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引言

非介入式負荷監(jiān)測（或非介入式電力負荷監(jiān)測），是基于安裝線路中單個點的負荷特征進行用電狀

態(tài)估計的過程，如按用途分為加熱、制冷等，或按電器類型分為微波爐等。

非介入式負荷監(jiān)測系統(tǒng)可用于測量家庭、建筑大樓或工業(yè)區(qū)域中用電的詳細情況（如圖1所示）。

NILM

感知裝置

NILM

分析器相關用戶

信息傳輸

NILM系統(tǒng)

電能使用分析

圖1非介入式負荷監(jiān)測原理示意圖

目前，非介入式負荷監(jiān)測系統(tǒng)主要用于交流配電網(wǎng)，但不排除直流電網(wǎng)。

IV

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非介入式負荷監(jiān)測(NILM)系統(tǒng)用感知裝置

1范圍

本文件旨在根據(jù)非介入式負荷監(jiān)測（以下簡稱NILM）技術現(xiàn)狀，對用于NILM系統(tǒng)的NILM感知裝置進

行分類。

未來可考慮NILM分析器和NILM系統(tǒng)的分類，以及NILM系統(tǒng)的性能指標。

NILM系統(tǒng)產(chǎn)生估計的用電分解情況。需對電能消耗和（或）其他電氣參數(shù)進行精確測量和分析時（如：

用于監(jiān)測電氣裝置），使用基于標準測量裝置的系統(tǒng)（如：PMD，PQI或電能表）進行測量。

注：除安全和結構要求外，標準測量裝置在指定范圍內精度有保證，并在影響量（如溫度、頻率偏差等）的作用下

存在有限偏差。詳細指標參見附錄C。

2規(guī)范性引用文件

本文件沒有規(guī)范性引用文件。

3術語和定義

下列術語和定義適用于本文件。

ISO和IEC在下列地址中維護標準化所涉及的術語數(shù)據(jù)庫：

——IEC電子百科：/；

——ISO在線瀏覽平臺：/obp。

3.1

電氣參數(shù)electricalparameter

待測量或待估計的電氣量。

示例：電流均方根值（有效值），電壓均方根值，有功功率，無功功率，諧波，電能質量相關參數(shù)等。

3.2

估計值estimatedvalue

由NILM感知裝置或NILM系統(tǒng)輸出的電氣參數(shù)的值（如：電流、功率、特定用途的電量）。

注：估計值通常不如由標準測量裝置（如：PMD、PQI和電能表）檢測的值精確。

3.3

測量值measuredvalue

由符合電氣測量標準的檢測裝置測得的電氣參數(shù)的值（如：電流、功率、特定用途的電量）。

注：符合電氣測量標準的檢測設備包括：PMD、PQI和電能表。

3.4

負荷特征loadsignature

NILM感知裝置輸出的特定負荷或用電類型相關的數(shù)據(jù)模式。

3.5

非介入式負荷監(jiān)測non-intrusiveloadmonitoring

NILM

基于安裝線路中單個點的負荷特征進行用電類型評估的過程。

1

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3.6

NILM分析器NILManalytics

分析NILM感知裝置輸出的數(shù)據(jù)并提供用電信息的過程。

注：NILM分析器可在NILM感知裝置中和（或）云端完成。

3.7

NILM感知裝置NILMsensingdevice

NSD

連接到電氣安裝線路的裝置，可輸出用于NILM分析器的數(shù)據(jù)。

3.8

NILM系統(tǒng)NILMsystem

NILM感知裝置和NILM分析器的組合。

3.9

電力計量和監(jiān)測裝置powermeteringandmonitoringdevice

PMD

多個功能模塊在一個或多個設備中的組合，用于測量和監(jiān)測能源分布系統(tǒng)或電氣安裝線路中的電氣

參數(shù)，開展能源效率、電能監(jiān)測和電網(wǎng)性能等應用。

注1：通用術語“監(jiān)測”包括記錄、報警管理等功能。

注2：PMD在指定測量范圍內具有已知的測量不確定度，且不受影響量和工業(yè)環(huán)境影響。

[來源：IEC61557-12:2018,3.1.1,有修改，修改了“注2”內容，刪除了“注3”]

3.10

電能質量監(jiān)測設備powerqualityinstrument

PQI

主要功能為測量、記錄（可能包括監(jiān)測）供電系統(tǒng)中的電能質量參數(shù)的設備，符合IEC62586-1，其

測量方法（A級或S級）在IEC61000-4-30中定義。

注：PQI在指定測量范圍內具有已知的測量不確定度，且不受影響量和工業(yè)環(huán)境影響。通常還具有暫態(tài)事件檢測和

波形獲取的功能。

[來源：IEC62586-1:2017,3.1.1,有修改，新增“注”]

3.11

無間隙測量gaplessmeasurement

連續(xù)無間隙進行測量的測量技術，即采用連續(xù)測量窗口。

注1：對于數(shù)字技術和給定的采樣頻率，測量過程中不應遺漏任何采樣點。

注2：非無間隙測量技術認為信號在不進行測量的時候是穩(wěn)定的，與其相反，應用無間隙測量技術時對信號的穩(wěn)定

性沒有作任何假設。

4NILM系統(tǒng)構成

4.1概述

NILM系統(tǒng)構成（如圖2所示）：

——NILM感知裝置（NSD），連接電氣安裝線路并輸出與負荷特征識別相關的數(shù)據(jù)；

——NILM分析器，采用NSD輸出的數(shù)據(jù)并向用戶提供用電相關信息。

2

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NILM系統(tǒng)

用于NILM

的數(shù)據(jù)

電氣安裝線路NILM感知裝置NILM分析器信息傳遞至用戶

圖2NILM系統(tǒng)構成

NILM系統(tǒng)的性能取決于NILM感知裝置（NSD）和NILM分析器的特性。目前可用的NILM系統(tǒng)存在很多

差異。如：

——NILM系統(tǒng)可采用多種類型的NSD，如

a)電能表；

b)電力計量和監(jiān)測裝置（PMD）；

c)電能質量監(jiān)測設備（PQI）；

d)專用硬件；

——有的NILM系統(tǒng)在一天內輸出用電信息，有的則會在更短時間范圍內顯示結果；

——有的NILM系統(tǒng)將負荷成分按用途分解，有的按當前使用設備（如電器）分解，有的則側重于

用電行為分析。

NILM分析器也可采用智能設備輸出的數(shù)據(jù)。智能設備是輸出信息為非電氣量的設備，如位置傳感器、

運動傳感器、溫度控制器等。

4.2NILM感知裝置

NSD是連接電氣安裝線路的裝置，輸出可為NILM分析器所用的數(shù)據(jù)。可由NSD輸出的數(shù)據(jù)包括：

——電流和（或）電壓波形的采樣點；

——電流和（或）電壓波形特征；

——在電信號中高頻模式的相關特征；

——電氣參數(shù)估計值；

——電氣參數(shù)測量值。

4.3NILM分析器

NILM系統(tǒng)的價值取決于分析器及其對NSD輸出數(shù)據(jù)的應用效果。

NILM分析器是分析NSD輸出數(shù)據(jù)并生成估計的用電分解信息的一些算法，可幫助相關人員做出決策。

NILM分析器可輸出的信息包括：

——估計的電能消耗的具體用途分解（加熱、制冷、娛樂等）；

——估計的電能消耗的具體電器類型分解（微波爐、冰箱、壓泵等）。

注：NILM系統(tǒng)輸出估計的用電狀態(tài)分解。需要對電能消耗和（或）其他電氣參數(shù)進行精確測量與分析時（如：監(jiān)測

電氣安裝線路），常采用標準化測量設備（如：PMD或電能表）

5NILM感知裝置（NSD）的分類

5.1概述

NSD連接電氣安裝線路和分析器。為保證高效運行，NILM算法需知曉待處理的數(shù)據(jù)類型。NSD的性能

取決于多個特征（如圖3）。

3

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NSD特征

輸入采樣率

輸出速率

額定電壓

……

電氣安裝線路NSD用于NILM的數(shù)據(jù)

圖3NILM感知裝置（NSD）的構成示意圖

為了NILM分析器的進一步發(fā)展，有必要對NILM感知裝置的特性進行詳細說明，以便選擇和比較。

5.2NSD分類的定義

NILM感知裝置根據(jù)有限的基本參數(shù)進行分類，如：

——輸入采樣頻率：NSD對電氣信號采樣的頻率。該頻率范圍通常為kHz至MHz級。無間隙采樣和

有間隙采樣均可。

該參數(shù)對于表征輸出電氣波形采樣點的NSD至關重要。而對于輸出估計值或測量值的NSD關

系不大，由此規(guī)定了單獨一類（P級：僅參數(shù)）

——輸出速率：NSD輸出為NILM分析器所用數(shù)據(jù)的速率。該速率范圍通常為每秒一組數(shù)據(jù)至每30

分鐘一組數(shù)據(jù)。

——數(shù)據(jù)比特率：一小時內由NSD量化的電信號的平均每秒比特數(shù)。該數(shù)據(jù)比特率范圍通常為bps

至Mbps級。

表1，表2和表3分別為基于以上三種參數(shù)的NILM感知裝置分類。

表1基于輸入采樣頻率的NSD分類

輸入采樣頻率f僅參數(shù)＜5kHZ5kHZ≤f＜8kHZ8kHZ≤f＜100kHZ100kHZ≤f＜1MHZ≥1MHz

類別P12345

表2基于輸出速率的NSD分類

輸出速率d＞30min30min≥d＞1min1min≥d＞1s1s≥d＞0.1s≤0.1s

類別EDCBA

表3基于數(shù)據(jù)比特率的NSD分類

數(shù)據(jù)比特率b＜100bps100bps≤b＜1kbps1kbps≤b＜10kbps10kbps≤b＜100kbps≥100kbps

類別LMHSX

表1中P級為不輸出v電氣波形采樣點的NSD。該類NSD輸出電氣參數(shù)的測量值或估計值（如：有功功

率、無功功率、功率因數(shù)、諧波失真（諧波畸變）等）。

——傳統(tǒng)測量裝置（如PMD）輸出電氣參數(shù)測量值，因此為P級NSD。

——PQI同樣輸出電氣參數(shù)測量值，但通常也具備波形獲取功能。因此屬于P級NSD，并且根據(jù)其

采樣屬性通常歸為3級或4級NSD。

應將表1，表2和表3中的類別相結合。如：

——某NILM感知裝置的電信號采樣頻率為7kHZ，每秒以500bps的平均比特率輸出一組數(shù)據(jù)至NILM

分析器，因此為2BM級NSD。

——某NILM感知裝置的電信號采樣率為1MHz，每0.02s（50Hz）輸出一組數(shù)據(jù)至NILM分析器，

數(shù)據(jù)比特率為1Mbps，則為5AX級NSD。

4

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——某NILM感知裝置每秒輸出一組有功功率測量值，則為PBL級NSD。

如某NSD有多個采樣頻率，制造商應給每個采樣頻率定義類別。

如某NSD有多個輸出速率，制造商應給每個輸出速率定義類別。

如某NSD有多個數(shù)據(jù)比特率，制造商應給每個數(shù)據(jù)比特率定義類別。

對于接收暫態(tài)事件相關信息的NSD，其數(shù)據(jù)比特率取決于暫態(tài)事件的發(fā)生情況，應注明用于分類的

事件的發(fā)生速率。

附錄A中列舉了NILM系統(tǒng)和NILM感知裝置分類的實例。附錄B計算數(shù)據(jù)比特率的情況。

5.3其他NSD參數(shù)

除類別外，制造商還應提供以下重要信息：

——對于表1中分類為P級的NSD，輸出的估計值（如有功功率、電流均方根值等）列表，并附相

應精度等級（如有）；

——額定電壓；

——額定電流；

——額定頻率；

——制造商要求的輸出的估計數(shù)據(jù)的性能（如：分辨率、范圍、運行條件等）；

——相位數(shù)（通常為1或3）；

——數(shù)據(jù)采集通道數(shù)；

——起動電流或電壓（運行臨界值）；

——網(wǎng)絡通信類型、協(xié)議和范圍（WiFi，3G/4G/5G，PLC，Ethernet等）；

——網(wǎng)絡故障時的內存存儲容量；

——數(shù)據(jù)壓縮（無損或有損）；

——環(huán)境條件；

——安全數(shù)據(jù)；

——電磁兼容數(shù)據(jù)；

——供電方式（光伏、電池等）。

對于NSD的安全性和電磁兼容，應提供電磁兼容及安全性標準的相關參考文件（如：安全性由

IEC61010-1規(guī)定）。詳細指標參見附錄C。

注：對于具有無線電功能的設備，本文件同樣適用。

6NILM系統(tǒng)的運行

NILM系統(tǒng)的運行涉及以下幾個方面（如圖4所示）：

——NILM感知裝置（NSD）；

——網(wǎng)絡傳輸：NSD輸出數(shù)據(jù)傳輸至NILM分析器的方式，常傳輸至云端；

——NILM分析器：通過一系列算法處理數(shù)據(jù)，從而估計電能消耗使用明細；

——CRM：客戶關系管理以確定數(shù)據(jù)屬于哪條安裝線路；

——NILM報告：NILM分析器的結果通常由手機、網(wǎng)頁或紙質報告呈現(xiàn)。

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報告

CRM

NILM分析器

網(wǎng)絡傳輸

通訊

NILM感知裝置

數(shù)字處理

（NSD）

信號采集

圖4NILM系統(tǒng)運行框圖

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A

A

附錄A

（資料性）

NILM運行過程簡介

A.1NILM運行實例

NILM系統(tǒng)實際應用示例如圖A.1所示。

終端用戶信息

有功功率

10s-平均通訊通訊

咖啡機

求平均

趨勢和預測

云NILM冰箱

分析與存儲分析器后期處理事件檢測

異常檢測

……

電能分解

圖A.1NILM系統(tǒng)應用示例

A.2NILM的數(shù)據(jù)與技術

NILM系統(tǒng)中使用的數(shù)據(jù)和技術示例，如表A.1所示。

表A.1NILM系統(tǒng)中數(shù)據(jù)與技術示例

運行步驟步驟目的典型應用

模擬信號測量檢測電氣類信號檢測電流和電壓信號

計算基本電氣參數(shù)：有功功率、其他功

數(shù)字化處理計算負荷特征給NILM分析器率（無功、視在、基波），諧波失真等。

波形采樣和（或）計算具體波形參數(shù)或

高級參數(shù)（如：高頻分量）

數(shù)據(jù)傳輸至分析器將特征信號傳輸至分析器使用GSM或HTTP網(wǎng)絡

機器學習算法，監(jiān)督或無監(jiān)督神經(jīng)網(wǎng)絡，

分解分析電能分解

近鄰法，決策樹等。

將電能分解轉換為對終端用戶有價值的計算均值、事件檢測、趨勢預測及異常

結果后期處理

信息檢測、向終端用戶提供建議等

向終端用戶展示有價值的信息，用于節(jié)

終端用戶展示網(wǎng)頁、手機應用、特定的警報與通知等

能、居家協(xié)助等信息及行動

A.3NILM感知裝置（NSD）示例

圖A.2為一個安裝在家用配電柜上的NSD實例。

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外部傳感器硬件

圖A.2家用配電柜中的NILM感知裝置安裝示例

NILM感知裝置有多種類型，具有典型特征的NILM感知裝置如表A.2所示。

表A.2NILM感知裝置及其典型特征示例

NILM感知裝置類型輸入采樣頻率類別數(shù)據(jù)輸出速率類別數(shù)據(jù)比特率類別

智能電能表1/2C/D/EL

有定制化固件的智能電能2/3B/CM/H

表

電力計量和監(jiān)控裝置1/2/3A/B/CL/M

（PMD）

電能質量監(jiān)測設備（PQI）3/4/5A/B/CM/X

專用硬件2/3/4/5A/B/CM/S/H/X

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B

B

附錄B

（資料性）

數(shù)據(jù)比特率

數(shù)據(jù)比特率是一小時內由NILM感知裝置量化電信號的平均每秒比特數(shù)，取決于：

——由NSD輸出并用于NILM分析器的數(shù)據(jù)集大小；

——采集裝置的通道數(shù)；

——用于NILM分析器的數(shù)據(jù)輸出速率；

——壓縮率（若采用壓縮算法）。

數(shù)據(jù)比特率計算式如下：

DBRDSDPHCR3600

式中，

——DBR為數(shù)據(jù)比特率，單位：bps；

——DS為用于NILM的數(shù)據(jù)集大小，單位：bits；

——DPH為每小時輸出的數(shù)據(jù)集數(shù)量；

——CR為最大壓縮率（無壓縮時，CR=1）。

表B.1為根據(jù)表3中各種NILM感知裝置的數(shù)據(jù)比特率計算和分類示例。

表B.1數(shù)據(jù)比特率計算示例

NSD示例DSDPHCRDBRDBR等級

2688

14bit×64采樣點×3

專用硬件36000.18483M

系數(shù)（電壓+電流

×2）

96

智能電能表

32bits電流、電壓、610.16L

（單相）a

有功功率

96

PMD-Ⅱ

32bits電流、電壓、3600196L

（單相）a

有功功率

160

PQI32bits電流、電壓、

180001800M

（單相）a有功和無功功率、諧

波失真

PQI12288

（每200ms獲取波1周期×128采樣

形一次，三相）×6通道×16bits

a對于三相設備，DPH和DBR需×3（可能導致DBR等級改變）

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C

C

附錄C

（資料性）

測量設備與NILM感知裝置對照

C.1概述

本附錄為電氣量測量設備特性介紹及其與NILM感知裝置的對照。

C.2測量設備類型

測量電氣量的裝置有多種類型，概覽如表C.1所示。

表C.1測量設備概覽

主要參考標準設備名稱典型應用

IEC62053-21測量有功功率的靜止式電能表，又稱電

IEC62053-22

量表。測量有功（或無功）功率，用于電費計

IEC62053-23

測量無功功率的靜止式電能表。算。

IEC62053-24

IEC62054-21定時開關

測量電能及其他電氣量（電壓均方根、

IEC61557-12電力計量和監(jiān)控裝置（PMD）頻率、不平衡和諧波失真等），用于電

又稱多功能電能表能管理或成本分配。

量化電壓波形質量。

IEC62586-1電能質量監(jiān)測設備（PQI）

評估供電是否符合地區(qū)質量標準。

IECTR63213:2019規(guī)定了在電網(wǎng)（供應側）或設備（需求側）中應用的各種電力測量設備，以及

涵蓋這些設備的相關標準。

C.3測量設備要求概覽

雖然不同類型設備間的具體要求不盡相同，表C.1中列出的測量設備均需滿足一系列要求，以確保

實際工況下的安全穩(wěn)定運行。

要求（如適用）包括：

——準確度（有限的不確定度）；

——安全性：電擊保護、機械應力、防火、絕熱等；

——環(huán)境條件（溫度、濕度、震動等）；

——機械結構；

——電磁兼容；

——標記和文件；

——運輸和儲存；

——可靠性；

——耐用性；

——時鐘同步性及時間準確度；

——防篡改。

要求一致性需由一系列測試驗證：

——類型測試（前期設備測試）；

——常規(guī)測試（所有設備測試）；

——樣本測試（間或樣品測試）。

組織對制造商的審核，以確保制造商遵守其所有義務。

準確度量級通常表示為性能等級（或準確度等級），標記為數(shù)字或字母。精確度等級的概念涵蓋了

幾個要求（如圖C.1所示）：

a)指定條件下對應的特定準確度（即有限的不確定度）；

b)指定的電流、電壓、功率因數(shù)等范圍內對應的特定準確度；

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c)存在影響量時的有限偏差（電磁擾動、高低溫、諧波等）；

d)對最重要的電氣量有用時，指定經(jīng)批準的的測量技術（如：無間隙測量）。

影響量下（電磁干

規(guī)定測量范圍內

擾，溫度……）

（對特定電氣量）

特定準確度采用無間隙測量

準確度等級

圖C.1準確度等級的概念

這些要求確保即使在配電柜或配電箱內存在對設備有潛在傷害的條件時，設備仍能安全運行并輸出

可靠數(shù)據(jù)。

C.4NILM感知裝置與測量設備的關系

表C.1中列出的每個測量設備至少都可被認為是P級NILM感知裝置，并按照本文件中的規(guī)定進行分類。

它們輸出的數(shù)據(jù)可被特定NILM分析器使用。

另一方面，NILM感知裝置需符合一個或多個測量儀器標準，如表C.1中列出的那些標準，才能被稱

作測量設備。不符合測量設備的NILM感知裝置可認為在某些條件下具有一定