刘振如 廖涵冰 孙艳 刘伟

摘 要：基于非侵入式负荷分解技术和移动互联技术，搭建智能监测平台。该平台可实现户内每件电器用电监测，实现智能家居实时用能共享。以深度学习算法为基础，采用物联网硬件监测+大数据分析+移动端控制的模式，实现“精准服务+个性服务”的服务体系。在平台推广中，实现功能多样化，最大化地挖掘客户资源，并通过实际用电客户的大数据验证分析，从家庭企业节能和需求侧管理两个方面给出了优化用电建议。

关键词：居民用电;用电细节监测;智能监测平台

中图分类号：TM762文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）01-0134-03

Abstract： Based on non-invasive load decomposition technology and mobile Internet technology， an intelligent monitoring platform was built， which could monitor the power consumption of every electrical appliance in the house and realize real-time energy sharing of smart home. Based on the deep learning algorithm， the service system of "precise service + personalized service" was realized by adopting the mode of Internet of things hardware monitoring + big data analysis + mobile terminal control; in the platform promotion， the functions are diversified， the customer resources were maximized， and through the big data verification and analysis of the actual power customers， the energy-saving and demand side management of family enterprises were presented suggestions for optimizing power consumption.

Keywords： residential power consumption;detailed monitoring of power consumption;intelligent monitoring platform

2019年4月，国家发展改革委办公厅市场监管总局办公厅联合印发了《关于加快推进重点用能单位能耗在线监测系统建设的通知》，要求各地区按照《中华人民共和国节约能源法》推进能耗监测系统建设。我国正步入集约化、精细化的社会，节能减排成为新的趋势和要求。但目前，从实践来看，国内并没有利用能耗监测平台监测家庭用电和普通企业用电。

1 用电数据监测的现状

目前，传统计量电表无法获取单台家电用电信息，无法在线监测运行状态等。用电信息不能动态、准确、实时地采集，更不能清晰地展示给用户，数据资源无法实现共享和应用，对用户超出预计的电费金额更无从考证，无法控制。例如，家里的电冰箱、电水壶、电视机等功率和电量等用能信息，电表是无法识别和掌控的，无法做到全类型全覆盖式精细化负荷数据的采集[1-3]。

当前，我国整体用电水平和需求侧的管理效率不高，一些地区的高峰用电依然紧张，电网峰谷差不斷拉大，电力供应形势不容乐观。目前，国家通过相应政策措施来引导用户错峰时少用电、低谷时多用电，从而减轻用电高峰时段的供电压力，但无法从根本上提高供电效率，优化用电方式，需要通过全类型全覆盖式精细化负荷数据采集和监测，通过大数据分析智能控制电器启停和低功率运行，从而减少用电高峰期的供电压力。

2 智能用电监测平台的实现方法

首先将智能分析仪安装在供电总口处，整个平台由中央控制层、网络通信层、终端测控层和电器设备层四层组成;采用电力专网常用的485、GPRS通信方式，或公网常用的WiFi、以太网等多种通信技术方式，增加了数据传输模块，并通过手机APP进行人机互动，通过唯一设备号绑定在平台中，用户通过手机终端设备进入平台监测模块，通过绑定的设备编号查看家居设备用电情况及用电分析报告，并且通过APP控制已绑定家用电器的开关。利用负荷识别结果对用户总功率信号进行分解，得到各个电器具体的用电信息，记录每个负荷的用电情况。该智能用电监测平台可广泛应用在220 V/380 V的居民、商业、企业等终端用户。

3 平台创新点实现

首先，利用非侵入式电力负荷监测分解技术。非侵入式电力负荷监测与分解技术是一种全新的监测负荷耗电细节的技术。采用开合式CT取电流，T接穿刺线夹取电压，安装简单、不用停电、即插即用。基于用电细节信息的需求侧管理技术系统能极大地提升需求侧管理项目的成本效益，促进用户参与需求响应[4-7]。

其次，由于用户群体为普通用户和企业用户，因此，电能数据分析具有高并发、访问时间不固定等特点。传统电能企业数据分析算法的CPU使用率大，单次执行时间长，会造成服务器CPU使用率瞬间上升至峰值，严重影响服务器性能，从而对用户体验造成恶劣影响。大规模电能数据分析引擎的核心算法借鉴了经典的网约车调度算法，将多进程资源控制与用电分析算法相结合，保证了服务器资源使用率在合理范围内，解决了在大规模、高并发情况下的电能分析问题。

最后，结合分时电价，得到居民和部分企业用电行为的详细分析结果，通过实际的用户数据验证所提方法的有效性，并从家庭节能和需求侧管理方面优化用电建议，辅助突破现有需求侧管理、违规用电稽查、客户服务的业务瓶颈。

4 项目实施

智能监测平台分成三个阶段稳步实施。

第一阶段，快速验证市场可行性，以线下拜访和小区团购的营销方式为主，快速验证用户接受度，收集用电数据，加快数据模型调整和用户体验优化，以保证电器使用的广泛性和解决方案的准确性。

第二阶段，在未来两年内，以用户数量突破十万、数据量突破百万的双增长方向为目标，与分发渠道达成合作，建立独立流量入口，以产品运营驱动连续优化迭代产品，培养用户线上购买使用习惯，优化用户体验，针对企业用户和家庭用户细分不同的盈利模式及解决方案，配合线上推广，树立品牌形象，形成竞争壁垒。

第三阶段，未来5年内，平台将寻求外部资本资金抢占市场份额，以覆盖全国50%的家庭和中小微企业为目标，细分市场，精细运营。技术是企业的立根之本，平台旨在组建专业科研团队，使技术专利达到世界先进水平，掌握核心竞争力，打造开发合作平台，扶持初创企业成长，带动行业长远发展，响应国家政策，承担社会责任，提升社会形象。

5 安全风险与对策

本文设计的智能用电监测平台也存在安全风险。一是数据安全风险。数据属于一种资产，数据安全最为关键，平台采用AES算法传输数据（在密码学中又称Rijndael加密法），此算法可抵抗所有已知攻击，在多个平台上速度快，编码紧凑，并且设计简单。二是平台安全风险。平台安全指平台主机、系统、组件自身的安全和身份鉴别、访问控制、接口安全、多租戶管理等安全问题，是对大数据平台传输、存储、运算等资源的安全防护要求。笔者通过平台各组件与系统的漏洞扫描管理、规范化的基线核查管理、平台态势感知，确保大数据平台的安全运行。三是政策导向和大数据安全体系不完善。数据所有权、隐私权等相关法律法规以及信息安全、开放共享等标准和规范尚不完善，尚未建立兼顾安全和发展的数据开放、管理和信息安全保障体系。

6 商业模式

平台由两部分组成：一是插入电表下方的硬件设备;二是手机APP端的监控平台。两者的结合，可以更好地监测电器能耗情况。通过售卖硬件和监测系统来获取利润。目前客户群分为两种：居民用户和中小微企业。

为居民用户服务方面，提供的价值较多：一是在节能方面，实时监测每个电器的电功率和所处工作状态（如空调处于制冷状态、洗衣机处于漂洗状态等），用户可自主调整和优化用电行为，达到节省电能和电费的目的;二是在安全用电方面，监测电器的电功率和工作状态，可以帮助用户快速准确地监测、诊断和清除电器故障，以便于及时维修设备，避免事故的发生。

为中小微企业服务方面，其提供的服务主要表现在以下几方面。一是个性化用电监测服务。根据用户用电习惯及当地阶梯电价政策，结合用电常识及电器特性，制订针对中小微企业的个性化电器监测方案。同时，还可以为政府部门解决民生问题，如监控社区内孤寡老人的异常用电情况。二是为电器研发厂商提供数据详单。智能用电监测平台收集到的耗能数据反馈给电器研发单位，共同推动制造商加速开展低能耗设备的研发，诱发能效市场的改革和帮助监管部门科学地制定政策。

7 项目预期成效

在经济效益方面，该平台旨在优化城镇家庭及中小微企业的用电，将探索新的营销及盈利模式，预计数据量突破百万级;预计截至2021年底，解决天津市境内所有城镇家庭及中小微企业的用电优化，数据驱动产品迭代，探索新的营销及盈利模式;预计截至2021年底，用户量突破千万，形成提供居民（行业）用电报告分析，为政府及企业指定发展规划提供数据支持。

在社会效益方面，该平台不仅关心用户的智能用电，还会根据用户的用电习惯分析得出用户画像，一旦监测到某段时间内用电习惯与以往习惯不同便会重点标记。2019年6月平台标记到某小区内一户家庭用电异常，工作人员上门询问得知房屋内是独居聋哑老人，因电器年老失修导致。此事引起高度重视，特组织送关怀活动，为超过50个独居老人免费电器换新，保证了用户的用电安全。

随着智能电网的不断发展，提高电力利用效率，促进电力资源优化配置显得越来越重要。对电力用户来说，电网企业获取用户详细用电细节数据能更好地了解用户的用电行为，调整能源结构，科学管理用电，从而提高用户用电体验。对电力企业来说，有助于优化电网的规划和运行，有助于电力营销的精细化管理。对国家来说，能耗监测是节能的基础。加强能源消耗监测，特别是电力能源消耗监测，对提高能源利用效率、实现能源可持续发展、建设节约型社会、缓解能源压力具有重要的现实意义。普及电力智能监测的推广，可以改善电力用户与电网企业的互动关系，使用户更多地参与电力市场运行。

参考文献：

[1]余贻鑫，刘博，栾文鹏.非侵入式居民电力负荷监测与分解技术[J].南方电网技术，2013（4）：6-10.

[2]章建.电力系统负荷模型与辨识[M].北京：中国电力出版社，2007.

[3]纪亮.国家发展改革委、质检总局印发《重点用能单位能耗在线监测系统推广建设工作方案》[J].中国计量，2017（11）：13.

[4]黎鹏.非侵入式电力负荷分解与监测[D].天津：天津大学，2009.

[5]葛胜敏.多措并举推动内蒙古大数据产业高质高效发展[J].北方经济，2018（Z1）：31-34.

[6]赛迪智库.大数据安全面面观[J].软件和集成电路，2017（10）：86-88.

[7]陈居勤.智能电网隐私保护方法的研究[D].长沙：湖南大学，2016.