非侵入式能效监测终端技术及应用探析

吴照红

摘 要：非侵入式能效監测终端技术是一种新技术，该技术的应用具有极大的优势，不仅成本较低、性能较高，还具有良好的应用前景。本文阐述了非侵入式能效监测终端技术的相关内容，然后对非侵入式能效监测终端技术的应用展开探究。

关键词：非侵入式;能效监测;应用

前言：能效监测主要是借助一些先进的技术进行电力能耗监测，提供相应的动态监控服务，这在节能工作的开展中有着重要的作用，对我国的能源利用率提升有着极大的意义，并且还有助于缓解能源压力，促进能源的可持续发展。非侵入式能效监测终端技术主要是对电力负荷入口的电流、电压、功率等进行测量与分析，不用进入负荷的内部便可以得出不同设备的功率消耗比例，实现负荷分解。该技术在电力企业的应用大大降低了监测成本，并且还能够在商业楼、居民楼等各大领域进行能效监测。

1 非侵入式能效监测终端技术相关概述

1.1 技术原理

非侵入式能效监测终端技术的应用，主要是对测量点的电气量进行分析，完成总负荷分解，并估算出单个设备的用能信息。在非侵入式能效监测中，负荷印记是用电设备运用中可以体现出来的信息，且该信息能够将用电的状态反映出来，负荷印记的负荷运行特点主要是根据设备的运行条件而变化的，其中分为三个模式，即运行、稳态、暂态，设备的运行控制战略决定了运行模式，设备内的元器件特点决定其余两类模式[1]。由于负荷印记的特点具有一定的再现性，所以，在此基础上可以分辨负荷的类型以及相应的使用情况，这便是该技术的实现原理。

1.2 方案设计

在以往的侵入式负荷监测中，通常需要安装一些硬件，例如传感器等，对于每一个设备的监测数据，将其传至数据处理中心，硬件设施具有一定的复杂性，而软件则相对简单，软硬件的安装、维修需要耗费大量的资金，并且在安装时可能要进入负荷内部，从而对用户带来不便，情况严重的话还会影响系统的正常运行。非侵入式能效监测工具对监测对象没有较大的影响，并且可以提供相应的能耗数据，与传统监测工具不同的是，只需在电力进线的地方安装信号采样设备，便可以依据电能信号分析出每一个设备的用电情况，有效解决了传统监测方法存在的不足之处。

如图1所示，负荷分解主要包含五个步骤，其一，数据量测主要是获取总负荷信号，量测出来的误差会产生较大的影响，关键在于数据处理，提升抗噪能力;其二，数据处理是对电气量的计算以及标幺化，对于电波干扰问题，主要由标幺化来处理，并在数据处理之后展开相应的探测，从而了解设备的运行变化情况;其三，事件探测是根据特定时间内负荷印记产生的变化，主要有两种方法，一种是规则判断，另一种是变点检测，事件探测中最难的部分便是参数的选取，负荷印记的变化临界值选取、时间段的大小的选择非常关键，如果过大或者过小，都会影响探测的正确性，甚至增加计算量;其四，特征提取主要是从事件发生之前以及事件发生之后的数据中提取，并且能够用于负荷识别，想要提升负荷识别的准确性，就要确保特征的有效性，如果负荷印记、提取方法有所不同，那么相应结果也会产生变化;其五。负荷识别主要是将第四步中的特征与库中的负荷特征互相对比，如果两者相似度较高，则可以识别出对应设备。负荷特征库主要通过人工记录以及算法分类两种进行建立，人工记录的效果较差，算法自动分类是人工智能方法中的一种。

图1 负荷分解流程

2 非侵入式能效监测终端技术的应用措施

工业是我国的能耗大户，在全国能耗中占据70%，加强能效监测是降低能耗、提升企业经济效益的重要途径。在某企业能效监测节能服务项目中，通过应用非侵入式能效监测终端技术，采集企业的用能数据，然后进行综合，提出相应的节能建议，降低企业的能耗。

①技术优点

首先，非侵入式能效监测终端技术能够进行分项计量，一台终端可以实现单个供电回路的计量，在设备的能耗识别方面具有一定的准确性。其次，具有较大的成本优势，终端的具体实施以及改造量比较小，所需的数据也传统的分项计量终端小得多，在成本方面具有极为突出的优势。最后，能够对设备状态进行分析，并且实现设备报警功能，该终端可以对设备负荷印记进行采集与分析，并且可以对设备的运行情况进行分析，如果设备运行出现故障，还能够及时发出警报[2]。

②技术方案

该项目对企业的用电数据实现全天候采集与分析，系统主要由三部分构成，在系统的分级以及分工协作下，运行更加稳定。其一，数据采集系统，对企业设备的用电信息进行采集，完成电量以及日常信息的处理，并传输至数据中心。该项目建立了电动机、风机等设备的负荷印记，并使用稳态与动态特征相结合的轨迹量化分析方法，对于采集数据的准确度进行对比，总负荷电表的计量数据与终端数据之间的误差为2.01%，测试线路风机负荷以及电动机负荷电表计量数据与终端数据之间的最大误差分别为9.03%、8.27%。其二，数据分析系统，使用挖掘算法对数据进行处理与分析，并计算出负荷变化率、节电率等相关信息，然后将其保存至数据库内。其三，信息展示系统，通过借助B/S模式将数据界面展示出来。

③效益分析

该企业的年用电量大概为750万kWh，项目的投资为90万元，总共安装27台终端，在非侵入式能效监测终端技术的应用下，年节约电量为35万kWh，年收益为32万元，为企业带来了较好的经济效益。该项目的实施，既有效解决了能效监测中的技术问题以及实施问题，还能够全面收集能耗数据，找出管理中存在的问题以及设备故障，从而为优化运行策略以及节能方案提供强有力的支撑。

结语：非侵入式能效监测终端是在不影响用户的基础上对用电情况进行监测，与传统的侵入式能效监测方法相比，具有较大的优势，并且为电力系统、电力用户以及全社会带来较大的效益。在具体项目中应用该技术，不仅可以有效节约用电量，还能够带来一定的经济效益。

参考文献：

[1]郑凯. 配电网能效监测中的居民用户非侵入式负荷分解研究[D].广东工业大学，2018.

[2]赵颖. 基于非侵入式负荷监测的建筑物电能管理系统研究[D].华东交通大学，2021.