蓝奥声核心技术介绍：边缘协同感知（EICS）技术 ——电能计量监测技术

1.技术背景

电能计量监测技术主要解决电能监测节点对用电负载对象的识别匹配与异常处理问题。该项技术涉及无线物联网边缘智能与测控的技术领域，尤其涉及电能信号监测与安全监控的技术领域。

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负载对象及终端设备进行监测监控。

面向目标场景的物联网边缘智能技术需要解决的问题是，基于场景感知的关联决策与服务。感知监测设备作为目标感知节点，也是边缘感知网络所服务的目标对象设备，直接与所服务目标场景的移动对象或位置环境建立了关联绑定关系。

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。

 

2.2现有类似技术对于用电过程的电能监测主要存在以下缺陷：

1)电能监测设备的安全性：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)边缘设备的复用性问题：从设备利用效率来看，边缘服务节点复用性较低，过于依赖专用智能设备（物联网主机、智能网关、路由器、定位基站），而较少利用一些同样具有无线感知计算能力的低成本复用节点（如灯控、插座、开关等监测监控节点）。

3)安全保护的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，以动态调整电能监测策略及预案的灵活性。

4)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。

5)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的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，若按瞬态监测响应，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。

6).节能性与异常处理能力的平衡问题：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。

因此，电能监测节点作为一种目标监测节点，如何通过对用电负载对象的识别匹配进行感知监测、如何在负载对象处于临界异常状态时进行快速响应及有效协同处理，成为亟待解决的技术问题。

2.关于蓝奥声电能计量监测技术

2.1蓝奥声电能计量监测技术所解决的技术问题

该项技术要解决的技术问题在于，对用电负载对象的感知监测和异常响应处理，包括：电能监测节点通过发送核验触发信号，对当前接入的用电负载对象以应答响应方式发送的对象识别信号进行对象匹配核验，以配置调整监测模式参数，解决负载对象接入过程的安全性及监测模式的针对性问题；当所述负载对象处于临界异常状态时，启动临界监测模式，发送异常触发状态信标，从而解决异常响应处理的实时性与协同性问题。

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

该项技术包括电能监测节点通过对用电负载对象的识别匹配进行感知监测，具体包括以下步骤：电能监测节点通过发送核验触发信号，获得当前用电负载对象对所述核验触发信号以应答响应方式发送的对象识别信号；所述电能监测节点对接收到的所述对象识别信号进行对象匹配核验，以配置调整与当前接入的负载对象相匹配的监测模式参数；对所述负载对象的电能信号输入，基于所述监测模式参数进行耦合采集与数据处理，获取所述负载对象的状态变量Xi在时域的***监测信息。

该项技术还包括电能监测节点对用电负载对象的异常响应处理，具体包括以下步骤：电能监测节点根据临界异常条件对***监测信息进行实时判断：当前用电负载对象是否处于临界异常状态；当所述负载对象处于临界异常状态时，启动临界监测模式：对状态变量Xi以临界实时跟踪处理获得瞬态异常特征参数；所述电能监测节点发送包括异常状态标识的异常触发状态信标，以被周边的协同感知节点所接收并进行相应的异常处理。 

3.2 主要技术特征

1）匹配核验：当所述电能监测节点检测识别到有负载对象接入时，所述电能监测节点根据所述负载对象发送的与电能时序信号的关联信息，进行对象匹配核验，判断该负载对象接入状态是否符合所述安全匹配条件。

2)对象识别：所述负载对象以主动或应答方式发送包含对象识别信息的对象识别信号；所述电能监测节点基于所述对象识别信息进行所述对象匹配核验，并通过对所述对象识别信息的关联索引获得所述监测模式参数。

3)前置预选：对象识别：所述电能监测节点作为无线协同感知网络中的协同感知节点，为周边的目标对象设备进行监测数据处理：所述协同感知节点对接收到的所述电能监测节点以状态信标发送的状态变量Xi，评估计算敏感偏离度△S，按△S值的大小进行前置预选，对△S值较大的状态变量Xi优先进行所述监测数据处理。

4)反馈监测：所述电能监测节点基于临界异常响应，通过对瞬态冲击量Px进行临界反馈监测：当符合瞬态异常条件时，获得瞬态异常触发响应，并立即触发对所述负载对象进行瞬态异常保护。

5)前置触发：基于临界异常响应，通过反馈设置追踪监测时间步长Δt与/或额定比较信号Xm，从而对前端输入信号进行所述临界反馈监测，以在符合所述前置触发条件时直接获得瞬态异常触发响应。

基于该项技术开发的一种电能监测装置，所述装置通过对用电负载对象的识别匹配进行感知监测，具体包括以下模块：核验触发模块：用于通过发送核验触发信号，获得当前用电负载对象对所述核验触发信号以应答响应方式发送的对象识别信号；对象核验模块：用于对接收到的所述对象识别信号进行对象匹配核验，以配置调整与当前接入的负载对象相匹配的监测模式参数；采集处理模块：用于对所述负载对象的电能信号输入，基于所述监测模式参数进行耦合采集与数据处理，获取所述负载对象的状态变量Xi在时域的***监测信息。

基于该项技术开发的另一种电能监测装置，所述装置在用电负载对象处于临界异常状态时进行异常响应处理，具体包括以下模块：异常判断模块：用于根据临界异常条件对***监测信息进行实时判断：当前用电负载对象是否处于临界异常状态；异常跟踪模块：用于当所述负载对象处于临界异常状态时，启动临界监测模式：对状态变量Xi以临界实时跟踪处理获得瞬态异常特征参数；触发信标模块：用于发送包括异常状态标识的异常触发状态信标以被周边的协同感知节点所接收并进行相应的异常处理。

6)信号耦合：所述装置对关联用电负载对象通过电能信号耦合进行电能监测，所述信号耦合包括直接取样耦合与/或互感耦合的方式；所述装置以嵌入或外置方式与所述负载对象的以下单元或附件的任一或组合，进行所述信号耦合：1)电源输入缆线、电源适配器；2)电源输入连接部件：包括电源插头/插座、开关及类似连接件；3)电源输入模块或转换单元。

4.技术效果

4.1解决的技术问题

从上述技术方案可知，电能监测节点通过发送核验触发信号，获得当前用电负载对象以应答响应方式发送的对象识别信号，以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；当所述负载对象处于临界异常状态时，启动临界监测模式，获得瞬态异常特征参数，从而提升对瞬态异常的响应速度，并解决节能性与安全性的平衡问题；发送异常触发状态信标，以被周边的协同感知节点接收并进行异常处理；从而解决针对目标异常状态感知触发的协同性问题。

因此，相对于现有技术，该项技术基于对用电负载的识别感知进行感知监测及异常响应处理，通过对监测模式的弹性调整及协同感知处理，解决对用电设备的电能监测过程的安全性、实时性、节能性及灵活性问题。

4.2技术效果

该项技术具有监测数据处理效率高、节点互操作协同性好、异常触发响应快、安全性高等有益效果；具体体现在以下几个方面：

1)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，以对负载对象接入接出（插拔）的瞬态过程，进行更有针对性的有效保护。

2)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。

3)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无线窄带无线通信时，通过弹性数据上传，减少无线干扰及数据资源竞争。

4）电能监测节点基于目标监测信息处理，通过状态模式评估，对于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。

5）电能监测节点在负载对象处于临界异常状态时，启动临界异常监测模式，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。

6)电能监测节点在临界异常监测模式下，通过对状态变量Xi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可以快速响应，解决了实时性与稳定性之间的平衡问题。

7）电能监测节点基于边缘协同感知网络面向用电场景对象，其中全部或部分电能监测节既可作为目标监测节点又可作为协同感知节点，使得电能监测节点设备具有较好的硬件复用性和无线互操作协同性。

8）通过目标场景状态感知、前端数据敏感预选、状态模式评估、模式参数调整等处理，解决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与灵活性问题。