软件设计:监测终端需要进行数据的采集、处理和传输。
为了提高数据的精度和稳定性,需要进行合理的算法设计和优化。
3. 界面设计:为了方便用户的使用,监测终端需要提供简单易懂的用户界面,包括显示监测数据、设置参数等功能。
五、实现过程1. 硬件实现:根据设计要求,选择合适的传感器和微控制器,并设计相应的电路。
在实际制作中,需要考虑电路的稳定性、抗干扰能力等因素,确保监测终端的性能稳定可靠。
2. 软件实现:编写相应的数据采集、处理和传输程序,并进行测试和调试。
在编写程序时,需要考虑数据的实时性和准确性,规避不同场景下可能出现的异常情况。
附录A非侵入负荷监测原理及系统模型

附录A 非侵入负荷监测原理及系统模型非侵入负荷监测仅在居民电力入口处采集用户用电负荷总的用电信息,图A1所示为非侵入负荷监测的基本结构,通过对总用电信息的分析与处理辨识单个负荷的运行情况,从而有效实现居民用电能效的实时跟踪与管理。
非侵入式负荷监测简化了采集与测量机制,但全部负荷的用电数据均综合表现在同一采集信号中,从采集的整体信号中分析提取单个负荷,有效实现负荷辨识是非侵入式负荷监测的关键。
图A1非侵入负荷监测结构图Fig. A1 System diagram of NILM本文算法利用负荷的电流信息,因此以电流信号模型为基础。
假设一个居民用户中包含N 种用电负荷,当每种负荷单独作用时,所产生的电流记作该负荷的特征电流I k(t)(k=1,2,…N),k 为每种负荷的标号。
非侵入式负荷监测系统的电流信号模型图如图A2所示,每种负荷均可看作独立的系统,将其时域表征记作h k(t),U(t)为电网侧电压,特征电流I k(t)为负荷系统的输出响应。
I k(t)可通过先验测试得到,在信号分析中可看作已知量。
当有M个负荷投入运行时,I(t)记为非侵入机制下所采集的总电流信号,理论上等于各投入运行负荷的特征电流之和(a) 单负荷运行 (b) 多负荷运行图A2非侵入负荷监测系统电流信号模型Fig. A2 Current signal model for NILM system附录B 负荷电流信号的频域特性分析本文以多种典型的居民用电负荷为对象,采集了各自单独作用时所产生的特征电流I k (t ),分别将I k (t )变换到频域。
图B1所示为4种不同负荷的特征电流频谱图,为了便于分析,频率f 均利用式(B1)化为数字角频率ω∈(-π,π)rad/s ,其中f s 为采样频率,本文信号的采样频率为f s =10kHz 。
2=s f f πω (B1)图B1 负荷的特征电流频谱图Fig. B1 Characteristic current spectrums of loads特征电流的频率分量集中在-0.3π~0.3π范围内,对应于0~1.5kHz 频率段。
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非侵入式能效监测终端技术说明一、重点技术介绍(一)应用范围能耗监测是开展节能工作的基础,加强能耗监测尤其是电力能耗的监测工作对提高我国能源利用效率、实现能源的可持续发展、建设节约型社会和缓解能源压力等具有重要的意义。
传统的能耗监测是采用分项能耗计量的方法,即对供电电路进行分项计量改造,在每类甚至每个设备上按照要求安装带有通信功能的电能表,实现能耗的数据采集与监测分析。
非侵入式能效监测是能效监测的一种新技术,其基本思想是无需进入负荷内部,仅通过对电力负荷入口处的电压、电流及功率信息进行测量、分析,便可得到负荷内部不同用电设备实时的功率消耗比例,从而实现负荷分解。
非侵入式能效监测为电力公司和用电企业提供了一种用最少的侵入实现对负荷内部用电设备功率消耗的低成本监测方法,是智能用电系统的基础新技术,可用于共建筑(如高校、医院、政府等)、商业大楼、工业企业、居民小区等领域能效监测与管理。
(二)技术原理非侵入式能效监测终端通过分析其量测点处的电压、电流等电气量,实现对用户总负荷的分解,估计出单个用电设备的使用状态、能耗等用能信息。
负荷分解包括数据量测、数据处理、事件探测、特征提取、负荷识别5大步骤,在此基础上还有针对电网和用户的各种高级应用。
负荷印记是非侵入式能效监测的重要概念,定义为一个用电设备在运行中所体现的独特的能反映用电状态的信息,如有功的波形等。
负荷印记包含了负荷的运行特征,而这些特征由用电设备的工作条件决定,据此可将负荷印记分为稳态、暂态、运行模式三类,其中稳态与暂态两类负荷印记取决于设备内部的元器件特征;运行模式类负荷印记则由设备的运行控制策略决定。
负荷印记的各种特征具有重现性,故基于负荷印记特征可识别负荷类型及其使用状况,此即非侵入式能效监测的实现原理。
美国麻省理工最早进行了非侵入式能耗监测技术研究,研究和实验表明,非侵入式能耗监测可具有良好的负荷分析准确率。
数据来源:REDD: A Public Data Set for Energy Disaggregation Research(三)技术方案设计方法传统的侵入式负荷监测需要为每个被监测负荷安装数据采集和传感器等硬件,然后将监测的各个设备的数据传输至数据处理中心,其硬件复杂而软件简单,安装和维护的费用高,同时在安装过程中可能需要进入负荷内部,这将影响用户的正常生活带来不便,甚至影响系统运行。
非侵入式能效监测是一种不影响或者尽可能小地影响作用对象的监测工具,可以为电力公司提供住宅用户等各种电力设备电能消耗的具体数据。
非侵入式能效监测终端最大的不同之处就在于只需要在电力进线处装设信号采样装置,根据所采集的系统总电能信号就能分析出单类设备的用电信息,克服了传统侵入式监测方法成本高、监测装置安装、维护不便的缺点。
在典型框架中,负荷分解包括数据量测、数据处理、事件探测、特征提取、负荷识别五大步骤。
数据量测其目的在于获得总负荷的稳态和暂态信号。
量测误差对非侵入式能效监测有重要影响,重点在于进行数据处理并提高负荷识别方法的抗噪能力。
数据处理主要包括去噪和有功等电气量的计算、标幺化等。
标幺化的目的是便于处理电能质量波动带来的干扰问题。
针对处理后的数据,可进行事件探测,以得知用电设备的运行状态变化情况。
事件探测的依据是一定时间段内负荷印记的变化情况,具体有规则判断和变点检测两种方法。
该部分的难点在于各方法的参数选取,其中时间段大小与负荷印记变化阈值的选取至关重要,太大或太小均会引起错误的事件探测结果,并可能增加计算量。
特征提取即从事件发生前后的数据中提取出供负荷识别使用的一系列不同的负荷印记特征。
目前已有很多方案,如针对有功负荷印记提出了傅里叶变换、小波变换等提取方案。
为了准确识别负荷印记相似的负荷,提取的特征信息应该尽量有效,不同的负荷印记及提取方法的选择会有不同的结果。
负荷识别是将上步提取的特征与已有负荷特征库中的负荷特征进行比较,当两者达到一定的相似度时,就辨识出相应的用电设备。
负荷特征库的建立方法目前有两种,其一是在人工辅助下记录各用电设备的负荷印记特征,其二是通过算法自动分类。
负荷识别算法则主要存在数学优化算法和模式识别算法两种,前者的效果通常较差故使用较少,后者属于人工智能方法的一个分支,可选算法较多,性能上各有优缺点。
(四)可行性分析方法非侵入式能效监测终端只需在电力供给的入口处安装监测装置,在基本不影响用户的情况下,进行设备用电情况监测和能效分析,技术上可行,并比传统侵入式能效监测方法有明显优势。
随着信息技术的发展,使得非侵入式能效监测终端在性能迅速提升的同时成本却大幅度下降,具有明显的成本优势,经济上可行,并在未来具有广阔的应用前景。
(五)效益评估及风险控制方法非侵入式能效监测终端具有良好的效益。
电力系统的效益:能效监测数据为更科学合理地制定电价、分配资金,为电力系统实施分段电价和分时电价等提供衡量的标准;同时可以更全面的评估电力公司的能效项目,提高电力资产的利用率。
电力用户的效益:根据能效监测数据,用户能够更清楚直观地了解不同时间段每类用电设备的电能消耗及运行情况,通过分析不同时间段每类电力设备所消耗的电量,用户可以更合理地安排相关设备的运行状态及各类用电设备的使用时间和方法,最大程度的降低电能消耗,减少电费开支。
全社会的效益:能效监测数据能够推动制造商加速开展低能耗设备的研发,相关部门制定政策时更科学合理,提高能源利用率,降低环境污染和减缓温室效应。
(六)技术应用推广关键点及建议非侵入式能效监测终端推广应用的技术关键点是深入进行综合负荷稳态特征和暂态特征的负荷分类研究。
负荷的稳态特征研究已经比较成熟,暂态特征可以补充稳态特征所提供信息的不足之处,不同类型负荷在投切过程中其暂态特性是独一无二的,对非侵入式能效监测来讲有非常重要的作用。
非侵入式能效监测终端推广应用需要开展多类型的示范应用,选择具有典型特征的示范区域(如居民小区、商业办公楼等),安装非侵入式能效监测终端,获取相应能效数据,通过示范项目促进技术的发展、成熟和完善。
二、典型案例案例摘要(一)项目背景在我国能源消耗中,工业是能源消耗的大户,占全国能源消耗总量的70%左右且总体用能水平不高,加强工业企业能效监测与节能服务是减少能源消耗、提高企业经济效益、保护环境的有效途径。
泰发特钢在线能效监测节能服务项目通过非侵入式能效在线监测终端采集企业用能数据,向企业提供用能情况分析、节能建议等综合服务,帮助企业节能降耗。
(二)技术方案传统分项计量的优点在于计量准确,但是有两个明显的不足:一是终端数量依赖于用电回路和用电设备的类型及数量,能效监测要求越高则所需配置终端数量越大,改造成本较大;二是终端安装需要断电时间较长,严重影响用户正常的生产生活需要,往往成为项目不能正常实施的关键。
本项目采用非侵入式能效监测终端进行能耗数据采集与分解,其主要优点在于:一是实现了分项计量功能,一台非侵入式能效终端能实现一个供电回路的分项计量功能,能比较准确的识别各用电设备能耗。
二是实施与改造成本优势明显,非侵入式能效终端安装实施改造量小;终端所需数量大大小于分项计量终端,改造成本优势明显。
三是实现了设备状态分析与报警,非侵入式能效终端采集和分析各类用电设备负荷印记,运行中能有效分析用电设备的运行状态和健康状态,对非正常运行设备和故障设备能及时发现并报警。
泰发特钢在线能效监测节能服务项目全天候采集和监测企业用电数据,整个系统由数据采集系统、数据分析系统、信息展现系统三部分组成,通过系统的分级,使各模块分工协作,使系统的运行更加快速与稳定。
数据采集系统:采用非侵入式能效监测终端自动采集企业各设备用电信息,进行负荷变动率、电量、异常等信息的处理,然后通过数据采集器中的通讯模块上传到数据中心。
泰发特钢典型配变接线图与终端现场安装图如下所示。
本项目中非侵入式能效监测终端建立了各类日光灯、空调、风机、卷扬机、传送机、电动机等用电设备的负荷印记,其中空调和电动机的负荷印记见下图所示。
泰发特钢空调启动负荷印记泰发特钢某回路电动机启动负荷印记本项目中,采用了结合稳态特征、动态特征的V-I轨迹量化分析方法,如下图所示。
数据采集准确度对比分析如下所示:总负荷电表计量数据与非侵入式能效终端计量数据,最大误差百分比为2.01%。
测试线路风机负荷电表计量数据与非侵入式能效终端计量数据,最大误差百分比为9.03%。
测试线路电动机负荷电表计量数据与非侵入式能效终端计量数据,最大误差百分比为8.27%。
数据分析系统:通过对数据采集系统传输进行解析处理,通过数据挖掘算法对电能数据进行处理以及智能分析,完成对负荷变动率、节电率、亮灯率等信息的计算,并将分析的结果保存到数据库中。
信息展示系统:信息展示系统采用B/S模式展示数据界面。
(三)商业模式本项目为业主方支付项目资金,由服务方负责建设和运行,企业通过非侵入式能效监测系统的建设以及服务方的专业节能服务,减少罚款及降低用能成本。
(四)可行性分析传统的能效监测终端有其上述不足,本项目采用的非侵入式能效监测终端,技术上和实施上均具有良好的技术优势和成本优势,具有可行性和可推广性。
(五)效益分析泰发特钢年用电量约750万kWh,本项目投资90万元,安装了27台非侵入式能效监测终端,通过管理提升年节约电量35万kWh,计及运行电费节约、工程施工维护工作量减少等各项因素,年收益32万元,有良好的经济效益。
本项目的实施,不仅解决了长期困扰能效监测系统建设的技术和工程实施难题,通过收集全面的能耗数据信息,不仅助于找到管理漏洞或能耗漏洞,发现系统中某些重点用能设备的故障,更进一步为优化系统运行策略、确定最佳的节能改造方案提供了有效支撑,具有良好的社会效益。