[发明专利]非侵入式电力负荷监测与分解技术实施的体系架构

说明书

技术领域

本发明涉及电力负荷用电信息监测系统，尤其是针对一种全新的电力负荷用电细节监测技术实施与应用的体系架构。

背景技术

电力负荷用电细节监测是指获得精细到设备类或电器的电力用户用电信息。非侵入式电力负荷监测与分解(Non-Intrusive Load Monitoring and Disaggregating，可简记为NILMD)技术是一种全新的电力负荷用电细节监测和分析技术：仅在配电系统(如一户居民或一幢楼宇，一条工业母线或一个工厂车间、以至一个微电网)总电源处或者配电馈线上的某一个供电点安装一个传感器，通过采集和分析负荷在此点的量测信息(如电流和端电压等)来获得负荷内部每类或单个用电设备的用电信息(如工作状态，用电功率等)。相比侵入式电力负荷监测(为每个用电设备分别安装独立的传感器)，具有易操作、低成本、可靠性高、数据完整性好和易于推广应用等优势^[1,4]，也能很好地满足临时性负荷调研的需求。应用NILMD技术可以突破负荷用电总量信息监测的瓶颈，从而获得无可取代的工程效益^[1]。

目前，NILMD技术已引起了美国、英国、加拿大、日本、芬兰、中国和意大利等多个国家的组织和研究机构的高度关注，并已分别对该项技术开展了相关研究，该项技术早在20世纪80年代就已被提出^[2]，根据已有文献报道，截至目前绝大多数研究都集中在监测方法本身^[3-6]，即着眼于提高监测准确性、降低监测方法的复杂度，在研究核心监测方法时，一般假设监测方法赖以实现的电力负荷特征数据库是事先建立好的。

然而，NILMD技术实用化面临如下关键问题：

首先，负荷印记是实现非侵入式电力负荷监测与分解的根本依据，原理上，欲准确辨识和监测目标电气设备，必须提供属于该电气设备的某种(或某几种)负荷印记^[1]。因而，在分解设备首次安装时，非侵入式电力负荷监测与分解技术实施的体系架构(Non-Intrusive Load Monitoring and Disaggregating Solution Infrastructure，可简记作NILMDSI)必须为用户一端具有非侵入式电力负荷监测与分解功能的设备(以下简称“分解设备”)中负荷特征数据库的建立提供实用可靠的解决方案，分解设备中所建立的负荷特征数据库是以满足现场分解设备的监测功能需求为准的，它会因用户负荷构成的不同而有所差异；分解设备正常运行时，由于电气设备种类不断增多和更新换代速度加快，新型电气设备不断涌现，而且用户侧也会更换原有电气设备和增添新的电气设备，因此NILMDSI需要支持分解设备中电力负荷特征数据库的及时更新和维护以保证NILMD功能持续、正常、有效的执行，这是NILMD实用化必须妥善解决的关键问题之一。在NILMDSI中，技术提供方一端的电力负荷特征数据库中的电气设备负荷印记记录可以来源于科研机构的实验室研究，或者电气设备生产方在设备出厂前的测试结果等，此外，要求NILMDSI能够支持电力用户以匿名的形式自愿地将负荷印记量测数据上送至技术提供方一端的电力负荷特征数据库中以供NILMDSI中其他用户共享，从而可为技术提供方一端完成负荷印记收集提供另一个有效的解决方案。

而且，随着科学研究的拓展和深化，势必会出现多种不同的NILMD技术方法，它们在监测目标、监测性能和监测策略等方面往往有所不同。不同的NILMD技术方法可能分别以每类电力负荷、每个大功率电气设备和家庭内每个电器的用电信息作为不同监测目标，而监测目标相同的方法的监测性能(如功率监测相对误差、电气设备工作状态辨识准确性^[7]等方面)会有差异，这种差异可能会在同种NILMD技术方法的不同版本间有所体现，此外，监测策略的不同主要体现在给出监测结果的实时性不同，如可以(近乎)实时地、或者每隔15分钟/1个小时/1天等给出监测结果。实际应用过程中，一方面，不同的用户群体对NILMD技术方法有不同的需求，另一方面，同一用户对NILMD技术方法的需求也会在不同的使用阶段而有所不同，因而，NILMDSI必须为用户方便快捷地获取所需的NILMD技术方法提供实用可靠的解决方案。