1.技術背景

電能信號瞬態異常響應屬於面向用電安全監控的關鍵技術之一，通過對電能信號狀態變量進行跟蹤監測，快速獲得瞬態異常響應，用以解決用電監控的安全性問題。該項技術涉及物聯網智能硬件設備與測控技術領域，主要涉及電能信號監測與用電安全監控。

電力能源的綜合利用效率主要體現在安全性、節能性及經濟性方面。隨著物聯網智能技術的發展，電能監測與安全監控管理不僅面向電力生產、傳輸、配送環節，還需要更廣泛、深入地涵蓋到分布式用電節點的用電全過程，對用戶範圍內不同用電場景中用電負載對象及終端設備進行監測監控。

電能監測節點設備（如電能表、電能計量傳感器、電能計量插座等）可支持電能監測數據采集，通過狀態監測、位置感知、遠程控製及異常處理，實現諸多智能管理能力，但在用電設備匹配、瞬態異常響應及保護等方面，其安全性仍需要進一步提升。

電能監測節點與用電負載對象設備關聯綁定，對分布式設備用電時段及電能狀態進行監測，根據預案進行安全預警及保護的監控。系統可根據實時監測數據與分段記錄數據進行在線統計，為用戶提供在線可視化監控及信息服務。

面向目標場景的物聯網邊緣智能技術需要解決的問題是，基於場景感知的關聯決策與服務。感知監測設備作為目標感知節點，也是邊緣感知網絡所服務的目標對象設備，直接與所服務目標場景的移動對象或位置環境建立了關聯綁定關系。

2.2現有電能監測技術對於用電過程的安全監控，主要存在以下缺陷：

1)安全保護缺乏對目標場景的關聯性：現有技術基於物聯網邊緣網絡進行電能監測時，現場環境由分布式電能監測節點進行監測數據采集（並上傳給上位主機）時，多個電能監測節點各自作為相對獨立的目標監測節點，相互之間缺乏必要的協同服務，包括協同感知監測、協同數據處理、協同通信及協同保護，以及針對不同目標場景狀態，以動態調整電能監測策略及預案的靈活性。

2)對接入接出瞬態缺乏安全保護：現有技術的安全保護主要針對用電負載運行過程，而對負載對象接入接出（插拔）的瞬態過程，缺乏更有針對性行的有效保護。對於特殊工業環境的負載熱插拔，為了進行防弧而不得不采取過於結構過於複雜、成本極高的特殊防弧保護技術。

3).節能性與安全監控能力的平衡問題：現有技術電能監測模式，在用電負載處於不同運行狀態（如未接入或接入後的正常運行、潛在異常或臨界異常狀態），缺乏根據當前目標場景及負載對象狀態進行由針對性的靈活選擇與適應能力。不加區別的實時監測數據處理，不僅會導緻敏感性資源（如功耗、算力、帶寬）的無謂損失、大量的數據冗餘；也會導緻在重點目標負載對象真正出現瞬態異常時，缺乏更為實時、有效的異常處理能力。

4)實時性與穩定性之間的平衡問題：現有技術並沒有很好地解決的瞬態保護的實時性與穩定性之間的平衡問題。若異常保護按一段時間的有效值響應，則因缺乏實時性導緻瞬態異常響應時間過長，而且在電能信號出現瞬態畸變時，有效值並不能很好地反映瞬態衝擊量；但是，若若對瞬態監測值進行響應，則會產生較大的誤差與不穩定性，尤其在瞬態脈衝畸變較大時。

2.3現有電能監測技術對於電能信號瞬態異常的響應方法，主要存在以下缺陷：

1)按有效值響應，缺乏實時性：現有技術大多對根據對電能信號電流或功率的有效值的變量監測而獲得瞬態異常響應，並進行異常處理及保護；但這種方法不僅瞬態異常響應時間過長，而且在電能信號出現瞬態畸變時，不同的瞬態畸變（即便相同的有效值，）也會有很大不同的瞬態衝擊量。

2)按瞬態值響應，缺乏穩定性：若直接按電能信號狀態變量的瞬態值進行判斷響應，因瞬態值的隨機性而誤差較大，導緻穩定性差；當出現並不具備足夠瞬態衝擊量的諧波信號時，將會因瞬態值響應而導緻不必要的瞬態異常響應。

3)按信號預測性響應，缺乏準確性：如果為了提高響應速度，按信號狀態變量的預測值（或增大預測值響應的比例），但在瞬態脈衝畸變較大時，將會導緻較大的瞬態預測性誤判，而導緻不必要的瞬態異常響應。

4)狀態變量的延時問題：對處於異常狀態的電能信號進行監測，單純地采取實時數據處理通過對狀態變量跟蹤計算判斷而獲得瞬態異常響應，會對處理器資源及軟件算力帶來更大的負擔，難以解決軟件計算導緻的狀態變量的延時問題；尤其對瞬態異常響應難以解決實時性與準確性之間的平衡問題。

因此，如何對處於臨界異常狀態的電能信號的瞬態衝擊量進行跟蹤監測，使得當電能信號的瞬態衝擊量達到或超過預設的額定值時，快速且準確地獲得瞬態異常響應，成為亟待解決的技術問題。

2.關於藍奧聲電能異常監測（電能信號瞬態異常響應）技術

2.1藍奧聲電能信號瞬態異常響應技術所解決的技術問題

該項技術要解決的技術問題在於，通過對所述電能信號狀態變量的瞬態衝擊量進行實時預判監控，解決瞬態異常響應的實時性與穩定性問題；並通過臨界實時跟蹤處理及臨界反饋監測，解決瞬態異常響應的延時問題；從而解決對電能信號瞬態異常響應的實時性與穩定性之間的平衡問題。

2.2類似競爭技術（用電安全監控）的缺陷問題（→見前述2.2）

2.3類似競爭技術（電能異常響應）的缺陷問題（→見前述2.3）

3.技術解決方案

3.1概述

根據該項技術，電能監測節點對電能信號狀態變量X(t)進行跟蹤監測，獲得瞬態異常響應。

首先，通過對電能信號狀態變量X(t)安全跟蹤監測，在所述狀態變量X(t)的瞬態脈衝上升沿獲得臨界異常響應；對所述狀態變量X(t)進行臨界實時跟蹤處理，對瞬態衝擊量Px進行實時預判監控；當所述瞬態衝擊量Px的預測值將達到或超過其預設的瞬態衝擊額定值Pm時，即獲得瞬態異常響應。

其次，通過對電能信號狀態變量X(t)安全跟蹤監測，在所述狀態變量X(t)的瞬態脈衝上升沿獲得臨界異常響應；通過臨界實時跟蹤處理，在每一個追蹤監測時間步長Δt後計算當前累積形成的瞬態衝擊量Px；根據所述瞬態衝擊量Px的預測值，以臨界反饋方式設置額定比較信號Xm；當所述狀態變量X(t)對應的前端輸入信號在某一個追蹤監測時間步長Δt內達到所述額定比較信號Xm時，即獲得瞬態異常響應。

1)反饋監測：所述電能監測節點在用電負載對象接入或運行過程中，通過臨界實時跟蹤處理，根據當前對所述瞬態異常特征參數的趨近程度，動態調整所述臨界反饋監測的前置觸發條件。

2)臨界相位：基於臨界異常響應，根據所獲得的與所述臨界值Xr對應的臨界相位φr，通過反饋設置追蹤監測時間步長Δt與/或額定比較信號Xm，從而對電能耦合信號輸入進行所述臨界反饋監測，以在符合所述瞬態異常條件時直接獲得快速觸發響應。

3)瞬態追蹤：根據所述瞬態衝擊量Px，按照當前給定的追蹤監測時間步長Δt內預測允許的瞬態衝擊增量Pm–Px，設置調整所述額定比較信號的瞬態額定值Xm：Pm – Px = Q((X(t) + Xm)/2)Δt，其中Q(X)為瞬態衝擊模擬計算函數；近似地，Pm – Px = ((X(t) + Xm)/2 – Xr)Δt，其中Xr為所述狀態變量X(t)形成瞬態衝擊的臨界值，Pm為瞬態衝擊額定值。

4)瞬態預測：對於當前周期為T的交流電能信號，所述電能監測節點在獲得臨界異常響應時，通過對臨界瞬態函數P(φr)的索引，按Px = T * P(φr)預測計算瞬態衝擊量；所述臨界瞬態函數P(φr)為反映所述瞬態衝擊量與臨界相位φr關聯的單調（單減）函數。

5)交流脈衝：若所述瞬態脈衝近似為交流正弦脈衝，所述瞬態衝擊量Px為超過預設的電流臨界值Xr在瞬態衝擊時間δt內形成的衝擊量；以過零相位φ代替過零時間t，可得到對所述瞬態衝擊量Px的預測值：Px = ∫(X(t)-Xr)dt，其中，X(t) = Xp*sin(ωt)，因此，Px = 1/ω* = 1/ω*Xr*(2cotφr+2φr-π)，其中，φ=ωt，ω=2π/T，ω、T分別為交流信號的角頻率與周期；Xr = Xp*Sinφr，Xp為交流電流信號幅值。

基於該項技術開發的一種電能信號瞬態異常的響應裝置，所述裝置為電能監測節點對電能信號狀態變量X(t)進行跟蹤監測，獲得瞬態異常響應，所述裝置包括以下模塊：臨界異常響應模塊：用於通過對電能信號狀態變量X(t)安全跟蹤監測，在所述狀態變量X(t)的瞬態脈衝上升沿獲得臨界異常響應；實時跟蹤處理模塊：用於對所述狀態變量X(t)進行臨界實時跟蹤處理，對瞬態衝擊量Px進行實時預判監控；瞬態異常響應模塊：用於當所述瞬態衝擊量Px的預測值將達到或超過其預設的瞬態衝擊額定值Pm時，即獲得瞬態異常響應。

基於該項技術開發的另一種電能信號瞬態異常的響應裝置，所述裝置為電能監測節點對電能信號狀態變量X(t)進行跟蹤監測，獲得瞬態異常響應，所述裝置包括以下模塊：臨界異常響應模塊：用於通過對電能信號狀態變量X(t)安全跟蹤監測，在所述狀態變量X(t)的瞬態脈衝上升沿獲得臨界異常響應；實時跟蹤處理模塊：用於通過臨界實時跟蹤處理，在每一個追蹤監測時間步長Δt後計算當前累積形成的瞬態衝擊量Px；臨界反饋監測模塊：用於根據所述瞬態衝擊量Px的預測值，以臨界反饋方式設置額定比較信號Xm；瞬態異常響應模塊：用於當所述狀態變量X(t)對應的前端輸入信號在某一個追蹤監測時間步長Δt內達到所述額定比較信號Xm時，即獲得瞬態異常響應。

6)瞬態保護：當所述電能監測節點獲得瞬態異常響應時，立即觸發自身與/或關聯節點的瞬態保護控製模塊，對處於瞬態異常狀態的所述負載對象進行瞬態異常保護；所述瞬態保護控製模塊包括臨界異常響應單元、衝擊量反饋單元、閃斷保護控製單元。

4.技術效果

4.1解決的技術問題

電能監測節點對用電負載對象的用電異常狀態進行監控，當負載對象處於潛在異常狀態時，立即啟動安全監測模式，當異常狀態變量符合臨界異常條件時，立即啟動臨界監測模式；以此避免在負載對象處於正常狀態時，電能監測對於敏感性資源的過多占用，從而解決監測模式對於節能性與安全監控能力的平衡問題。

根據該項技術，電能監測節點對用電負載對象的用電異常狀態進行監控，當負載對象處於臨界異常狀態時，通過臨界實時跟蹤處理獲得瞬態異常特征參數和臨界反饋監測，調整與瞬態異常條件對應的前置觸發條件，使得當被跟蹤監測的前端輸入信號符合前置觸發條件時，快速獲得瞬態異常響應，從而解決實時性與穩定性之間的平衡問題。

因此，相對於現有技術，該項技術對於電能信號瞬態異常響應，通過對所述電能信號狀態變量進行臨界實時跟蹤處理對瞬態衝擊量進行實時預判監控，當所述瞬態衝擊量的預測值將達到或超過其預設的瞬態衝擊額定值時，即獲得瞬態異常響應，以此解決基於瞬態衝擊量的瞬態異常響應的實時性及穩定性問題。

通過臨界實時跟蹤處理，計算當前累積瞬態衝擊量及其預測值，並以臨界反饋方式設置額定比較信號，從而能夠在前端輸入信號出現瞬態異常時，直接（不必瞬態計算判斷）獲得前置觸發響應，以此解決對瞬態異常響應的延時問題；從而解決對電能信號瞬態異常的響應速度與準確性之間的平衡問題。

4.2技術效果

該項技術對於電能信號瞬態異常進行追蹤監測，具有響應快、穩定性好、準確度高的有益效果，並解決電能監測解決了的節能性與安全性等之間平衡問題；具體表現在以下幾個方面：

1)電能監測節點在負載對象接人接出環節，通過對用電負載接入進行識別感知；對接收到的對象識別信號進行對象匹配核驗，以配置調整與當前負載對象相匹配的監測模式參數，以此解決針對當前負載對象的匹配安全性及監測模式的靈活性問題。

2)電能監測節點對於用電負載在常態下采取低功耗的節能監測模式。當負載對象未接(空載）或正常運行時，電能監測節點處於節能監測模式，有利於節約電能監測功耗，減少數據冗餘；尤其為了減少安裝成本在無線窄帶無線通信時，通過彈性數據上傳，減少無線幹擾及數據資源競爭。

3）通過目標場景狀態感知及目標監測信息處理，通過狀態模式評估對於處於異常狀態的負載對象，通過提升監測模式等級而提升監測數據的實時性和安全性；在負載對象處於潛在異常狀態時，啟動潛在異常監測模式；有利於快速異常響應及異常響應處理，包括記錄異常過程、保護數據、異常告警等處理。

4）電能監測節點在負載對象處於臨界異常狀態時，啟動臨界異常監測模式，以臨界實時跟蹤處理獲得瞬態異常特征參數，有利於提升對異常響應的實時性與一緻性；通過發送具有有更高活躍度的異常觸發狀態信標，具有觸發響應快、優先級高，使得協同感知節點可以在短時間快速、可靠地獲得前置觸發響應。

5)電能監測節點在臨界異常監測模式下，通過對狀態變量Xi以臨界實時跟蹤處理獲得瞬態異常特征參數，並通過瞬態衝擊量預測及臨界反饋監測，解決瞬態異常響應的穩定性與一緻性問題；當電能信號出現瞬態畸變時可以快速響應，解決了實時性與穩定性之間的平衡問題。

6)電能監測節點（如電能表、電能計量傳感器、電能計量插座等）可支持電能監測數據采集；基於對負載對象的感知識別，進行電能信號監測及異常響應處理，以對負載對象接入接出（插拔）的瞬態過程，進行更有針對性的有效保護。

7）電能監測節點基於邊緣協同感知網絡面向用電場景對象，其中全部或部分電能監測節既可作為目標監測節點又可作為協同感知節點，使得電能監測節點設備具有較好的硬件複用性和無線互操作協同性。

8)基於該項技術所開發的系統具有面向應用的邊緣協同計算的協同服務能力：協同感知節點不僅提供無線網絡通信服務、還具有針對感知監測應用（如定位追蹤、能源監測、燈光控製）提供作為邊緣協同計算的協同數據處理的服務能力、協同並發服務能力強、網絡配置便利性好、自愈能力、穩定性高。