環(huán)保管控企業(yè)負(fù)荷智能辨識(shí)技術(shù)研究及應(yīng)用

國網(wǎng)浙江諸暨供電有限公司 陳 挺 王一汀 呂志能

1 引言

負(fù)荷智能辨識(shí)技術(shù)主要形式有侵入式和非侵入式兩種[1]。其中，侵入式技術(shù)需要在系統(tǒng)中任意負(fù)荷安裝監(jiān)測裝置，從而獲取實(shí)際負(fù)荷電能系數(shù)，簡捷方便并且識(shí)別精確程度較高。非侵入式辨識(shí)是指不需進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)層，僅在電力系統(tǒng)入口處配備監(jiān)測裝置，通過監(jiān)控系統(tǒng)入口的功率、電流電壓等參數(shù)達(dá)到對(duì)內(nèi)部負(fù)荷類型、負(fù)荷實(shí)際狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷辨識(shí)的最終目的。相對(duì)于侵入式辨識(shí)技術(shù)來說，非侵入式辨識(shí)技術(shù)不需要對(duì)任意裝置安裝監(jiān)測設(shè)備，極大的減少了監(jiān)測設(shè)備對(duì)系統(tǒng)整體運(yùn)行情況的干擾，并且減少了前期采購安裝的成本和后期數(shù)據(jù)系統(tǒng)維護(hù)的工作?；诖?，非侵入式的負(fù)荷辨識(shí)技術(shù)越來越受到科學(xué)工作者們的青睞[2-5]。非侵入式負(fù)荷辨識(shí)系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，從而了解各類用電設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況，同時(shí)讓電力企業(yè)全面掌控整個(gè)電力系統(tǒng)的負(fù)荷構(gòu)成，以及具體負(fù)荷的用電等級(jí)和用電時(shí)長，合理統(tǒng)籌負(fù)荷的用電，安排負(fù)荷的運(yùn)行時(shí)間，更好地滿足用戶的電氣需求。對(duì)于國家而言，不僅可為電力企業(yè)的能源節(jié)約夯實(shí)基礎(chǔ)提供支持，并且在緩解能源壓力，建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)等方面前景深遠(yuǎn)。

2 存在問題

為了達(dá)到整治環(huán)境污染的目的，我國政府通過對(duì)污染企業(yè)采取關(guān)停等措施來減少排污。但有部分企業(yè)為追求經(jīng)濟(jì)利益，仍采用各種方式進(jìn)行違規(guī)操作。同時(shí)，企業(yè)在環(huán)保檢查時(shí)為了躲避污染檢查會(huì)臨時(shí)關(guān)停各類違規(guī)機(jī)器設(shè)備，減少實(shí)時(shí)工業(yè)產(chǎn)量，降低企業(yè)用電量，逃避用電監(jiān)控，是政府無法實(shí)時(shí)掌握和管控企業(yè)環(huán)保治理情況，無法了解污染企業(yè)用電設(shè)備使用情況。

3 解決方案

本課題主要結(jié)合現(xiàn)有采集現(xiàn)狀，深化研究采集數(shù)據(jù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)污染企業(yè)用電負(fù)荷的智能識(shí)別，支撐政府的污染治理。深入分析污染企業(yè)用戶用電負(fù)荷特征，建立不同污染企業(yè)用戶用電負(fù)荷特征庫；通過采集環(huán)保管控企業(yè)污染設(shè)備開啟、使用、關(guān)停狀態(tài)的暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)負(fù)荷特征，利用設(shè)備的暫穩(wěn)態(tài)特征，構(gòu)建污染設(shè)備投切典型特征庫；設(shè)計(jì)研究污染企業(yè)用戶負(fù)荷識(shí)別模塊軟硬件，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備負(fù)荷感知，并對(duì)用戶用電負(fù)荷智能感知識(shí)別系統(tǒng)主站功能設(shè)計(jì)及開發(fā)業(yè)務(wù)進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)針對(duì)污染企業(yè)的非侵入式監(jiān)測結(jié)果，實(shí)現(xiàn)污染企業(yè)用電設(shè)備非侵入式監(jiān)控。

3.1 侵入式負(fù)荷識(shí)別技術(shù)研究

侵入式負(fù)荷識(shí)別算法主要由變點(diǎn)檢測、提取捕捉、特征匹配、匯報(bào)結(jié)果等幾個(gè)環(huán)節(jié)組成。

3.2 非侵入式負(fù)荷識(shí)別技術(shù)研究

非侵入式負(fù)荷辨識(shí)中，待辨識(shí)的負(fù)荷，其兩類特征均由負(fù)荷設(shè)備中包含的電子元器件及其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)所決定。電力系統(tǒng)研究中一般提到的穩(wěn)態(tài)特征和暫態(tài)特征，多見于故障分析與診斷，與系統(tǒng)研究中的特征不同，非侵入式負(fù)荷特征更微觀，對(duì)應(yīng)單個(gè)負(fù)荷設(shè)備。負(fù)荷特征通過負(fù)荷所處狀態(tài)的不同，劃分為穩(wěn)態(tài)特征和暫態(tài)特征兩類。由于負(fù)荷設(shè)備的多樣性，目前非侵入式負(fù)荷辨識(shí)研究中特征特點(diǎn)的分析研究還不足且未建立負(fù)荷特征樣本庫。

3.3 研究成果及分析

研究通過在智慧電務(wù)服務(wù)基礎(chǔ)上，利用侵入式和非侵入式兩種負(fù)荷識(shí)別技術(shù)，搭建環(huán)保設(shè)備監(jiān)測平臺(tái)，對(duì)企業(yè)環(huán)保治理設(shè)備用電情況進(jìn)行精準(zhǔn)“畫像”，率先探索實(shí)踐生態(tài)環(huán)境保護(hù)監(jiān)管新模式，為精準(zhǔn)治污提供堅(jiān)強(qiáng)保障。選取針對(duì)性污染企業(yè)，實(shí)現(xiàn)環(huán)保設(shè)備“云上查”，排污監(jiān)管“線上盯”，環(huán)境執(zhí)法“事前管”，大幅提升城市環(huán)境治理效率，為百姓守護(hù)藍(lán)天白云。

3.3.1 環(huán)保治理監(jiān)測平臺(tái)搭建

該平臺(tái)是利用現(xiàn)有電管家綜合能源管理平臺(tái)作為基礎(chǔ)，開發(fā)新的環(huán)保治理監(jiān)測模塊，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控待檢查整治企業(yè)運(yùn)行狀態(tài)并且及時(shí)準(zhǔn)確的推送報(bào)警數(shù)據(jù)。系統(tǒng)布置在外網(wǎng)環(huán)境，信息數(shù)據(jù)對(duì)環(huán)保部門與電力企業(yè)開放，用戶可通過網(wǎng)頁客戶端，移動(dòng)app 客戶端查看數(shù)據(jù)。

3.3.2 降低企業(yè)治污監(jiān)控設(shè)備安裝成本

環(huán)保電監(jiān)測系統(tǒng)為廣大中小企業(yè)提供了一個(gè)新的選項(xiàng)，相較于傳統(tǒng)在線自動(dòng)監(jiān)控（監(jiān)測）設(shè)備，每套“電力大數(shù)據(jù)”環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)安裝和運(yùn)營成本可降低95%左右。

環(huán)保電監(jiān)測系統(tǒng)通過分析排污、治污設(shè)備匹配狀況和治污設(shè)備運(yùn)行情況，對(duì)治污設(shè)備停機(jī)、更換治污耗材提供精準(zhǔn)建議，減輕企業(yè)治污設(shè)備運(yùn)維壓力，減少企業(yè)生態(tài)環(huán)境管理成本。

安裝環(huán)保電監(jiān)測系統(tǒng)后，各企業(yè)治污設(shè)備運(yùn)行受到實(shí)時(shí)監(jiān)控和歷史追溯。同時(shí)通過線上監(jiān)管、手機(jī)APP 和遠(yuǎn)程稽查等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)監(jiān)管和服務(wù)深度融合，讓偷排行為“看得見、打得掉、管得住”，進(jìn)一步保障守法企業(yè)的合法利益，維護(hù)市場公平性。

3.3.3 負(fù)荷識(shí)別特征庫建立

為了驗(yàn)證所選算法是否滿足識(shí)別要求，選擇了某企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境為試驗(yàn)環(huán)境，進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)。企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備包括攪拌機(jī)、可傾壓力機(jī)、電爐等，負(fù)荷識(shí)別模塊設(shè)備安裝在所有設(shè)備的總進(jìn)線處。

試驗(yàn)的過程如下：提取各設(shè)備的特征波形。事先用錄波儀錄取了相關(guān)設(shè)備的啟動(dòng)波形，生成了特征庫文件。

4 結(jié)語

通過對(duì)各用電設(shè)備的電壓、電流等信息監(jiān)測，監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)設(shè)備短路、人員觸電等安全事故進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，并主動(dòng)上報(bào)至電氣監(jiān)測部門和消防部門，保障安全生產(chǎn)，保護(hù)設(shè)備財(cái)產(chǎn)和人身安全。此外，負(fù)荷識(shí)別技術(shù)能夠準(zhǔn)確識(shí)別家用電器運(yùn)行過程中的違約用電、功率異常等情況（如電動(dòng)車違規(guī)充電），以便供電部門第一時(shí)間知悉并把控。

非介入式負(fù)荷辨識(shí)技術(shù)能夠?qū)⑵髽I(yè)用電設(shè)備運(yùn)行及用能狀態(tài)透明化，有效查找因設(shè)備陳舊、非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)等原因造成的電能損耗浪費(fèi)，幫助用能單位加強(qiáng)能源消耗日常調(diào)度、提升能源管理精細(xì)化水平、避免設(shè)備在低效率或低功率因數(shù)下運(yùn)行，為開展能源審計(jì)、審查以及節(jié)能改造投資等提供決策支撐服務(wù)。

利用負(fù)荷識(shí)別了解用戶用能模式，實(shí)現(xiàn)治污設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)將數(shù)據(jù)傳遞給環(huán)境保護(hù)部門，督促環(huán)保污染企業(yè)減少廢氣、廢水。幫助政府解決環(huán)保污染企業(yè)點(diǎn)多面廣，僅依靠基層環(huán)保執(zhí)法人員現(xiàn)場檢查，日常監(jiān)管無法充分到位的問題。