非侵入式能效監測終端技術及應用探析

吳照紅

摘 要：非侵入式能效監測終端技術是一種新技術，該技術的應用具有極大的優勢，不僅成本較低、性能較高，還具有良好的應用前景。本文闡述了非侵入式能效監測終端技術的相關內容，然后對非侵入式能效監測終端技術的應用展開探究。

關鍵詞：非侵入式;能效監測;應用

前言：能效監測主要是借助一些先進的技術進行電力能耗監測，提供相應的動態監控服務，這在節能工作的開展中有著重要的作用，對我國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，促進能源的可持續發展。非侵入式能效監測終端技術主要是對電力負荷入口的電流、電壓、功率等進行測量與分析，不用進入負荷的內部便可以得出不同設備的功率消耗比例，實現負荷分解。該技術在電力企業的應用大大降低了監測成本，并且還能夠在商業樓、居民樓等各大領域進行能效監測。

1 非侵入式能效監測終端技術相關概述

1.1 技術原理

非侵入式能效監測終端技術的應用，主要是對測量點的電氣量進行分析，完成總負荷分解，并估算出單個設備的用能信息。在非侵入式能效監測中，負荷印記是用電設備運用中可以體現出來的信息，且該信息能夠將用電的狀態反映出來，負荷印記的負荷運行特點主要是根據設備的運行條件而變化的，其中分為三個模式，即運行、穩態、暫態，設備的運行控制戰略決定了運行模式，設備內的元器件特點決定其余兩類模式[1]。由于負荷印記的特點具有一定的再現性，所以，在此基礎上可以分辨負荷的類型以及相應的使用情況，這便是該技術的實現原理。

1.2 方案設計

在以往的侵入式負荷監測中，通常需要安裝一些硬件，例如傳感器等，對于每一個設備的監測數據，將其傳至數據處理中心，硬件設施具有一定的復雜性，而軟件則相對簡單，軟硬件的安裝、維修需要耗費大量的資金，并且在安裝時可能要進入負荷內部，從而對用戶帶來不便，情況嚴重的話還會影響系統的正常運行。非侵入式能效監測工具對監測對象沒有較大的影響，并且可以提供相應的能耗數據，與傳統監測工具不同的是，只需在電力進線的地方安裝信號采樣設備，便可以依據電能信號分析出每一個設備的用電情況，有效解決了傳統監測方法存在的不足之處。

如圖1所示，負荷分解主要包含五個步驟，其一，數據量測主要是獲取總負荷信號，量測出來的誤差會產生較大的影響，關鍵在于數據處理，提升抗噪能力;其二，數據處理是對電氣量的計算以及標幺化，對于電波干擾問題，主要由標幺化來處理，并在數據處理之后展開相應的探測，從而了解設備的運行變化情況;其三，事件探測是根據特定時間內負荷印記產生的變化，主要有兩種方法，一種是規則判斷，另一種是變點檢測，事件探測中最難的部分便是參數的選取，負荷印記的變化臨界值選取、時間段的大小的選擇非常關鍵，如果過大或者過小，都會影響探測的正確性，甚至增加計算量;其四，特征提取主要是從事件發生之前以及事件發生之后的數據中提取，并且能夠用于負荷識別，想要提升負荷識別的準確性，就要確保特征的有效性，如果負荷印記、提取方法有所不同，那么相應結果也會產生變化;其五。負荷識別主要是將第四步中的特征與庫中的負荷特征互相對比，如果兩者相似度較高，則可以識別出對應設備。負荷特征庫主要通過人工記錄以及算法分類兩種進行建立，人工記錄的效果較差，算法自動分類是人工智能方法中的一種。

圖1 負荷分解流程

2 非侵入式能效監測終端技術的應用措施

工業是我國的能耗大戶，在全國能耗中占據70%，加強能效監測是降低能耗、提升企業經濟效益的重要途徑。在某企業能效監測節能服務項目中，通過應用非侵入式能效監測終端技術，采集企業的用能數據，然后進行綜合，提出相應的節能建議，降低企業的能耗。

①技術優點

首先，非侵入式能效監測終端技術能夠進行分項計量，一臺終端可以實現單個供電回路的計量，在設備的能耗識別方面具有一定的準確性。其次，具有較大的成本優勢，終端的具體實施以及改造量比較小，所需的數據也傳統的分項計量終端小得多，在成本方面具有極為突出的優勢。最后，能夠對設備狀態進行分析，并且實現設備報警功能，該終端可以對設備負荷印記進行采集與分析，并且可以對設備的運行情況進行分析，如果設備運行出現故障，還能夠及時發出警報[2]。

②技術方案

該項目對企業的用電數據實現全天候采集與分析，系統主要由三部分構成，在系統的分級以及分工協作下，運行更加穩定。其一，數據采集系統，對企業設備的用電信息進行采集，完成電量以及日常信息的處理，并傳輸至數據中心。該項目建立了電動機、風機等設備的負荷印記，并使用穩態與動態特征相結合的軌跡量化分析方法，對于采集數據的準確度進行對比，總負荷電表的計量數據與終端數據之間的誤差為2.01%，測試線路風機負荷以及電動機負荷電表計量數據與終端數據之間的最大誤差分別為9.03%、8.27%。其二，數據分析系統，使用挖掘算法對數據進行處理與分析，并計算出負荷變化率、節電率等相關信息，然后將其保存至數據庫內。其三，信息展示系統，通過借助B/S模式將數據界面展示出來。

③效益分析

該企業的年用電量大概為750萬kWh，項目的投資為90萬元，總共安裝27臺終端，在非侵入式能效監測終端技術的應用下，年節約電量為35萬kWh，年收益為32萬元，為企業帶來了較好的經濟效益。該項目的實施，既有效解決了能效監測中的技術問題以及實施問題，還能夠全面收集能耗數據，找出管理中存在的問題以及設備故障，從而為優化運行策略以及節能方案提供強有力的支撐。

結語：非侵入式能效監測終端是在不影響用戶的基礎上對用電情況進行監測，與傳統的侵入式能效監測方法相比，具有較大的優勢，并且為電力系統、電力用戶以及全社會帶來較大的效益。在具體項目中應用該技術，不僅可以有效節約用電量，還能夠帶來一定的經濟效益。

參考文獻：

[1]鄭凱. 配電網能效監測中的居民用戶非侵入式負荷分解研究[D].廣東工業大學，2018.

[2]趙穎. 基于非侵入式負荷監測的建筑物電能管理系統研究[D].華東交通大學，2021.