蓝奥声核心技术介绍：边缘协同感知（EICS）技术 ——用电插座的安全保护技术（安全计量插座）

1.技术背景

用电插座的安全保护技术主要针对在用电负载接入接出（即插拔）用电插座的过程，解决瞬态异常监控及安全保护问题。该项技术涉及物联网智能硬件设备与测控技术领域，尤其涉及电能信号监测与用电安全监控的技术领域。

随着无线通信、智能物联网及监测控制等技术的快速发展，智能插座产品作为一种智能硬件设备，越来越多地出现在家居、酒店、办公、工业环境及个人携带等使用场景。智能插座为用户带来诸多便利性，如无线连接、远程开关，定时管理及用电状态监测。

但是相比普通（非智能）插座，智能插座的安全性并未有得到足够的保证；如何利用智能数据处理技术，在为用户带来便利性的同时，在安全性及能效管理等方面得到更多的有益性，是智能插座产品得到进一步普及的技术关键所在。

用电插座作为分布式用电连接节点，在用电负载对象设备在接入接出时，需要进行频繁的插拔操作，这无论对动态关联绑定关系管理，还是对于用电安全性，都是一个非常重要的环节。

用电插座作为电能监测节点对用电设备的用电时段及电能状态进行监测，并可根据预案进行安全预警及保护的监控；系统可根据实时监测数据与分段记录数据进行在线统计，为用户提供在线可视化监控及用电能综合效率改善的管理决策依据的信息服务。

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，还需要更广泛地、深入地涵盖到分布式用电节点的用电全过程，基于对用户范围内不同用电场景中用电载负对象及终端设备进行监测监控。 

2.2现有类似技术对用电插座的安全保护存在以下缺陷：

1)安全保护缺乏对负载对象的针对性及适合性：虽然通过硬件或软件设置异常条件或预案，进行异常响应处理（如报警、断开负载等），但异常监测变量及应用范围（如异常告警、过载保护、漏电保护等）缺乏对用当前接入用电负载对象的匹配核验及性能关联，导致异常响应处理缺乏对负载对象的针对性。

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结构过于复杂、成本极高的特殊防弧保护技术。

3)安全保护缺乏对目标场景的关联性：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；以及对不同目标场景状态，缺乏以协同方式动态调整电能监测策略及预案。

4)实时性与稳定性之间的平衡问题：通过电能信号监测的瞬态异常响应对用电异常进行安全保护，对提高用电安全具有重大意义；但是，现有技术并没有很好地解决的所述瞬态保护的实时性与稳定性之间的平衡问题。

因此，如何使用电插座在用电负载接入/接出时更加安全，如何针对用电负载对象特性进行电能监测，当出现瞬态异常时获得快速响应与安全保护，成为亟待解决的技术问题。

 

2.关蓝奥声用电插座的安全保护技术

2.1蓝奥声安全计量插座技术所解决的技术问题

该项技术要解决的技术问题在于，用电插座的供电端口在没有被用电负载接入时，保持对用电负载接入的安全保护状态，以提升在用电负载对象接入瞬态的安全性；当检测识别到有负载对象接入时，核验负载接入状态是否符合安全匹配条件，不仅提升在用电负载对象接入瞬态的安全性，对负载对象运行过程根据负载对象特性及状态进行电能监测、异常响应处理及安全保护，具有更好的针对性及适合性。

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

首先，用电插座的供电端口在没有被用电负载接入时，保持对用电负载接入的安全保护状态，所述方法包括以下步骤：检测识别到有负载对象接入时，核验负载接入状态是否符合安全匹配条件；当且仅当所述状态符合所述安全匹配条件时，允许将所述供电端口切换到正常供电回路；反之，当检测识别到用电负载断开时，将所述供电端口切换到安全保护回路。

3.2 主要技术特征

1)接入识别：可选地，所述安全保护状态为一种通过安全保护回路对用电负载进行试探性检测的状态，以判断识别是否有用电负载接入以及是否符合所述安全匹配条件。

2)保护回路：所述安全保护回路指，在用电负载接入所述供电端口的瞬态处于安全检测信号的回路，包括以下方式之一或组合：1)安全电压，2）高阻弱信号，3)瞬态异常保护。

3)负载匹配：所述安全匹配条件包括对接入的用电负载进行负载特性参数的对象匹配核验：通过对所述负载特性参数的检测，判断是否为设定匹配范围的正常负载接入，排除异常负载与/或异常接入。

4)对象识别：所述用电插座作为电能监测节点通过对与用电负载对象绑定的对象识别标签所发送的对象识别信号进行对象匹配核验，以判断是否符合所述安全匹配条件。

5)瞬态保护：所述安全保护包括基于临界异常响应进行瞬态异常保护：所述用电插座作为目标监测节点，通过实时跟踪处理与临界反馈监测，当某一电能信号状态变量的瞬态冲击量将达到或超过预设的的参考值或额定值时，提前对供电回路触发所述瞬态异常保护。

其次，基于该项技术的一种用电插座的安全保护装置，所述装置包含于所述用电插座，使得供电端口在没有被用电负载接入时，保持用电对负载对象接入的安全保护状态，所述装置包括以下模块：回路信号耦合模块：对负载对象接入或断开状态，以不同的回路进行信号耦合；安全监测控制模块：当检测识别到有负载对象接入时，核验负载接入状态是否符合安全匹配条件，并输出对应的切换控制信号；回路切换执行模块：根据所述切换控制信号，将所述供电端口切换到安全保护回路或正常供电回路。

6)信号耦合：所述回路信号耦合模块包括对所述正常供电回路与所述安全保护回路的信号耦合,以直接或间接的前置耦合方式，通过可复用的接入耦合单元获得耦合信号，将所述耦合信号输入到所述安全监测控制模块。

7)安全监测所述安全监测控制模块包括信号前端处理模块，所述信号前端处理模块基于信号耦合调整单元与/或临界反馈监测单元，获得与当前用电负载对应的电能信号采集信息。

8)对象匹配：所述安全监测控制模块还包括目标监测处理模块，所述目标监测处理模块基于对象匹配核验单元，对负载接入状态是否符合安全匹配条件进行核验。

4.技术效果

4.1解决的技术问题（技术先进性）

根据该项技术，无线协同感知节点接收前置感知节点发送的具有更高活跃度的触发状态信标，从而提升了触发响应速递及可靠性；根据提取的触发状态标识进行状态跳变识别，从而提升了触发响应的判断效率，避免无效重复响应处理；通过场景状态解析的方式选择与数据重用，获得更高的解析计算效率，以在场景状态跳变时，快速获得场景触发响应。因此，相对于现有技术，该项技术对无线物联网边缘域的协同感知服务，在触发响应速度、无线互操作效率、感知服务能力及灵活性等方面，均具有显著的提升。

4.2技术效果（具体有益效果）：

该项技术通过无线触发响应的互操作机制，解决无线场景感知过程的协同性、可靠性及灵活性问题，具有触发响应快、常态低功耗及解析处理效率高的有益效果，具体体现在在以下几个方面：

1)触发响应快、可靠性高：前置感知节点在触发瞬态，发送具有更高活跃度的触发状态信标、更高优先级的无线传输数据发送，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；

2)常态低功耗、减少无线干扰：前置感知节点在触发瞬态之后，基于平复应答接收或时间效应而关闭触发状态；在非触发态(常态)的状态信标处于不活跃或超低功耗状态，有利于常态低功耗并减少无线干扰及信道资源占用；

3)节省协同感知的数据处理算力、解析计算效率高：通过状态跳变识别避免对同一前置触发做重复处理；通过场景状态解析方式的选择（重用、迭代及叠加），减少不必要的解析算力开销；

3)按敏感性优先级，监测数据处理效率高：按敏感状态变化优先处理及上传；减少（或非优先）不必要的数据冗余（已经上传且没有有效状态变化），对于目标对象实时位置、状态变化监测及数据上传处理，具有更高的协同数据处理效率；

4)场景状态的关联性与灵活性：基于多个目标状态变量根据数据结构或函数的解析，使得场景状态解析与触发响应更具有关联传递性(包括从局部到整体、时间累积)、灵活性(如优先级、场景触发条件等)以及面向多场景的组合判断；

5)网络设备资源复用性强：协同感知节点可以是一种服务角色，边缘域中不同拓扑类型(如目标、中继或中心)的感知节点均可动态角色复用（基于分时切换或配置）；不仅专用无线网络服务节点（网关、基站），可更多利用其它应用节点(智能插座、智能灯光节点、电能监测节点)作为协同感知节点；

6)协同性好、覆盖性强：协同感知节点基于前置感知触发与任务机制对周边目标感知节点提供协同服务；根据场景状态解析算法，对不同的前置触发，提供不同优先级与有效持续器的变量跟踪计算；

7)面向应用的边缘协同计算的协同服务能力：协同感知节点不仅提供无线网络通信服务、还具有针对感知监测应用（如定位追踪、能源监测、灯光控制）提供作为边缘协同计算的协同数据处理的服务能力；

8)协同并发服务能力强：协同感知节点通过目标多选信息对目标对象设备进行并发服务，可同时控制若干作为对象设备的前置感知节点，包括同步多选控制、协同同步应答、状态反馈监控等过程，具有更高的数据进程管理效率；

9)网络配置便利性好：无线场景感知系统由某一无线管理节点（如手机、电脑、网关）通过发起多模式无线配网而建立；通过同步配网，自动多选匹配，网络安装配置简单灵活，可全自动配网；

10)具有网络自愈能力、稳定性高：多节点协同服务数据传输为弹性数据路径，具有动态平衡性、可选择性及冗余性，具有更好的网络自愈能力，从而具有更高的稳定性、可靠性及离线（断网）处理能力。