智能电网云-端协同非侵入式电力负荷监测技术

2019-05-06

智能电网已经成为21世纪全球能源的新战略。在其需求侧，深入至电器级的用户用电行为精细化分析对推动全社会节能减排和电力系统源/网/荷协调优化意义重大。与在每个电器上分别安装带有通信功能的量测传感器的方法不同，非侵入式电力负荷监测技术仅通过分析用户供电入口的负荷总量数据，便能获取用户内部各电器的分项用电信息，具有成本低、实施容易、可靠性高和用户易接受等特点，但其推广应用面临许多挑战。首先，绝大多数研究以稳态功率为负荷印记，采用基于负荷事件的方法，对小功率和功率连续变化型电器的识别准确性较低，且不稳定。其次，为了正常工作，系统需要基于人工调研和实验预先构建全局通用的电器负荷印记库。由于电器种类繁多、日新月异，这一过程不仅费时费力，而且难以适应千差万别的实际应用场景。再之，在主流监测方案中，现场装置仅负责数据采集，依靠主站对数据进行集中分析，受通信网络传输带宽的限制，数据频率较低，难以保证监测准确性。另外，现有工程实践多局限于个性化能效服务、需求响应管理等传统应用，缺乏对数据应用场景的深度挖掘和拓展应用。

针对非侵入式电力负荷监测技术实用化所面临的各种挑战，在过去的十多年里，中国工程院院士、天津大学余贻鑫教授领导的研发团队从非侵入式电力负荷监测技术基础理论和工程实施方案两方面入手，开展了深入系统的研究，取得了一系列开创性的成果。项目团队包括天津大学、南方电网科学研究院有限责任公司、天津求实智源科技有限公司、天津天大求实电力新技术股份有限公司。主要研究人员有余贻鑫、栾文鹏、刘博、李鹏、肖勇、刘中胜、李秋硕、黎鹏、刘浩、杜伟强、崔高辰、冯丽。该项目已获授权发明专利10项（非侵入式电力负荷监测与分解的电流模式匹配方法，ZL201210466810.7；用于非侵入式电力监测的自适应负荷事件检测方法，ZL201410812176.7等）；获登记软件著作权6项；起草企业标准2项；发表论文38篇，其中，SCI收录3篇，EI检索25篇。

项目团队创立了一系列基于模式识别与深度学习的非侵入式电力负荷监测新原理和新方法，形成了多种方法融合互补的非侵入式电力负荷监测方法体系，突破了对小功率电器和功率连续变化型电器可靠检测的瓶颈，全面提升了电器用电状态监测与识别的准确度，指标明显优于国际同类产品；首创了一整套用于非侵入式电力负荷监测的完全无监督电器自适应建模方法，解决了陌生场景中电器准确建模的技术难题，实现了无需人工干预的电器负荷印记库的全自动建立和维护；首创了云-端协同非侵入式电力负荷监测系统解决方案，研发了可推广应用的硬件装置（智能用电分析仪产品）和软件系统（包括手机APP软件和计算机WEB展示软件等），通过云主站和具有边缘计算能力的智能终端协同机制，优化系统计算资源配置，实现了对广域电力用户负荷的非侵入式实时监测与分析，引领了该技术在设备状态感知、消防和人身安全、电力营销稽查等方面的诸多应用。

该项目团队在国内率先开展非侵入式电力负荷监测技术的理论研究与工程实践。天津求实智源科技有限公司主导并实施了云-端协同非侵入式电力负荷监测系统的软硬件开发，应用该项目成果研制的装置与系统已经在我国北京、天津、山东、浙江、广东等10余个省（直辖市）实地应用，现场监测装置超过上千台，取得了可观的效益，市场前景十分广阔。

该项目成果的部署实施可为智能城市提供前所未有的用电细节大数据，可为全社会节能减排和电网运营优化、智能制造等相关产业升级发展、全面细致的企业和用户能耗数据监测、审计和关键设备健康状态评估、安全隐患监测和提前预警，以及舆情分析与经济政策制订提供重要支撑。此外，基于该项目成果建立的用电细节大数据平台可推动相关技术转型，实现大数据、云计算、人工智能和能源互联网等前沿技术的融合和落地，为能源综合利用和创新服务提供基础和着力点。

项目负责人简介

余贻鑫，中国工程院院士，天津大学教授，电力系统分析、规划与仿真专家。长期结合电力系统工程实际进行深入的电力系统稳定性理论研究，特别是在电力大系统安全监视、防御与控制中域的方法学方面，取得了开创性的国际先进成果，并用于实际电力大系统。多年来，发表论文300余篇，出版著作6部。获国家科技进步二等奖和国家技术发明二等奖各1项、高校十大科技成果奖1项。

在城市电网优化规划方面，提出了一系列有效的理论、模型与算法，成功自主研发功能完整和国内应用广泛的城市电网规划系统，迄今为止已用于国内逾千个城市电网规划项目，涉及金额超过5　000亿元，推动了该技术领域工作的科学化。作为我国智能电网的首倡者与积极推动者，余贻鑫教授理清了智能电网的基本理念，明确了我国建设智能电网的必要性和需要重点关注的挑战性问题，承担了多项中国工程院的智能电网相关咨询项目，举办了中国首届智能电网论坛，对我国智能电网的科学发展和推进实施智能电网工程作出了重要贡献。在国内开拓了“非侵入式电力负荷分解与监测技术”新领域，并积极推进其在智能电网中的应用。