環保管控企業負荷智能辨識技術研究及應用

國網浙江諸暨供電有限公司 陳 挺 王一汀 呂志能

1 引言

負荷智能辨識技術主要形式有侵入式和非侵入式兩種[1]。其中，侵入式技術需要在系統中任意負荷安裝監測裝置，從而獲取實際負荷電能系數，簡捷方便并且識別精確程度較高。非侵入式辨識是指不需進入系統內層，僅在電力系統入口處配備監測裝置，通過監控系統入口的功率、電流電壓等參數達到對內部負荷類型、負荷實際狀態等進行監控，實現負荷辨識的最終目的。相對于侵入式辨識技術來說，非侵入式辨識技術不需要對任意裝置安裝監測設備，極大的減少了監測設備對系統整體運行情況的干擾，并且減少了前期采購安裝的成本和后期數據系統維護的工作。基于此，非侵入式的負荷辨識技術越來越受到科學工作者們的青睞[2-5]。非侵入式負荷辨識系統將采集到的數據進行判斷，從而了解各類用電設備的實際運行情況，同時讓電力企業全面掌控整個電力系統的負荷構成，以及具體負荷的用電等級和用電時長，合理統籌負荷的用電，安排負荷的運行時間，更好地滿足用戶的電氣需求。對于國家而言，不僅可為電力企業的能源節約夯實基礎提供支持，并且在緩解能源壓力，建設資源節約型社會等方面前景深遠。

2 存在問題

為了達到整治環境污染的目的，我國政府通過對污染企業采取關停等措施來減少排污。但有部分企業為追求經濟利益，仍采用各種方式進行違規操作。同時，企業在環保檢查時為了躲避污染檢查會臨時關停各類違規機器設備，減少實時工業產量，降低企業用電量，逃避用電監控，是政府無法實時掌握和管控企業環保治理情況，無法了解污染企業用電設備使用情況。

3 解決方案

本課題主要結合現有采集現狀，深化研究采集數據的應用，實現污染企業用電負荷的智能識別，支撐政府的污染治理。深入分析污染企業用戶用電負荷特征，建立不同污染企業用戶用電負荷特征庫；通過采集環保管控企業污染設備開啟、使用、關停狀態的暫態、穩態負荷特征，利用設備的暫穩態特征，構建污染設備投切典型特征庫；設計研究污染企業用戶負荷識別模塊軟硬件，實現現場設備負荷感知，并對用戶用電負荷智能感知識別系統主站功能設計及開發業務進行研究，實現針對污染企業的非侵入式監測結果，實現污染企業用電設備非侵入式監控。

3.1 侵入式負荷識別技術研究

侵入式負荷識別算法主要由變點檢測、提取捕捉、特征匹配、匯報結果等幾個環節組成。

3.2 非侵入式負荷識別技術研究

非侵入式負荷辨識中，待辨識的負荷，其兩類特征均由負荷設備中包含的電子元器件及其內部電路結構所決定。電力系統研究中一般提到的穩態特征和暫態特征，多見于故障分析與診斷，與系統研究中的特征不同，非侵入式負荷特征更微觀，對應單個負荷設備。負荷特征通過負荷所處狀態的不同，劃分為穩態特征和暫態特征兩類。由于負荷設備的多樣性，目前非侵入式負荷辨識研究中特征特點的分析研究還不足且未建立負荷特征樣本庫。

3.3 研究成果及分析

研究通過在智慧電務服務基礎上，利用侵入式和非侵入式兩種負荷識別技術，搭建環保設備監測平臺，對企業環保治理設備用電情況進行精準“畫像”，率先探索實踐生態環境保護監管新模式，為精準治污提供堅強保障。選取針對性污染企業，實現環保設備“云上查”，排污監管“線上盯”，環境執法“事前管”，大幅提升城市環境治理效率，為百姓守護藍天白云。

3.3.1 環保治理監測平臺搭建

該平臺是利用現有電管家綜合能源管理平臺作為基礎，開發新的環保治理監測模塊，可以實時監控待檢查整治企業運行狀態并且及時準確的推送報警數據。系統布置在外網環境，信息數據對環保部門與電力企業開放，用戶可通過網頁客戶端，移動app 客戶端查看數據。

3.3.2 降低企業治污監控設備安裝成本

環保電監測系統為廣大中小企業提供了一個新的選項，相較于傳統在線自動監控（監測）設備，每套“電力大數據”環保監測系統安裝和運營成本可降低95%左右。

環保電監測系統通過分析排污、治污設備匹配狀況和治污設備運行情況，對治污設備停機、更換治污耗材提供精準建議，減輕企業治污設備運維壓力，減少企業生態環境管理成本。

安裝環保電監測系統后，各企業治污設備運行受到實時監控和歷史追溯。同時通過線上監管、手機APP 和遠程稽查等技術手段，實現監管和服務深度融合，讓偷排行為“看得見、打得掉、管得住”，進一步保障守法企業的合法利益，維護市場公平性。

3.3.3 負荷識別特征庫建立

為了驗證所選算法是否滿足識別要求，選擇了某企業的生產環境為試驗環境，進行了現場試驗。企業的生產設備包括攪拌機、可傾壓力機、電爐等，負荷識別模塊設備安裝在所有設備的總進線處。

試驗的過程如下：提取各設備的特征波形。事先用錄波儀錄取了相關設備的啟動波形，生成了特征庫文件。

4 結語

通過對各用電設備的電壓、電流等信息監測，監控設備的運行狀態，對設備短路、人員觸電等安全事故進行風險識別，并主動上報至電氣監測部門和消防部門，保障安全生產，保護設備財產和人身安全。此外，負荷識別技術能夠準確識別家用電器運行過程中的違約用電、功率異常等情況（如電動車違規充電），以便供電部門第一時間知悉并把控。

非介入式負荷辨識技術能夠將企業用電設備運行及用能狀態透明化，有效查找因設備陳舊、非經濟運行狀態等原因造成的電能損耗浪費，幫助用能單位加強能源消耗日常調度、提升能源管理精細化水平、避免設備在低效率或低功率因數下運行，為開展能源審計、審查以及節能改造投資等提供決策支撐服務。

利用負荷識別了解用戶用能模式，實現治污設施的運行狀態實時監控，及時將數據傳遞給環境保護部門，督促環保污染企業減少廢氣、廢水。幫助政府解決環保污染企業點多面廣，僅依靠基層環保執法人員現場檢查，日常監管無法充分到位的問題。