蓝奥声核心技术—— 用电异常监控技术

1.技术背景

用电异常监控技术主要通过电能监测节点作为目标监测节点对其关联绑定的用电负载对象的异常状态进行快速响应与准确监控，以解决用电监控的安全性问题。该项技术涉及无线物联网边缘智能与测控的技术领域，主要涉及面向电能监测及安全监控的边缘协同感知网络及智能硬件设备。

电力能源的综合利用效率主要体现在安全性、节能性及经济性方面。随着物联网智能技术的发展，电能监测与安全监控管理不仅面向电力生产、传输、配送环节，还需要更广泛、深入地涵盖到分布式用电节点的用电全过程，对用户范围内不同用电场景中用电负载对象及终端设备进行监测监控。

随着无线通信、物联网及监测控制等技术的快速发展，面向工业现场环境的用电设备监控管理，建立可提供分布式、低功耗、大数据、持续性、边缘与中心智能管理相结合的信息服务系统，对于用电节点能源利用效率及安全水平，进行监测、监控、汇总、评估、指导等信息服务，不仅可以提供实时安全性监控，还可以为持续改善电能使用效率及安全性管理提供决策依据。

电能监测节点设备（如电能表、电能计量传感器、电能计量插座等）可支持电能监测数据采集，通过状态监测、位置感知、远程控制及异常处理，实现诸多智能管理能力，但在用电设备匹配、瞬态异常响应及保护等方面，其安全性仍需要进一步提升。

2.2现有电能监测技术对于用电过程的安全监控，主要存在以下缺陷：

1)安全保护缺乏对目标场景的关联性：现有技术基于物联网边缘网络进行电能监测时，现场环境由分布式电能监测节点进行监测数据采集（并上传给上位主机）时，多个电能监测节点各自作为相对独立的目标监测节点，相互之间缺乏必要的协同服务，包括协同感知监测、协同数据处理、协同通信及协同保护，以及针对不同目标场景状态，动态调整电能监测策略预案的灵活性。

2)对接入接出瞬态缺乏安全保护：现有技术的安全保护主要针对用电负载运行过程，而对负载对象接入接出（插拔）的瞬态过程，缺乏更有针对性行的有效保护。对于特殊工业环境的负载热插拔，为了进行防弧而不得不采取过于结构过于复杂、成本极高的特殊防弧保护技术。

3).节能性与安全监控能力的平衡问题：现有技术电能监测模式，在用电负载处于不同运行状态（如未接入或接入后的正常运行、潜在异常或临界异常状态），缺乏根据当前目标场景及负载对象状态进行由针对性的灵活选择与适应能力。不加区别的实时监测数据处理，不仅会导致敏感性资源（如功耗、算力、带宽）的无谓损失、大量的数据冗余；也会导致在重点目标负载对象真正出现瞬态异常时，缺乏更为实时、有效的异常处理能力。

4)实时性与稳定性之间的平衡问题：现有技术并没有很好地解决瞬态保护的实时性与稳定性之间的平衡问题。若异常保护按一段时间的有效值响应，则因缺乏实时性导致瞬态异常响应时间过长，而且在电能信号出现瞬态畸变时，有效值并不能很好地反映瞬态冲击量；但是，若对瞬态监测值进行响应，则会产生较大的误差与不稳定性，尤其在瞬态脉冲畸变较大时。

因此，如何对用电负载对象的监测模式进行弹性调整，以对处于异常状态的负载对象具备更加安全的监控能力，如何对瞬态异常特征参数进行跟踪监控，以能够快速、准确地获得瞬态异常的触发响应，成为亟待解决的技术问题。

2.关于蓝奥声电能异常监测（电能信号瞬态异常响应）技术

2.1蓝奥声电能信号瞬态异常响应技术所解决的技术问题

该项技术要解决的技术问题在于，电能监测节点根据当前负载对象的异常状态等级，通过调整监测模式使得当异常状态变量符合瞬态异常条件时，能够快速获得瞬态异常响应，以此解决节能性与安全监控能力的平衡问题；通过对瞬态异常特征参数进行临界实时跟踪处理和临界反馈监测，在瞬态异常时能够快速获得与前置触发响应，从而解决实时性与稳定性之间的平衡问题。

2.2类似竞争技术的缺陷问题（→见前述）

3.技术解决方案

3.1概述

某一电能监测节点作为目标监测节点，对其关联绑定的用电负载对象的用电异常状态进行监控。

首先，根据分级异常条件对当前的目标监测信息进行状态评估处理，获得所述负载对象的异常状态信息；根据所述异常状态信息，当所述负载对象处于潜在异常状态时，启动安全监测模式：对所述负载对象的异常状态变量进行安全跟踪监测；当所述异常状态变量符合临界异常条件时，则启动临界监测模式；当所述异常状态变量符合瞬态异常条件时，即获得瞬态异常响应。

其次，当所述负载对象处于临界异常状态时，通过临界实时跟踪处理获得所述负载对象的瞬态异常特征参数；基于所述瞬态异常特征参数，通过临界反馈监测，调整与瞬态异常条件对应的前置触发条件；当被跟踪监测的前端输入信号符合所述前置触发条件时，即获得瞬态异常响应。

1)瞬态保护：所述电能监测节点在获得瞬态异常响应时，立即触发自身与/或关联节点的瞬态保护控制模块，对处于瞬态异常状态的所述负载对象进行瞬态异常保护；所述电能监测节点根据当前对关联负载对象的保护需求的紧急性及覆盖范围，根据所述保护需求与保护代价的平衡评估，选择适当的瞬态保护模式。

2)异常条件：所述分级异常条件包括潜在异常条件、临界异常条件和瞬态异常条件；所述电能监测节点根据所述分级异常条件进行所述状态模式解析，包括：根据所述分级异常条件对所述负载对象关联的目标场景状态进行判断：1)符合所述潜在异常条件时，进入所述潜在异常状态；2)符合所述临界异常条件时，进入所述临界异常状态；3)当符合所述瞬态异常条件时立即触发瞬态异常保护处理。

3)前置触发：所述电能监测节点通过动态反馈调整与所述分级异常条件对应的前置触发条件，而对不同级别的异常状态进行跟踪监测；所述电能监测节点通过设置额定比较信号与/或追踪监测时间步长，而反馈调整所述前置触发条件。

4)保护方式：所述电能监测节点根据瞬态保护模式，采取以下至少一种方式进行瞬态异常保护：方式一，单点瞬态保护方式：所述电能监测节点立即触发自身节点装置的瞬态保护控制模块对所述负载对象进行所述瞬态异常保护；方式二，联动瞬态保护方式：所述电能监测节点通过无线场景联动，触发关联保护节点对所述负载对象进行所述瞬态异常保护。

5)保护等级：周边关联保护节点根据接收到的异常触发信号，按触发响应优先级启动所述瞬态异常保护：当所述保护等级较低时，仅需要所述优先级较高的关联保护节点启动瞬态异常保护；而当所需保护等级较高时，则需要所述优先级较低的关联保护节点启动瞬态异常保护；直至必要时所有的关联保护节点启动瞬态异常保护。

基于该项技术开发了一种用电异常监控装置，所述装置为电能监测节点作为目标监测节点，对其关联绑定的用电负载对象的用电异常状态进行监控。

所述装置由以下模块构成：状态模式解析模块：用于根据分级异常条件对当前的目标监测信息进行状态评估处理，获得所述负载对象的异常状态信息；潜在异常监测模块：用于根据所述异常状态信息，当所述负载对象处于潜在异常状态时，启动安全监测模式：对所述负载对象的异常状态变量进行安全跟踪监测；临界异常监测模块：用于当所述异常状态变量符合临界异常条件时，则启动临界监测模式；瞬态异常响应模块：用于当所述异常状态变量符合瞬态异常条件时，即获得瞬态异常响应。

在上述模块基础上，所述装置还可扩展以下模块：临界实时跟踪模块：用于当所述负载对象处于临界异常状态时，通过临界实时跟踪处理获得所述负载对象的瞬态异常特征参数；临界反馈监测模块：用于基于所述瞬态异常特征参数，通过临界反馈监测，调整与瞬态异常条件对应的前置触发条件；前置触发响应模块：当被跟踪监测的前端输入信号符合所述前置触发条件时，即获得瞬态异常响应。

基于该项技术开发了一种用电异常监控系统，所述系统由若干电能监测节点所构成；其中，不同的电能监测节点作为目标监测节点与/或协同感知节点，对关联绑定的用电负载对象的用电异常状态进行监控；所述系统为一种边缘协同感知网络系统，至少包括目标监测模块与协同处理模块。

4.技术效果

4.1解决的技术问题

从技术方案可知，电能监测节点对用电负载对象的用电异常状态进行监控，当负载对象处于潜在异常状态时，启动安全监测模式，当异常状态变量符合临界异常条件时，则启动临界监测模式；以此避免在负载对象处于正常状态时，电能监测对于敏感性资源的过多占用，从而解决监测模式对于节能性与安全监控能力的平衡问题。

电能监测节点对用电负载对象的用电异常状态进行监控，当负载对象处于临界异常状态时，通过临界实时跟踪处理获得瞬态异常特征参数和临界反馈监测，调整与瞬态异常条件对应的前置触发条件，使得当被跟踪监测的前端输入信号符合前置触发条件时，快速获得瞬态异常响应，从而解决实时性与稳定性之间的平衡问题。

4.2技术效果

相对于现有技术，该项技术面向用电异常监控，解决了数据实时性与资源占用、稳定性与响应速度、节能性与安全性等之间的平衡性、灵活性问题；因此具有安全性高、监测模式灵活、对瞬态异常响应快速准确的有益效果；具体表现在以下几个方面：

1)电能监测节点在负载对象接人接出环节，通过对用电负载接入进行识别感知；对接收到的对象识别信号进行对象匹配核验，以配置调整与当前负载对象相匹配的监测模式参数，以此解决针对当前负载对象的匹配安全性及监测模式的灵活性问题。

2)电能监测节点对于用电负载在常态下采取低功耗的节能监测模式。当负载对象未接(空载）或正常运行时，电能监测节点处于节能监测模式，有利于节约电能监测功耗，减少数据冗余；尤其为了减少安装成本在窄带无线通信时，通过弹性数据上传，减少无线干扰及数据资源竞争。

3）基于目标场景状态感知及监测信息处理，通过状态模式评估对处于异常状态的负载对象，通过提升监测模式等级而提升监测数据的实时性和安全性；在负载对象处于潜在异常状态时，启动潜在异常监测模式；有利于快速异常响应及异常响应处理，包括记录异常过程、保护数据、异常告警等处理。

4）电能监测节点在负载对象处于临界异常状态时，以临界实时跟踪处理获得瞬态异常特征参数，有利于提升对异常响应的实时性与一致性；通过发送具有有更高活跃度的异常触发状态信标，具有触发响应快、优先级高，使得协同感知节点可以在短时间快速、可靠地获得前置触发响应。

5)电能监测节点在临界异常监测模式下，通过对状态变量以临界实时跟踪处理获得瞬态异常特征参数，并通过瞬态冲击量预测及临界反馈监测，解决瞬态异常响应的稳定性与一致性问题；当电能信号出现瞬态畸变时，仍可对瞬态异常获得快速准确的响应，解决了实时性与稳定性之间的平衡问题。

6)电能监测节点（如电能表、电能计量传感器、电能计量插座等）可支持电能监测数据采集；基于对负载对象的感知识别，进行电能信号监测及异常响应处理，对负载对象接入接出（插拔）的瞬态，有更有针对性的有效保护。

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