非侵入式电力负荷监测与分解技术实施的体系架构的制作方法

非侵入式电力负荷监测与分解技术实施的体系架构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种非侵入式电力负荷监测与分解技术实施的体系架构，包括：部署在技术服务提供方一端的非侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理模块，部署在用户一端的非侵入式电力负荷监测与分解功能模块，分布式网络拓展功能模块和双向通信网络传输模块。本发明从NILMD技术系统应用的层面和市场普及的角度出发，首次尝试在分析NILMD技术的实用化需求的基础上建立了能够支持NILMD技术广泛实用的非侵入式电力负荷监测与分解技术实施的体系架构(NILMDSI)，该发明可以填补本领域内这方面的研究空白，而且可以指导技术提供方为NILMD技术的实用化与推广制定切实有效的系统性实施方案，以期能够很好地解决NILMD技术实用化所遇到的相关问题。
【专利说明】非侵入式电力负荷监测与分解技术实施的体系架构

【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力负荷用电信息监测系统，尤其是针对一种全新的电力负荷用电细 节监测技术实施与应用的体系架构。

【背景技术】
[0002] 电力负荷用电细节监测是指获得精细到设备类或电器的电力用户用电信息。非侵 入式电力负荷监测与分解（Non-Intrusive Load Monitoring and Disaggregating，可简记 为NILMD)技术是一种全新的电力负荷用电细节监测和分析技术：仅在配电系统（如一户居 民或一幢楼宇，一条工业母线或一个工厂车间、以至一个微电网）总电源处或者配电馈线 上的某一个供电点安装一个传感器，通过采集和分析负荷在此点的量测信息（如电流和端 电压等）来获得负荷内部每类或单个用电设备的用电信息（如工作状态，用电功率等）。相 比侵入式电力负荷监测（为每个用电设备分别安装独立的传感器），具有易操作、低成本、 可靠性高、数据完整性好和易于推广应用等优势 [1，4]，也能很好地满足临时性负荷调研的需 求。应用NILMD技术可以突破负荷用电总量信息监测的瓶颈，从而获得无可取代的工程效 益 [1]。
[0003] 目前，NILMD技术已引起了美国、英国、加拿大、日本、芬兰、中国和意大利等多个国 家的组织和研究机构的高度关注，并已分别对该项技术开展了相关研究，该项技术早在20 世纪80年代就已被提出 [2]，根据已有文献报道，截至目前绝大多数研究都集中在监测方法 本身[3_6]，即着眼于提高监测准确性、降低监测方法的复杂度，在研究核心监测方法时，一般 假设监测方法赖以实现的电力负荷特征数据库是事先建立好的。
[0004] 然而，NILMD技术实用化面临如下关键问题：
[0005] 首先，负荷印记是实现非侵入式电力负荷监测与分解的根本依据，原理上，欲准 确辨识和监测目标电气设备，必须提供属于该电气设备的某种（或某几种）负荷印记 [1]。因而，在分解设备首次安装时，非侵入式电力负荷监测与分解技术实施的体系架构 (Non-Intrusive Load Monitoring and Disaggregating Solution Infrastructure,可简 记作NILMDSI)必须为用户一端具有非侵入式电力负荷监测与分解功能的设备（以下简称 "分解设备"）中负荷特征数据库的建立提供实用可靠的解决方案，分解设备中所建立的负 荷特征数据库是以满足现场分解设备的监测功能需求为准的，它会因用户负荷构成的不同 而有所差异；分解设备正常运行时，由于电气设备种类不断增多和更新换代速度加快，新型 电气设备不断涌现，而且用户侧也会更换原有电气设备和增添新的电气设备，因此NILMDSI 需要支持分解设备中电力负荷特征数据库的及时更新和维护以保证NILMD功能持续、正 常、有效的执行，这是NILMD实用化必须妥善解决的关键问题之一。在NILMDSI中，技术提 供方一端的电力负荷特征数据库中的电气设备负荷印记记录可以来源于科研机构的实验 室研究，或者电气设备生产方在设备出厂前的测试结果等，此外，要求NILMDSI能够支持电 力用户以匿名的形式自愿地将负荷印记量测数据上送至技术提供方一端的电力负荷特征 数据库中以供NILMDSI中其他用户共享，从而可为技术提供方一端完成负荷印记收集提供 另一个有效的解决方案。
[0006] 而且，随着科学研究的拓展和深化，势必会出现多种不同的NILMD技术方法，它们 在监测目标、监测性能和监测策略等方面往往有所不同。不同的NILMD技术方法可能分别 以每类电力负荷、每个大功率电气设备和家庭内每个电器的用电信息作为不同监测目标， 而监测目标相同的方法的监测性能（如功率监测相对误差、电气设备工作状态辨识准确性
[7] 等方面）会有差异，这种差异可能会在同种NILMD技术方法的不同版本间有所体现，此 夕卜，监测策略的不同主要体现在给出监测结果的实时性不同，如可以（近乎）实时地、或者 每隔15分钟/1个小时/1天等给出监测结果。实际应用过程中，一方面，不同的用户群体 对NILMD技术方法有不同的需求，另一方面，同一用户对NILMD技术方法的需求也会在不同 的使用阶段而有所不同，因而，NILMDSI必须为用户方便快捷地获取所需的NILMD技术方法 提供实用可靠的解决方案。
[0007] 再有，实际中，用户可能并不仅仅满足于NILMD技术提供的用电细节数据监测、反 馈、存储与自主查询等初级服务，更加需要或者愿意支付高级的数据分析服务（如电费审 计、节能建议，设备故障预警等）。有些数据分析服务需要对用户负荷的历史数据进行分析， 这就需要NILMDSI支持用电细节数据的较大量存储。此外，在大数据时代的背景下，电力负 荷用电细节数据的规模化分析运用对于除电力用户以外的其他群体（如电力公司、电气设 备生产厂商、经济监管与政策制定者等）都有重大意义 [1]，因而在用户同意的情况下，为了 能够更加充分地运用NILMDSI获取的监测数据，要求NILMDSI不但能够提供许多基于负荷 用电细节数据分析的高级服务与应用，而且在必要时能为许多现有的数据应用系统提供无 缝的应用接口以使其能够享用电力负荷用电细节信息，这样一来，NILMDSI才可望为深化与 推广NILMD技术的市场应用提供必需的基础性支持。
[0008] 参考文献：
[0009] [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, 7 (4)，1-5。
[0010] [2]Hart G. W, Nonintrusive Appliance Load Monitoring[J]，Proceeding of IEEE，1992,80(12) :1870-1891。
[0011] [3]S. R. Shaw,et al,Nonintrusive Load Monitoring and Diagnostics in Power Systems[J]，IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement，2008,57 (7): 1445-1454。
[0012] [4]黎鹏，余贻鑫，非侵入式电力负荷在线分解[J]，天津大学学报，2009,42(4): 303-308。
[0013] [5]余贻鑫，黎鹏，郭金川，非侵入式感应电动机参数辨识[J]，天津大学学报， 2008,4(11) :1269-1275。
[0014] [6]Jian Liang，Ng，S. ，Kendall，G. ，Cheng，J，Load Signature Study-Part II- Disaggregation Framework， ，Simulation，and Applications[J]，IEEE Transactions on Power Delivery，2010,25(2) :561_569〇
[0015] [7]余贻鑫，刘博，王兵，非侵入式电力负荷监测与分解的电流模式匹配方法，中国 发明专利，201210466810. 7 [P]，2013-03-27。


【发明内容】

[0016] 基于以上需求分析，亦即为解决上述问题，本发明首次建立了能够支持非侵 入式电力负荷监测与分解（Non-Intrusive Load Monitoring and Disaggregating， 可简记为NILMD)技术广泛实用的非侵入式电力负荷监测与分解技术实施的体系架构 (Non-Intrusive Load Monitoring and Disaggregating Solution Infrastructure,可 简记为NILMDSI)，该发明成果可以填补本领域内这方面的研究空白，而且可以指导技术提 供方为NILMD技术的实用化与推广制定切实有效的系统性实施方案，以期能够很好地解决 NILMD技术实用化所遇到的问题。
[0017] 本发明一种非侵入式电力负荷监测与分解技术实施的体系架构，包括：部署在技 术服务提供方一端的非侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理模块，部署在用户一端的 非侵入式电力负荷监测与分解功能模块，分布式网络拓展功能模块和双向通信网络传输模 块。
[0018] 所述非侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理模块通过双向通信网络传输模 块与非侵入式电力负荷监测与分解功能模块和按需接入的分布式网络拓展功能模块进行 通信互联以完成所需的信息交互与数据传输任务，用于对整个系统内分布在用户一端的非 侵入式电力负荷监测与分解功能模块进行统一的远程监控与管理、及向系统用户提供所需 的服务与应用。
[0019] 所述非侵入式电力负荷监测与分解功能模块用于按照预先设定的工作方式进行 负荷用电监测、输出和存储负荷内部的用电细节信息，并通过双向通信网络传输模块与所 述非侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理模块和分布式网络拓展功能模块进行通信 互联以完成所需的信息交互和数据传输任务，从而所述非侵入式电力负荷监测与分解功能 模块可以向所述非侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理模块发送多种服务与应用请 求和获取所需的服务与应用，同时用户也可以利用分布式网络拓展功能模块管理所述非侵 入式电力负荷监测与分解功能模块。
[0020] 所述分布式网络拓展功能模块通过双向通信网络模块采用合适的通信方式与所 述非侵入式电力负荷监测与分解功能模块和非侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理 模块进行通信互联以完成实现拓展功能所需的信息交互和数据传输任务，从而用户可借以 拓展所述非侵入式电力负荷监测与分解功能模块和非侵入式电力负荷监测与分解技术服 务管理模块与外界交互的输入和输出功能，进而辅助所述非侵入式电力负荷监测与分解技 术服务管理模块完成其对远程的非侵入式电力负荷监测与分解功能模块的管理任务及用 户获得所述非侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理模块向其提供的服务与应用内容。 所述双向通信网络传输模块用于在非侵入式电力负荷监测与分解技术实施的体系架构中 实现所述非侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理模块、所述非侵入式电力负荷监测与 分解功能模块和所述分布式网络拓展功能模块三者之间的通信互联。
[0021] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0022] 与已有研究的关注点有所不同，本发明从非侵入式电力负荷监测与分解（NILMD) 技术系统应用的层面和市场普及的角度出发，首次尝试在分析NILMD技术的实用化需求的 基础上建立了能够支持NILMD技术广泛实用的非侵入式电力负荷监测与分解技术实施的 体系架构（NILMDSI)，可以为NILMD技术的实用化与推广制定切实有效的系统性实施方案， 能够很好地解决NILMD技术实用化所遇到的相关问题。

【专利附图】

【附图说明】
[0023] 图1是本发明非侵入式电力负荷监测与分解技术实施体系架构的示范性系统示 意图；
[0024] 图2是本发明非侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理模块实施的示范性结 构示意图；
[0025] 图3是本发明非侵入式电力负荷监测与分解技术实施的体系架构第一实施例的 示范性结构示意图；
[0026] 图4是本发明非侵入式电力负荷监测与分解技术实施的体系架构第二实施例的 示范性结构示意图。

【具体实施方式】
[0027] 为了使本发明提出的系统架构实施方案阐述得更加清楚明白，下面结合附图以具 体的示范性实施方式对本发明再做进一步详细的说明。
[0028] 本发明与非侵入式电力负荷监测与分解【技术领域】已有研究的关注点不同，它从非 侵入式电力负荷监测与分解（NILMD)技术系统应用的层面和市场普及的角度出发，在分析 NILMD技术的实用化需求的基础上首次建立了能够支持NILMD技术广泛实用的非侵入式电 力负荷监测与分解技术实施的体系架构（NILMDSI)，不仅填补了该【技术领域】内这一方面的 研究空白，而且可以指导NILMD技术提供方为该技术的实用化与推广制定切实有效的系统 性实施方案，从而能够很好地解决NILMD技术实用化所遇到的相关问题。
[0029] NILMDSI是以为NILMD技术的广泛实用提供可靠支持为核心目的而构建的网络架 构，它是一个用来向用户持续有效地提供非侵入式电力负荷用电细节监测及负荷用电细节 信息反馈、存储和查询功能，同时可提供和支持多种基于负荷用电细节信息的高级服务与 应用的网络处理系统。图1是根据本发明给出的非侵入式电力负荷监测与分解技术实施体 系架构的不范性系统不意图。假设系统中包含N个用户，图1中任取用户1、用户2和用户N 给出示意，以图1中右下角的省略号表示其余用户，按照图1给出示意是为表明在NILMDSI 中在技术提供方一端的非侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理模块与在用户一端的 非侵入式电力负荷监测与分解功能模块实际上是一对多的关系。而且图1示出的非侵入式 电力负荷监测与分解技术实施的体系架构实施例在实际中可以根据条件相应简化。
[0030] 对照图1，本发明一种非侵入式电力负荷监测与分解技术实施的体系架构 (NILMDSI)包括：部署在技术提供方一端（也可称服务器端）的非侵入式电力负荷监测与 分解技术服务管理模块10 (以下可简称为"技术服务管理模块"），部署在用户一端的非侵 入式电力负荷监测与分解功能模块11 (以下可简称为"分解功能模块"）和可以按需灵活接 入系统中并能为实现相关系统功能提供支持和帮助的分布式网络拓展功能模块12(以下 可简称为"拓展功能模块"，属用户一端资源），在NILMDSI中，技术服务管理模块、分解功能 模块和拓展功能模块三者之间是通过双向通信网络传输模块13实现所需的通信互联的。 图1中还以14表示双向通信网络中的双向通信路径或数据传输链路（以至分布式网络拓 展功能模块与分解功能模块之间互联所用的数据通信接口）。这里，由于分布式网络拓展功 能模块仅是根据需要经任何可行的通信方式接入系统中的拓展功能组件而非每个用户必 备的功能组件，故以虚线框加以区分，为表明这一点，正如图1所示，用户1和用户N-端接 入了分布式网络拓展功能模块而用户2 -端并未接入分布式网络拓展功能模块，另外，图1 中的虚线框内的省略号表示在用户一端，如前所述可以有多种类型的分布式网络拓展功能 模块共同服务于一个分解功能模块，详见下文叙述。
[0031] 非侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理模块10(技术服务管理模块），通过 双向通信网络采用任何可行的通信方式与分解功能模块和按需接入的分布式网络拓展功 能模块进行通信互联以完成所需的信息交互与数据传输任务，用于对整个系统内分布在用 户一端的分解功能模块进行统一的远程监控与管理、及向系统用户提供所需的服务与应 用，具体包括：登记、存储和更新与分解功能模块对应的用户的基本信息，监视和记录分解 功能模块的运行状态，记录技术服务管理模块向远程的分解功能模块已经提供的各项服务 (如接受的负荷特征数据库更新服务记录、核心监测方法软件的升级记录等），为用户一端 分解功能模块可靠和有效地实现NILMD功能提供所需的负荷特征数据库和软件方法库的 建立与更新服务，在用户允许的情况下为用户提供历史量测数据存储和查询服务（如查询 过去一周或一个月的用电细节记录），以及提供和支持多种基于负荷用电细节信息的高级 服务与应用。
[0032] 非侵入式电力负荷监测与分解功能模块11 (分解功能模块），从NILMD技术系统实 施的角度讲，用于按照预先设定的任何可行的工作方式进行负荷用电监测、输出和存储负 荷内部的用电细节信息，并能够通过双向通信网络采用任何可行的通信方式与技术服务管 理模块和按需接入到系统中的分布式网络拓展功能模块进行通信互联以完成所需的信息 交互和数据传输任务，从而分解功能模块可以向技术服务管理模块发送各种服务与应用请 求和获取所需服务与应用，同时用户也可以利用拓展功能模块管理分解功能模块，具体包 括：直接接收技术服务管理模块下发（推送或反馈）给用户的服务消息和服务内容，直接向 技术服务管理模块发送服务请求和反馈信息，接收用户通过拓展功能模块向分解功能模块 发送的数据信息（包括控制信息和内容信息）和载入来自技术服务管理模块的服务内容数 据，及向拓展功能模块输出数据信息（如监测结果）以供用户查看和存储。所述分解功能 模块有如下三种类型的载体：（1)以NILMD功能为核心功能的单独的非侵入式电力负荷监 测与分解设备；（2)以NILMD功能为子功能的、以即插即用的方式集成独立的非侵入式电力 负荷监测与分解功能模块的设备；（3)以NILMD功能为子功能的、以固化的方式集成有非侵 入式电力负荷监测与分解功能模块的设备。
[0033] 这里，非侵入式电力负荷监测与分解功能模块监测所得用电细节信息的输出包括 以下两项内容：（1)通过双向通信网络传输模块采用可行的通信方式，分解功能模块直接 向用户反馈监测结果，并且支持用户按需读取分解功能模块中存储的监测数据；（2)在用 户允许的情况下，通过双向通信网络传输模块采用可行的通信方式，分解功能模块主动向 技术服务管理系统发送监测数据，并且支持技术服务管理系统按需读取远程分解功能模块 中存储的监测数据。
[0034] 分布式网络拓展功能模块12 (拓展功能模块），能够采用可行的通信方式与分解 功能模块和技术服务管理模块进行通信互联以完成实现拓展功能所需的信息交互和数据 传输任务，从而用户可借以拓展分解功能模块和技术服务管理模块与外界交互的输入和输 出功能，进而辅助技术服务管理模块完成其对远程分解功能模块的管理任务及用户获得技 术服务管理模块向其提供的服务与应用内容，具体包括：用户借以接收、查看、存储分解功 能模块的输出信息（如监测结果），用户借以向分解功能模块发送控制信息和把来自技术 服务管理模块的服务内容数据载入分解功能模块中，用户借以接收、查看、存储技术服务管 理模块下发（推送或反馈）给用户的服务消息和服务内容，用户借以向技术服务管理模块 发送服务请求和反馈信息，用户借以向技术服务管理模块上送必要的数据信息（如用户注 册与信息登记），此外，拓展功能模块可用于直接向分解功能模块提供有益于提高其监测性 能的辅助信息（一般是环境传感器）。
[0035] 根据分布式网络拓展功能模块所在空间范围和是否联网的角度看，进一步分为如 下三种类型：
[0036] 局域通信网中的拓展功能模块：在分解功能模块所在的局域通信网范围内，能够 通过合适的通信方式经有效的通信路径接入NILMDSI中，并与分解功能模块通信和技术服 务管理模块通信互联的拓展功能模块；
[0037] 广域通信网中的拓展功能模块：不在分解功能模块所在的局域通信网范围内，能 够通过合适的通信方式经广域通信网通信路径与分解功能模块和技术服务管理模块通信 互联的拓展功能模块；
[0038] 本地未联网的拓展功能模块：与局域通信网或广域通信网中的拓展功能模块不 同的是，本地未联网的拓展功能模块并未接入双向通信网络中，而是在所述分解功能模块 监测的电力负荷范围或分解功能模块所在的局域通信网范围内，直接通过数据通信物理线 路或数据通信接口电路与分解功能模块通信互联，并不能与技术服务管理模块进行远程通 ?目。
[0039] 此外，具备不同功能的分布式网络拓展功能模块为NILMDSI所能提供的帮助是不 同的，为此，本发明建立的NILMDSI支持不同类型的分布式网络辅助功能模块根据应用需 求的不同按需接入。分布式网络辅助功能模块并不负担核心功能，又因为它们并非集中在 一处而是散布在NILMDSI中，故而可统称为分布式网络拓展功能资源。
[0040] 双向通信网络传输模块13,用于在NILMDSI中实现所述非侵入式电力负荷监测与 分解技术服务管理模块、所述非侵入式电力负荷监测与分解功能模块和所述分布式网络拓 展功能模块三者之间的通信互联。这里，双向通信网络传输模块可以细分为局域通信网络 传输模块和广域通信网络传输模块两个部分，其中：局域通信网络传输模块用于实现分解 功能模块和局域通信网中的拓展功能模块之间的通信互联，广域通信网络传输模块用于技 术服务管理模块，分解功能模块和广域通信网中的拓展功能模块之间的两两通信互联，也 用于技术服务管理系统与局域通信网中的拓展功能模块之间的通信互联。
[0041] 而且，NILMDSI允许非侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理模块10与其他应 用功能模块15(如图1中双点划线矩形框所示）通过合适的途径和方式进行交互，由于其 他应用功能模块15可以是技术提供方拥有的除技术服务管理模块10以外的以他应用模 块，也可以是技术提供方以外的第三方应用模块，因此其他应用功能模块15与非侵入式电 力负荷监测与分解技术服务管理模块10之间的交互途径和方式需视情况而定，故图1 (及 下文图3、4)中仅以双点划线表示它们之间的"逻辑互联"关系。逻辑上，其他应用功能模 块15既可以获取技术服务管理模块10提供的服务，又可以为NILMD技术的实用化提供必 要的服务，如NILMD技术的用户自愿向技术提供方提供的电力负荷特征数据共享服务。 [0042] 在上述基础上，对照图2,非侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理模块10进 一步包括如下一系列子模块：分解功能模块与技术服务管理模块交互的前置子模块100， 用户与服务提供方交互的门户子模块101，负荷特征数据库服务器子模块102,软件方法库 服务器子模块103,分析数据管理子模块104,高级应用与服务管理子模块105和用户管理 子模块106。其中：
[0043] 分解功能模块与技术服务管理模块交互的前置子模块100 :是技术服务管理模块 与分解功能模块直接交互的接口，负责通过双向通信网络传输模块采用合适的通信方式实 现技术服务管理模块与远程分解功能模块之间完成信息交互与数据传输，技术服务管理模 块通过它直接向远程分解功能模块提供各种服务与应用的接口和必要的预处理功能，而且 它在分解功能模块与技术服务管理模块内部的应用与服务子模块102?106间起到"防火 墙"的安全防护作用。
[0044] 用户与服务提供方交互的门户子模块101 :是技术服务管理模块与用户交互的门 户，负责为用户利用分布式网络拓展功能模块与技术服务管理模块之间完成信息交互和数 据传输提供合适的交互方式和相应的服务接口功能，交互方式可以是门户网站、电子邮件、 服务短信等任意可行的方式中的任意一种或者多于一种的任意组合，相应的服务接口功能 涉及交互方式得以实现所需的通信功能子模块，为保证网络安全，用户与服务提供方交互 的门户子模块中包括外部通信网络与技术服务管理模块内部通信网络之间的防火墙。
[0045] 负荷特征数据库服务器子模块102 :负责存储和管理NILMDSI中分解功能模块实 现NILMD功能所需的电力负荷特征数据，通过与技术服务管理模块中其他服务与应用子模 块相配合，向远程分解功能模块提供所需的负荷特征数据库建立与更新服务。
[0046] 软件方法库服务器子模块103 :负责存储和管理NILMDSI中分解功能模块实现 NILMD所需的核心监测方法软件及分解设备正常运行所需的底层驱动软件和操作系统软 件，通过与技术服务管理模块中其他服务与应用子模块相配合，向远程分解功能模块提供 所需的相关软件更新或升级服务。
[0047] 分析数据管理子模块104 :在用户同意的情况下，存储用户的历史监测数据以供 用户随时查询和用于支持基于历史数据分析的高级服务与应用。分析数据管理模块中的数 据结果除了可以直接为高级应用与服务管理子模块105所用，也可以服务的形式提供给技 术服务管理模块以外的其他应用功能模块（图1中15)。
[0048] 高级应用与服务管理子模块105 :负责向用户提供多种基于负荷用电细节信息的 高级服务与应用（如用户电费审计、个性化用能建议和能效分析等），可以在用户同意的情 况下，通过与技术服务管理模块中其他服务与应用子模块相配合以合适的方式和途径向技 术服务管理模块以外的其他应用功能模块提供服务来支持有关应用，如通过与分析数据管 理子模块104相配合，高级应用与服务子模块105可以向电力公司的电力公司的负荷预测 系统提供电力负荷用电细节数据源服务。另一方面，由于技术服务管理模块与外界的通信 是双向的，在某些情况下，技术服务管理模块为实现高级应用与服务，也可以作为服务需求 方向远程分解功能模块或其他应用功能模块发出服务与应用请求，进而获取外界提供的服 务，逻辑上，上述其他应用功能模块（图1中15)就是与技术服务管理模块中的高级应用与 服务子模块进行交互的（如图3和4所示）。
[0049] 用户端管理子模块106 :负责在必要的用户参与下通过对技术服务管理模块内部 其他服务与应用子模块进行协调调度和统筹管理来远程监控与管理在用户一端的分解功 能模块，具体包括：登记、存储和更新与分解功能模块对应的用户信息，负责记录技术服务 管理模块向远程分解功能模块已提供的各项服务。此外，根据技术服务管理模块所提供的 与用户交互的方式的不同（如门户网站、电子邮件、服务短信等），用户管理子模块106中包 含所需的服务器子模块（如WEB服务器子模块，电子邮件服务器子模块，短信服务器子模块 等）。
[0050] 在为分解功能模块和用户提供服务与应用的过程中，技术服务管理模块10所含 的上述7个子模块（100?106)不是孤立的，而是在用户管理子模块106的协调调度下通 过适配的交互方式共同协作来提供特定的服务与应用的。由于技术服务管理模块与外界的 通信是双向的，在某些情况下，技术服务管理模块10为实现高级应用与服务，可以作为服 务需求方向远程分解功能模块或其他应用功能模块发出服务与应用请求，进而获取外界提 供的服务。
[0051] 基于图1所示的非侵入式电力负荷监测与分解技术实施的体系架构，结合图2所 示的非侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理模块实施的示范性结构，图3和图4是根 据本发明的非侵入式电力负荷监测与分解技术实施的体系架构第一实施例的示范性结构 示意图和非侵入式电力负荷监测与分解技术实施的体系架构第二实施例的示范性结构示 意图。而且，图3和图4比较全面地展示了 NILMDSI中可能包含的各种功能组件和各组件 之间的逻辑关系与链接方式。
[0052] 本发明中所涉及的非侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理系统（与技术服 务管理模块对应），也就是系统服务器，设置在技术提供方，本地具有非侵入式电力负荷监 测与分解功能的设备（与分解功能模块对应）、辅助设备（与辅助功能模块对应）均设置 在用户端。图3和图4给出的两个实施例示意图中分别给出了上述图1和图2中各个模块 的实施例，并且为表达一致和说明方便与图1和图2中采用同样的编号方式。具体地，图3 和图4中的非侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理系统10(可简称为"技术服务管理 系统"）是图1中非侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理模块10的实施例，图3和图 4中具有非侵入式电力负荷监测与分解功能的设备是图1中非侵入式电力负荷监测与分解 功能模块11的实施例，图3和图4中本地未联网的辅助设备120、局域通信网中的辅助设备 121和广域通信网中的辅助设备122是图1中拓展功能模块12的三种实施例，图3和图4 中局域通信网络131和广域通信网络132是图1中双向通信网络模块13的实施例，图3和 图4中的数据通信物理线路或数据通信接口电路140、局域通信网通信路径141和广域通信 网通信路径142可以看作是图1中双向通信路径或数据传输链路14的实施例，图3和图4 中其他应用系统15是图1中其他应用功能模块的实施例。图3和图4中100?106分别 是图2中对应标号的子模块的实施例，着重指出，图3和图4中分解设备与服务器端交互的 前置系统100与图2中分解功能模块与技术服务管理模块交互的前置子模块100对应，图 3和图4中用户端设备管理系统106与图2中用户管理子模块106对应。图3和图4中的 省略号表不分布在NILMDSI中未列举出的其他具有非侵入式电力负荷监测与分解功能的 设备。
[0053] 对于NILMDSI中的具有非侵入式电力负荷监测与分解功能的设备11，实际上可进 一步细分为如下三种类型（图3和图4中并未具体示出）：
[0054] (1)单独的非侵入式电力负荷监测与分解设备；
[0055] (2)以即插即用的方式集成独立的非侵入式电力负荷监测与分解功能模块的设 备；
[0056] (3)以固化的方式集成有非侵入式电力负荷监测与分解功能的设备。
[0057] 其中，类型（1)以NILMD功能为核心功能，另外两种类型一般是以NILMD功能为子 功能的。在不区分时，这三种具有非侵入式电力负荷监测与分解功能的设备可统一简称为 "分解设备"。
[0058] 图3和图4分别示出了分解设备在NILMDSI中的两种可能的接入情形：（1)分解 设备通过用户的局域通信网（如以太网、WiFi等）接入NILMDSI中，这时分解设备通过局 域通信网联接到一个位于广域通信网与局域通信网分界处的通信网络互联设备来实现与 技术服务管理系统和广域网中辅助设备的通信（如图3所示），通信路径分别如图3中标志 出的路径"①一通信网络互联设备一⑤"和路径"①一通信网络互联设备一⑦"，（2)分解设 备通过合适的广域通信方式（如GPRS、CDMA等）直接接入NILMDSI中，直接与技术服务管 理系统和广域网中辅助设备的进行广域通信（如图4所示），分别如图4中标志出的路径 "⑤"和路径"⑦"，省去了局域通信网接入的部分。
[0059] 对照图3,与前述三种类型拓展功能模块相对应的设备有三种：
[0060] 局域通信网中的辅助设备121 :在分解设备所在的局域通信网范围内，能够通过 任何可行的通信方式接入NILMDSI中，并与分解设备和技术服务管理系统通信互联的设 备。
[0061] 局域通信网中的辅助设备与分解设备的通过局域通信网通信路径实现通信互联， 实例如图3和4中标志"③"所示，它与技术服务管理系统之间的通信路径是根据用户局域 通信网中的辅助设备接入NILMDSI中方式的不同而不同的。这里，图3和图4也分别示出 了用户局域通信网中的辅助设备在NILMDSI中两种可能的接入情形：（1)如图3所示，通过 用户的局域通信网接入NILMDSI中，这时局域通信网中的辅助设备通过局域通信网联接到 一个位于广域通信网与局域通信网分界处的通信网络互联设备来实现与技术服务管理系 统的通信，如图3标志出的路径"②一通信网络互联设备一⑥"示出了这种情形，（2)通过合 适的广域通信方式直接接入NILMDSI中，直接与技术服务管理系统进行通信，如图4标志出 的路径"⑥"示出了这种情形。
[0062] 广域通信网中的辅助设备122 :不在分解设备所在的局域通信网范围内，能够通 过任何可行的通信方式经广域通信网通信路径142与分解设备和技术服务管理系统通信 互联的设备。广域通信网中的辅助设备与分解设备的通信路径如图3和4中标志"⑦"所 示，它与技术服务管理系统通信路径如图3和4中标志"⑧"所示。
[0063] 本地未联网的辅助设备120 :在分解设备监测的电力负荷范围内16或分解设备所 在的局域通信网范围内131，直接通过数据通信物理线路或数据通信接口电路140 (如分解 设备预留的USB接口）与分解设备通信互联。举例有移动硬盘、U盘等移动存储设备，通信 路径如图3中的标志"④"所示。
[0064] 显然，具备不同功能的辅助设备对系统正常运行所能提供的帮助是不同的，有效 利用这些"即插即用"的分布式网络资源可望从多方面提高NILMDSI的整体性能。一方面用 户侧日益普及的（移动）智能终端（如智能手机，个人数字助理，个人电脑等）可以被用于 接收、查看、以至存储分解设备的输出信息（主要是监测结果），向分解设备发送控制信息 和把来自技术服务管理系统的服务内容数据载入分解设备，接收、查看、以至存储技术服务 管理系统（推送或反馈）下发给用户的服务消息和服务内容，向技术服务管理系统发送服 务请求和反馈信息，以及上送技术服务管理系统需要的数据信息（用户注册与信息登记）， 从而既可以拓展分解设备的输入输出功能，又可以有效提高用户参与辅助技术服务管理系 统完成其对分解设备的管理任务及获得技术服务管理系统提供的服务与应用的效率和灵 活性（如软件支持的远程管理），另一方面用户侧可能安装的非电信息传感器（如光强、温 度、湿度等环境传感器）的量测数据所反映出的用电信息可望用于提高分解设备监测准确 性。
[0065] 再次强调，虽然图1中示出了拓展功能模块12,图3和图4都示出了其实施例辅助 设备（120?122)，发明中也明确阐述了辅助模块的作用，但是这并不意味着用户为使用分 解设备必须配备图中所示的各种类型辅助设备（120?122)，图4中就略去了图3中在用户 一端接入的本地未联网的辅助设备120,这里图3旨在表明NILMDSI可以最大限度地接纳和 利用有益于NILMD技术广泛实用的多种辅助资源，也就是说对于任何用户，辅助设备都是 按需接入的。
[0066] 对照图3和图4, NILMDSI采用的双向通信网络包括局域通信网络和广域通信网 络两部分。局域通信网络131 (图3和图4中示出了局域通信路径141)用于连接分解设备 11和局域通信网中的辅助设备121，局域通信网络采用的通信技术可以是以太网、ZigBee、 WiFi、电力线载波PLC等任何可用通信技术中的任意一种或多种的组合。广域通信网络 132 (图3和图4中示出了广域通信路径142)分别用于技术服务管理系统10与分解设备11 的直接互联和技术服务管理系统10分别与广域通信网中的辅助设备122、局域通信网中的 辅助设备121之间的互联，以及广域通信网中的辅助设备122与分解设备11之间的互联， 广域通信网络中的通信路径可以通过公共传输网络、专用传输网络或无线传输网络中的任 意一种或多种的组合来建立，同样可以采用任意可行的通信方式，举例可以是点到点连接、 电路交换、分组交换等任意一种或多种的组合。这里，NILMDSI中技术服务管理系统10与分 解设备11直接交互所采用的通信方式和通过辅助设备（121?122)与用户和分解设备11 交互所采用的通信方式，如上所述，是可以分别灵活选取的，可以相同也可以不同。另外，在 分解设备所监测的电力负荷范围16内，分解设备11可直接通过数据通信物理线路或数据 通信接口电路140 (如图3所示，可以是分解设备预留的USB接口）与本地未联网的辅助设 备120直接互联通信。
[0067] 尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施 方式，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本 发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的 保护之内。
【权利要求】
1. 一种非侵入式电力负荷监测与分解技术实施的体系架构，包括： 部署在技术服务提供方一端的非侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理模块，部署 在用户一端的非侵入式电力负荷监测与分解功能模块，分布式网络拓展功能模块和双向通 信网络传输模块； 所述非侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理模块通过双向通信网络传输模块与 非侵入式电力负荷监测与分解功能模块和按需接入的分布式网络拓展功能模块进行通信 互联以完成所需的信息交互与数据传输任务，用于对整个系统内分布在用户一端的非侵入 式电力负荷监测与分解功能模块进行统一的远程监控与管理、及向系统用户提供所需的服 务与应用； 所述非侵入式电力负荷监测与分解功能模块用于按照预先设定的工作方式进行负荷 用电监测，输出和存储负荷内部的用电细节信息，并通过双向通信网络传输模块与所述非 侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理模块和分布式网络拓展功能模块进行通信互联 以完成所需的信息交互和数据传输任务，从而所述非侵入式电力负荷监测与分解功能模块 可以向所述非侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理模块发送多种服务与应用请求和 获取所需的服务与应用，同时用户也可以利用分布式网络拓展功能模块管理所述非侵入式 电力负荷监测与分解功能模块； 所述分布式网络拓展功能模块通过双向通信网络传输模块与所述非侵入式电力负荷 监测与分解功能模块和非侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理模块进行通信互联以 完成实现拓展功能所需的信息交互和数据传输任务，从而用户可借以拓展所述非侵入式电 力负荷监测与分解功能模块和非侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理模块与外界交 互的输入和输出功能，进而辅助所述非侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理模块完成 其对远程的非侵入式电力负荷监测与分解功能模块的管理任务及辅助用户获得所述非侵 入式电力负荷监测与分解技术服务管理模块向其提供的服务与应用内容； 所述双向通信网络传输模块用于在非侵入式电力负荷监测与分解技术实施的体系架 构中实现所述非侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理模块、所述非侵入式电力负荷监 测与分解功能模块和所述分布式网络拓展功能模块三者之间的通信互联。
2. 根据权利要求1所述非侵入式电力负荷监测与分解技术实施的体系架构，其特征在 于，所述非侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理模块包括下述子模块： 分解功能模块与技术服务管理模块交互的前置子模块，用户与服务提供方交互的门户 子模块，负荷特征数据库服务器子模块，软件方法库服务器子模块，分析数据管理子模块， 高级应用与服务管理子模块和用户管理子模块； 其中： 分解功能模块与技术服务管理模块交互的前置子模块：是所述非侵入式电力负荷监测 与分解技术服务管理模块与所述非侵入式电力负荷监测与分解功能模块直接交互的接口， 负责通过所述双向通信网络传输模块实现非侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理模 块与远程的非侵入式电力负荷监测与分解功能模块之间的信息交互与数据传输，所述非侵 入式电力负荷监测与分解技术服务管理模块通过它直接向远程的非侵入式电力负荷监测 与分解功能模块提供各种服务与应用的接口和必要的预处理功能，而且它在所述非侵入式 电力负荷监测与分解功能模块与所述非侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理模块内 部的各应用与服务子模块间起到防火墙的安全防护作用； 用户与服务提供方交互的门户子模块：是所述非侵入式电力负荷监测与分解技术服务 管理模块与用户交互的门户，负责为用户利用分布式网络拓展功能模块与所述非侵入式电 力负荷监测与分解技术服务管理模块之间完成信息交互和数据传输提供满足需求的交互 方式和相应的服务接口功能，相应的服务接口功能涉及交互方式得以实现所需的通信功能 子模块，为保证网络安全，用户与服务提供方交互的门户子模块中包括所述非侵入式电力 负荷监测与分解技术服务管理模块内部通信网络与外部通信网络之间的防火墙； 负荷特征数据库服务器子模块：负责存储和管理非侵入式电力负荷监测与分解技术实 施的体系架构中所述非侵入式电力负荷监测与分解功能模块实现非侵入式电力负荷监测 与分解功能所需的电力负荷特征数据，通过与所述非侵入式电力负荷监测与分解技术服务 管理模块中其他服务与应用子模块相配合，向远程非侵入式电力负荷监测与分解功能模块 提供所需的负荷特征数据库建立与更新服务； 软件方法库服务器子模块：负责存储和管理非侵入式电力负荷监测与分解技术实施的 体系架构中所述非侵入式电力负荷监测与分解功能模块实现非侵入式电力负荷监测与分 解功能所需的核心监测方法软件及所述非侵入式电力负荷监测与分解功能模块正常运行 所需的底层驱动软件和操作系统软件，通过与所述非侵入式电力负荷监测与分解技术服务 管理模块中其他服务与应用子模块相配合，向远程的非侵入式电力负荷监测与分解功能模 块提供所需的软件更新或升级服务； 分析数据管理子模块：在用户同意的情况下，存储用户的历史监测数据以供用户随时 查询和用于支持基于历史数据分析的高级服务与应用；分析数据管理子模块中的数据结果 除了可以直接为高级应用与服务管理子模块所用，也可以服务的形式提供给所述非侵入式 电力负荷监测与分解技术服务管理模块以外的其他应用功能模块； 高级应用与服务管理子模块：负责向用户提供多种基于负荷用电细节信息的高级服务 与应用，也可以在用户同意的情况下，通过与所述非侵入式电力负荷监测与分解技术服务 管理模块中其他服务与应用子模块相配合向非侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理 模块以外的其他应用功能模块提供服务来支持有关应用，相反地，由于非侵入式电力负荷 监测与分解技术服务管理模块与外界的通信是双向的，在某些情况下，非侵入式电力负荷 监测与分解技术服务管理模块为实现高级应用与服务，也可以作为服务需求方向远程的非 侵入式电力负荷监测与分解功能模块或其他应用功能模块发出服务与应用请求，进而获取 外界提供的服务，逻辑上，所述其他应用功能模块就是与所述非侵入式电力负荷监测与分 解技术服务管理模块中的高级应用与服务子模块进行交互的； 用户管理子模块：负责在必要的用户参与下通过对所述非侵入式电力负荷监测与分 解技术服务管理模块内部其他服务与应用子模块进行协调调度和统筹管理来远程监控与 管理部署在用户一端的非侵入式电力负荷监测与分解功能模块，具体包括：登记、存储和更 新与所述非侵入式电力负荷监测与分解功能模块对应的用户信息，监视和记录所述非侵入 式电力负荷监测与分解功能模块的运行状态，负责记录所述非侵入式电力负荷监测与分解 技术服务管理模块向远程的非侵入式电力负荷监测与分解功能模块已提供的各项服务；此 夕卜，根据所述非侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理模块所提供的与用户交互的方式 的不同，用户管理子模块中包含有所需的服务器子模块； 在为所述非侵入式电力负荷监测与分解功能模块和用户提供服务与应用的过程中，所 述非侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理模块所含的上述七个子模块不是孤立的，而 是在用户管理子模块的协调调度下通过适配的交互方式共同协作来提供特定的服务与应 用的。
3. 根据权利要求1所述非侵入式电力负荷监测与分解技术实施的体系架构，其特征在 于，所述非侵入式电力负荷监测与分解功能模块有如下三种类型的载体： (1) 以非侵入式电力负荷监测与分解功能为核心功能的单独的非侵入式电力负荷监测 与分解设备； (2) 以非侵入式电力负荷监测与分解功能为子功能的、以即插即用的方式集成独立的 非侵入式电力负荷监测与分解功能模块的设备； (3) 以非侵入式电力负荷监测与分解功能为子功能的、以固化的方式集成有非侵入式 电力负荷监测与分解功能模块的设备。
4. 根据权利要求1所述非侵入式电力负荷监测与分解技术实施的体系架构，其特征在 于，所述非侵入式电力负荷监测与分解功能模块监测所得用电细节信息的输出包括以下两 项内容： (1) 通过双向通信网络传输模块，所述非侵入式电力负荷监测与分解功能模块直接向 用户反馈监测结果，并且支持用户按需读取非侵入式电力负荷监测与分解功能模块中存储 的监测数据； (2) 在用户允许的情况下，通过双向通信网络传输模块，所述非侵入式电力负荷监测与 分解功能模块主动向非侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理系统发送监测数据，并且 支持所述非侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理系统按需读取远程的非侵入式电力 负荷监测与分解功能模块中存储的监测数据。
5. 根据权利要求1所述非侵入式电力负荷监测与分解技术实施的体系架构，其特征在 于，所述分布式网络拓展功能模块根据所在空间范围和是否联网的角度看，分为如下三种 类型： 局域通信网中的拓展功能模块：在所述非侵入式电力负荷监测与分解功能模块所在的 局域通信网范围内，通过双向通信网络传输模块接入非侵入式电力负荷监测与分解技术实 施的体系架构中，并与所述非侵入式电力负荷监测与分解功能模块和所述非侵入式电力负 荷监测与分解技术服务管理模块通信互联的拓展功能模块； 广域通信网中的拓展功能模块：不在所述非侵入式电力负荷监测与分解功能模块所在 的局域通信网范围内，通过双向通信网络传输模块接入非侵入式电力负荷监测与分解技术 实施的体系架构中，并与所述非侵入式电力负荷监测与分解功能模块和所述非侵入式电力 负荷监测与分解技术服务管理模块通信互联的拓展功能模块； 本地未联网的拓展功能模块：与局域通信网或广域通信网中的拓展功能模块不同的 是，本地未联网的拓展功能模块并未联入双向通信网络中，而是在所述非侵入式电力负荷 监测与分解功能模块监测的电力负荷范围或所述非侵入式电力负荷监测与分解功能模块 所在的局域通信网范围内，直接通过数据通信物理线路或数据通信接口电路与所述非侵入 式电力负荷监测与分解功能模块通信互联，并不能与所述非侵入式电力负荷监测与分解技 术服务管理模块进行远程通信。
6.根据权利要求1至5中任一所述非侵入式电力负荷监测与分解技术实施的体系架 构，其特征在于，所述双向通信网络传输模块分为局域通信网络传输模块和广域通信网络 传输模块，其中： 局域通信网络传输模块用于实现所述非侵入式电力负荷监测与分解功能模块和所述 局域通信网中的拓展功能模块之间的通信互联； 广域通信网络传输模块用于实现所述非侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理模 块、非侵入式电力负荷监测与分解功能模块和所述广域通信网中的拓展功能模块之间的两 两通信互联，也用于实现所述非侵入式电力负荷监测与分解技术服务管理功能模块与所述 局域通信网中的拓展功能模块之间的通信互联。
【文档编号】H02J3/00GK104158179SQ201410389560
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月8日 优先权日:2014年8月8日
【发明者】栾文鹏, 刘博 , 余贻鑫 申请人:天津大学