非侵入式能效監(jiān)測終端技術(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，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)測終端技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，然后對非侵入式能效監(jiān)測終端技術(shù)的應(yīng)用展開探究。

關(guān)鍵詞：非侵入式;能效監(jiān)測;應(yīng)用

前言：能效監(jiān)測主要是借助一些先進的技術(shù)進行電力能耗監(jiān)測，提供相應(yīng)的動態(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(xù)發(fā)展。非侵入式能效監(jiān)測終端技術(shù)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(nèi)部便可以得出不同設(shè)備的功率消耗比例，實現(xiàn)負荷分解。該技術(shù)在電力企業(yè)的應(yīng)用大大降低了監(jiān)測成本，并且還能夠在商業(yè)樓、居民樓等各大領(lǐng)域進行能效監(jiān)測。

1 非侵入式能效監(jiān)測終端技術(shù)相關(guān)概述

1.1 技術(shù)原理

非侵入式能效監(jiān)測終端技術(shù)的應(yīng)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(shè)備的用能信息。在非侵入式能效監(jiān)測中，負荷印記是用電設(shè)備運用中可以體現(xiàn)出來的信息，且該信息能夠?qū)⒂秒姷臓顟B(tài)反映出來，負荷印記的負荷運行特點主要是根據(jù)設(shè)備的運行條件而變化的，其中分為三個模式，即運行、穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)，設(shè)備的運行控制戰(zhàn)略決定了運行模式，設(shè)備內(nèi)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(xiàn)性，所以，在此基礎(chǔ)上可以分辨負荷的類型以及相應(yīng)的使用情況，這便是該技術(shù)的實現(xiàn)原理。

1.2 方案設(shè)計

在以往的侵入式負荷監(jiān)測中，通常需要安裝一些硬件，例如傳感器等，對于每一個設(shè)備的監(jiān)測數(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(nèi)部，從而對用戶帶來不便，情況嚴重的話還會影響系統(tǒng)的正常運行。非侵入式能效監(jiān)測工具對監(jiān)測對象沒有較大的影響，并且可以提供相應(yīng)的能耗數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)監(jiān)測工具不同的是，只需在電力進線的地方安裝信號采樣設(shè)備，便可以依據(jù)電能信號分析出每一個設(shè)備的用電情況，有效解決了傳統(tǒng)監(jiān)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(shù)據(jù)量測主要是獲取總負荷信號，量測出來的誤差會產(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(shù)據(jù)處理之后展開相應(yīng)的探測，從而了解設(shè)備的運行變化情況;其三，事件探測是根據(jù)特定時間內(nèi)負荷印記產(chǎn)生的變化，主要有兩種方法，一種是規(guī)則判斷，另一種是變點檢測，事件探測中最難的部分便是參數(shù)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(guān)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(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(yīng)結(jié)果也會產(chǎn)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(yīng)設(shè)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(jiān)測終端技術(shù)的應(yīng)用措施

工業(yè)是我國的能耗大戶，在全國能耗中占據(jù)70%，加強能效監(jiān)測是降低能耗、提升企業(yè)經(jīng)濟效益的重要途徑。在某企業(yè)能效監(jiān)測節(jié)能服務(wù)項目中，通過應(yīng)用非侵入式能效監(jiān)測終端技術(shù)，采集企業(yè)的用能數(shù)據(jù)，然后進行綜合，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

首先，非侵入式能效監(jiān)測終端技術(shù)能夠進行分項計量，一臺終端可以實現(xiàn)單個供電回路的計量，在設(shè)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(yōu)勢，終端的具體實施以及改造量比較小，所需的數(shù)據(jù)也傳統(tǒng)的分項計量終端小得多，在成本方面具有極為突出的優(yōu)勢。最后，能夠?qū)υO(shè)備狀態(tài)進行分析，并且實現(xiàn)設(shè)備報警功能，該終端可以對設(shè)備負荷印記進行采集與分析，并且可以對設(shè)備的運行情況進行分析，如果設(shè)備運行出現(xiàn)故障，還能夠及時發(fā)出警報[2]。

②技術(shù)方案

該項目對企業(yè)的用電數(shù)據(jù)實現(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)的分級以及分工協(xié)作下，運行更加穩(wěn)定。其一，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對企業(yè)設(shè)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(shù)據(jù)中心。該項目建立了電動機、風(fēng)機等設(shè)備的負荷印記，并使用穩(wěn)態(tài)與動態(tài)特征相結(jié)合的軌跡量化分析方法，對于采集數(shù)據(jù)的準確度進行對比，總負荷電表的計量數(shù)據(jù)與終端數(shù)據(jù)之間的誤差為2.01%，測試線路風(fēng)機負荷以及電動機負荷電表計量數(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)，使用挖掘算法對數(shù)據(jù)進行處理與分析，并計算出負荷變化率、節(jié)電率等相關(guān)信息，然后將其保存至數(shù)據(jù)庫內(nèi)。其三，信息展示系統(tǒng)，通過借助B/S模式將數(shù)據(jù)界面展示出來。

③效益分析

該企業(yè)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(jiān)測終端技術(shù)的應(yīng)用下，年節(jié)約電量為35萬kWh，年收益為32萬元，為企業(yè)帶來了較好的經(jīng)濟效益。該項目的實施，既有效解決了能效監(jiān)測中的技術(shù)問題以及實施問題，還能夠全面收集能耗數(shù)據(jù)，找出管理中存在的問題以及設(shè)備故障，從而為優(yōu)化運行策略以及節(jié)能方案提供強有力的支撐。

結(jié)語：非侵入式能效監(jiān)測終端是在不影響用戶的基礎(chǔ)上對用電情況進行監(jiān)測，與傳統(tǒng)的侵入式能效監(jiān)測方法相比，具有較大的優(yōu)勢，并且為電力系統(tǒng)、電力用戶以及全社會帶來較大的效益。在具體項目中應(yīng)用該技術(shù)，不僅可以有效節(jié)約用電量，還能夠帶來一定的經(jīng)濟效益。

參考文獻：

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

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