基于NILM的家庭電器能效評估方法

翟術(shù)然，孫 虹，呂偉嘉，馬 驍，喬亞男，盧靜雅

（1.國網(wǎng)天津市電力公司電力科學(xué)研究院，天津 300221；2.天津求實智源科技有限公司，天津 300392）

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，用戶生活水平不斷提高，居民用電器的種類和數(shù)量、居民用電負(fù)荷總量不斷增加。居民側(cè)用電量占社會總用電量的36.6%[1]，而用電效率低、浪費嚴(yán)重的問題普遍存在[2-3]。對此，發(fā)達(dá)國家于20世紀(jì)70年代開始了提高居民用電效率的研究，以達(dá)到節(jié)能減排的目的，其中能效評估服務(wù)是實現(xiàn)該目標(biāo)的首要環(huán)節(jié)[4]。對此，國內(nèi)外學(xué)者展開了大量研究。

文獻(xiàn)[5-6]針對高耗能企業(yè)的能效分析提出了一種基于層次分析法和熵權(quán)法的多指標(biāo)評估方法，并在設(shè)計指標(biāo)的過程中考慮了企業(yè)能效狀態(tài)對經(jīng)濟性、運行參數(shù)和電能污染三方面的影響；文獻(xiàn)[7]在此基礎(chǔ)上考慮了環(huán)境影響，提出了基于模糊綜合評價與主成分分析的客戶用電能效評估方法，但指標(biāo)權(quán)重依靠專家評判，具有較強烈的主觀性；文獻(xiàn)[8]針對企業(yè)用戶內(nèi)的照明設(shè)備和空調(diào)設(shè)備，將其總用電量進(jìn)行縱向?qū)Ρ纫詫崿F(xiàn)節(jié)能效益分析；文獻(xiàn)[9-10]主要根據(jù)總量信息分析用戶用電行為，進(jìn)而制定行為優(yōu)化策略，但無法得到具體到用電設(shè)備級的個性化的優(yōu)化策略；文獻(xiàn)[11]提出了一種針對企業(yè)用戶能效分析與客戶反饋的交互系統(tǒng)，但需以客戶所在領(lǐng)域的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)用能信息為基礎(chǔ)，限制了方法的實用范圍?？傮w上，現(xiàn)有研究大多聚焦于工商業(yè)大客戶，針對家庭能效評估的研究較少。目前所采用的能效評估方法主要依據(jù)用戶用電總量信息，通過不同用戶之間的橫向?qū)Ρ群陀脩糇陨聿煌瑫r期的縱向?qū)Ρ葋磉M(jìn)行能效綜合評估。一方面，評估結(jié)果的準(zhǔn)確性和科學(xué)性難以得到保證；另一方面，依據(jù)評估結(jié)果無法直接得出可操作性強、具體到電器的用電優(yōu)化策略。文獻(xiàn)[12]提出一種家庭電器能效評估方法，根據(jù)電器的運行狀態(tài)并利用能效函數(shù)，將電器劃分為高效用、低效用和負(fù)效用。但由于電器運行狀態(tài)多樣，僅通過電器的啟、停狀態(tài)進(jìn)行評估，其結(jié)果可能不準(zhǔn)確。因而，對于能效與設(shè)備運行模式、運行功率水平等因素關(guān)聯(lián)較為緊密的電器，有必要設(shè)計更合理的電器能效量化評估方法，進(jìn)而對各類電器的評估結(jié)果加以綜合分析，向用戶提供高效的用電方案，提高用電效率。

為此，本文提出了基于非侵入式負(fù)荷監(jiān)測NILM（non-intrusive load monitoring）的家庭電器能效評估方法。為保證所提方法在不同用戶中的適用性，首先提出了基于NILM的能效評估數(shù)據(jù)實用化采集方案。對于單個用戶，綜合考慮實用性和精度，利用基于負(fù)荷事件的NILM方法，可從用戶用電總量數(shù)據(jù)中獲取各個電器的精細(xì)化用電情況。一方面，通過積累用戶精細(xì)化用能數(shù)據(jù)，可分析用戶的用電特性，得到多類型用戶的典型用能情況，并結(jié)合地理信息和天氣數(shù)據(jù)分析用戶用電需求。另一方面，根據(jù)使用目的和工作機理將家庭用電器進(jìn)行分類，并針對性地建立不同的能效評估模型。其中，針對能效與溫度、光照等實時環(huán)境參數(shù)緊密相關(guān)的電器，提出了考慮環(huán)境參數(shù)的用電器能效量化評估方法。

1 電器能效評估數(shù)據(jù)獲取

電器能效評估對數(shù)據(jù)精細(xì)程度有更高的需求，數(shù)據(jù)獲取難度較大。本文基于NILM技術(shù)提出了針對性數(shù)據(jù)采集方案，將電器個性化能效評估數(shù)據(jù)需求大致分為兩類：一類是家庭內(nèi)部各用電器的用電數(shù)據(jù)，包括工作狀態(tài)、開關(guān)時間和使用順序等，在明確用戶具體用電行為[13-14]的前提下對其用電效率進(jìn)行評估；另一類是用戶的用電需求數(shù)據(jù)。用電需求是指用戶在某種特定環(huán)境，需要使用何種電器滿足其生活工作等需求的相關(guān)數(shù)據(jù)，故用電需求數(shù)據(jù)除了電器習(xí)慣使用時段等必要統(tǒng)計數(shù)據(jù)外，還包括與用電行為相關(guān)的環(huán)境數(shù)據(jù)。

1.1 精細(xì)化用電數(shù)據(jù)采集

精細(xì)化用電數(shù)據(jù)指用戶家庭各用電器的用電詳情，包括工作狀態(tài)、開關(guān)時間和電量等[15]?？紤]到NILM技術(shù)在經(jīng)濟性和推廣性方面有著巨大優(yōu)勢，本文所提出的精細(xì)化用電數(shù)據(jù)采集方案如圖1所示。

圖1 精細(xì)化用電數(shù)據(jù)采集Fig.1 Collection of refined power consumption data

NILM技術(shù)利用家庭用電器的總量信息采集家庭各用電器的用電數(shù)據(jù)，進(jìn)而可以對各電器的用電信息等進(jìn)行統(tǒng)計，獲得用戶家庭內(nèi)部各用電器的用電詳情。通常情況，用電器在運行過程中會在總量信息留下印記，基于用戶總量信息中各用電器的功率量滿足疊加性，NILM利用這些反應(yīng)電器各自運行特性的印記實現(xiàn)用戶用電總負(fù)荷功率分解[16]。具體方案參照圖1，首先進(jìn)行原始總量數(shù)據(jù)采集，而后進(jìn)行負(fù)荷事件檢測[17]，完成負(fù)荷（穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)）特征提取，最后通過將提取的負(fù)荷特征樣本與負(fù)荷特征庫中的模板進(jìn)行逐一比對即可完成電器狀態(tài)辨識和負(fù)荷分解。由此得到各用電器在目標(biāo)時間段內(nèi)的用電詳情，作為家庭用電器能效評估策略以及用戶用電行為分析優(yōu)化等應(yīng)用方面的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[18]。

1.2 用電需求數(shù)據(jù)獲取

本質(zhì)上，能效可以理解為用戶真實用電需求在實際用能中的占比，因此除了精細(xì)化用電數(shù)據(jù)外，真實用電需求也是評判用戶用能是否合理的主要依據(jù)，獲取方法如圖2所示。用電需求一方面與用戶習(xí)慣緊密相關(guān)，另一方面也會受到外部天氣因素的影響，例如：氣溫升高會導(dǎo)致用戶空調(diào)制冷負(fù)荷需求增大。因此，借助網(wǎng)絡(luò)公開信息，結(jié)合NILM系統(tǒng)或用戶自身提供的地理位置信息即可獲取必要的天氣信息，具體包括但不限于光照、溫度、濕度、風(fēng)力等相關(guān)數(shù)據(jù)。

圖2 用電需求數(shù)據(jù)獲取Fig.2 Collection of power demand data

對于各類電器用電需求，采取多用戶NILM系統(tǒng)數(shù)據(jù)綜合統(tǒng)計分析的方式獲取。由于不同用戶用能習(xí)慣和用能需求各不相同，首先對用戶進(jìn)行分類處理。對于用戶屬性信息比較完善的區(qū)域，可直接根據(jù)屬性標(biāo)簽進(jìn)行分類，用戶屬性包括住宅面積、常住人數(shù)、工作性質(zhì)等；對于用戶信息缺失的區(qū)域，可基于聚類分析等數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)進(jìn)行分類[19-20]。完成用戶分類后，對每類用戶內(nèi)部各種電器的運行特性加以統(tǒng)計，其中不同電器運行模式下的平均有功、無功功率水平是關(guān)鍵信息。此外，NILM還可提供各用戶每種電器的運行時段信息，進(jìn)而獲得各種電器的運行時段分布情況。將電器用能特性與運行時段信息結(jié)合，即可得到各類用戶的用電行為習(xí)慣分析結(jié)果，并明確各類電器的平均耗電量以及時間分布，形成個性化能效評估所需的用電需求數(shù)據(jù)庫。

2 家庭電器能效評估

通過上述方法可獲得目標(biāo)用戶精細(xì)化用電數(shù)據(jù)和用電需求信息，用于家庭電器能效評估，而不同類型電器能效與評估方式不盡相同。對此，本文根據(jù)工作機理和使用目的將家庭用電器進(jìn)行分類，對不同類別的電器建立不同的能效評估模型，并結(jié)合電器的運行狀態(tài)等用電參數(shù)對其進(jìn)行能效評估。

2.1 電器分類

從家庭電器使用目的和工作機理出發(fā)，根據(jù)用戶用電的習(xí)慣及家電的使用時間、功率等運行特性的不同，將家庭用電器分為4類：基本負(fù)荷、可中斷負(fù)荷、可轉(zhuǎn)移負(fù)荷和儲能負(fù)荷，如表1所示。使用時間比較固定的電器，例如電飯煲、電磁爐等，本文將這類電器定義為基本負(fù)荷；可中斷負(fù)荷是指開關(guān)狀態(tài)和使用時間受環(huán)境因素影響比較大的電器基荷，并且它們的運行狀態(tài)可能隨環(huán)境變化而隨時切換，甚至中斷，如空調(diào)、電風(fēng)扇、照明設(shè)備等；可轉(zhuǎn)移負(fù)荷是指使用時間可根據(jù)用戶需要平移到別的時段的，具有最小連續(xù)工作時間和在工作時段內(nèi)具有固定工作模式且不能中斷的用電設(shè)備，如洗衣機等；儲能負(fù)荷是指先在一定時間區(qū)間內(nèi)存儲定量電能，然后根據(jù)用戶需求在特定時間內(nèi)工作的電器，如充電寶、電動牙刷、電動剃須刀、掃地機器人等。

表1 家庭電器分類Tab.1 Classification of home appliances

2.2 電器能效模型

為實現(xiàn)科學(xué)準(zhǔn)確的家庭電器能效評估，本文基于上述電器分類結(jié)果，對不同電器分別建立能效模型。由于儲能負(fù)荷的功率占比相對較小，故只計及基本負(fù)荷、可中斷負(fù)荷及可轉(zhuǎn)移負(fù)荷。根據(jù)電器的工作狀態(tài)是否與工作環(huán)境有關(guān)可將電器分為兩類：第1類包括了基本負(fù)荷和可轉(zhuǎn)移負(fù)荷，此類電器的工作狀態(tài)完全取決于用戶本身的用電需求與環(huán)境量無關(guān)，如電視機、電熱水器等，電器能效體現(xiàn)在電器的有效使用時間在其總運行時間中的占比，故可建立時間能效模型；第2類則是可中斷負(fù)荷，此類電器的工作狀態(tài)與環(huán)境量緊密相關(guān)，如電風(fēng)扇、空調(diào)、照明設(shè)備等，電器能效體現(xiàn)在溫度和光照，所以建立溫度能效模型和光照能效模型。

綜上所述，家庭電器的能效模型函數(shù)具體分為時間能效模型、溫度能效模型和光照能效模型，具體表述如下。

1）時間能效模型

時間能效模型用于電視機、電熱水器等基本負(fù)荷和可轉(zhuǎn)移負(fù)荷，根據(jù)電器的預(yù)期使用時間或固定使用時間與實際電器運行時間的關(guān)系，實現(xiàn)電器時間能效評價。對任意時刻t∈[ts,te]，ts為用電器運行的起始時刻，te為用電器運行的結(jié)束時刻，時間能效模型表示為

式中：Ti(t)為電器i的時間能效模型；tmin為電器使用時段起始時刻；tmax為電器使用時段終止時刻。例如，用戶觀看電視機的時間為19：00—19：30，電視機實際運行時間為18：50—19：30，則在時間段18：50—19：00，電視機的時間能效模型為0；在時間段19：00—19：30，電視機的時間能效模型為1。

2）溫度能效模型

溫度能效模型面向空調(diào)、電風(fēng)扇等電器運行狀態(tài)與用戶家庭區(qū)域的溫度參數(shù)相關(guān)的可中斷負(fù)荷，根據(jù)用戶家庭區(qū)域的溫度參數(shù)和用戶預(yù)設(shè)溫度的關(guān)系，實現(xiàn)對用電器溫度能效評價。溫度能效模型表示為

式中：Ci(wt)為電器i的溫度能效函數(shù)；wmin為預(yù)期最小溫度閾值；wmax為預(yù)期最大溫度閾值；wt為t時刻用戶家庭的實際溫度。若wt在[wmin,wmax]范圍內(nèi)，則溫度能效模型為1；否則為0。

3）光照能效模型

光照能效模型面向照明設(shè)備，電器的運行狀態(tài)與家庭實際光照環(huán)境相關(guān)，根據(jù)家庭的實際明亮程度，確定光照能效模型，表示為

式中：Li(lt)為電器i的光照能效函數(shù)；l1為屋內(nèi)環(huán)境較暗；l2為屋內(nèi)環(huán)境較亮；lt為該電器i在t時刻運行時所在區(qū)域的實際光照情況。

2.3 電器能效評估

在電器能效模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合NILM技術(shù)獲取的各用電器精細(xì)化用電數(shù)據(jù)，提出了家庭電器能效動態(tài)評估方法。在計及自動調(diào)節(jié)電器的保溫狀態(tài)的基礎(chǔ)上，該方法根據(jù)電器的運行功率或運行狀態(tài)將其劃分為不同等級的能效，并引入評分機制，可對當(dāng)天電器的用電能效進(jìn)行評分，通過對該電器一段時間內(nèi)分?jǐn)?shù)的縱向?qū)Ρ?，提醒用戶在該電器用電行為上可能存在的能效問題，進(jìn)而對用戶提出針對性用能意見。

為了量化評估電器能效，分別基于時間、溫度和光照能效函數(shù)對不同電器進(jìn)行電器能效評估。首先定義任意電器i在t時刻的運行狀態(tài)Si(t)，并將其分為3種狀態(tài)：工作Non、保溫Ncon和停機Noff；電器i在t時刻的能效評估指標(biāo)Ui(t)，并將其分為3種能效水平：高能效Nh、中等能效Nm、低能效Nl。

高能效表示用戶消耗電能的同時獲得了較高的價值和最大化的滿意度[15]。對于具有時間特性的電視機、電熱水器等基本負(fù)荷和可轉(zhuǎn)移負(fù)荷，高效是指當(dāng)用戶使用時間等于用電器實際運行時間，用戶獲得了較高的價值。對于空調(diào)、電風(fēng)扇等溫度比較敏感的可中斷負(fù)荷，以空調(diào)為例，當(dāng)家庭區(qū)域?qū)嶋H溫度高于用戶期望環(huán)境溫度時，空調(diào)處于運行狀態(tài)，則表示空調(diào)處于高能效，用戶獲得了較高的價值和最大化的滿意度。值得注意的是，空調(diào)的保溫狀態(tài)是將家庭區(qū)域內(nèi)溫度維持在用戶設(shè)定溫度的一種自動化運行模式，本文將其視為高能效。中等能效表示用戶消耗電能過程中存在較少的電能損耗，特別對于自動調(diào)節(jié)的電器，例如熱水器在達(dá)到設(shè)定溫度后存在保溫狀態(tài)，這段時間用戶并沒有使用該電器，本文將其視為中等能效?；谝陨显瓌t，本文將對一天中不同時段內(nèi)的所有電器逐一進(jìn)行量化評分，處于高能效視為正分，低能效和中等能效視為負(fù)分，進(jìn)而對各電器一天內(nèi)不同時段的評分進(jìn)行加權(quán)求和得到最終評分。

各時段權(quán)重依據(jù)電器運行功率水平而定，具體評分步驟如下。首先，分別計算電器在高能效、低能效時段的平均功率Pmean；然后，利用電器高能效、中等能效、低能效時段的平均功率，根據(jù)其最低運行功率Pmin和最高運行功率Pmax，結(jié)合對應(yīng)的函數(shù)進(jìn)行打分；最后，將其進(jìn)行疊加得到該電器當(dāng)天的評分。

分別根據(jù)時間能效模型、溫度能效模型和光照能效模型給出能效評估方法。基于時間能效模型的電器能效評估，如表2所示。表中，Pmean為電器在高能效、低能效時段的平均功率，Pmin為電器最低運行功率，Pmax為電器最高運行功率。若電器處于工作狀態(tài)且被用戶實際使用，或者當(dāng)電器處于關(guān)閉狀態(tài)，則電器處于高能效；當(dāng)電器處于工作狀態(tài)但用戶實際不需要使用該電器，則電器處于低能效[11]；但對于自動調(diào)節(jié)電器處于保溫狀態(tài)將其視為中等能效。

表2 基于時間能效函數(shù)家用電器能效評估Tab.2 Evaluation on energy efficiency of home appliances based on time energy efficiency function

基于溫度能效模型電器能效評估如表3所示。若用戶家庭區(qū)域內(nèi)的溫度已在用戶期望溫度之外，且電器處于工作狀態(tài)且保障實際溫度趨近于用戶所需溫度內(nèi)，或者若電器處于保溫狀態(tài)，再或者若電器處于關(guān)閉狀態(tài)，則電器處于高能效；若電器處于工作狀態(tài)，用戶家庭區(qū)域內(nèi)的溫度已處于用戶期望溫度，則電器處于低能效。

表3 基于溫度能效函數(shù)家用電器能效評估Tab.3 Evaluation on energy efficiency of home appliances based on temperature energy efficiency function

基于光照能效模型電器能效評估，如表4所示。由于照明電器的亮度與功率量有直接聯(lián)系，在進(jìn)行能效評估時，利用運行功率量對其進(jìn)行評估，具體如下。若照明電器處于暗處且用戶需求為亮，電器工作則將其定義為高能效；否則，電器工作則將其定義為低能效。若照明電器處于關(guān)閉狀態(tài)，則用電器處于高能效。根據(jù)照明電器的最大運行功率Pmax，可按照需求靈活的設(shè)定不同能效等級。計劃將高、低能效等級都設(shè)為2級：高能效Ui(t)=Nh、較高能效和較低能效、低能效Ui(t)=Nl，根據(jù)電器實際運行功率判斷其能效等級，見表4，其中P為與光照相關(guān)電器的實際運行功率。

表4 基于光照能效函數(shù)家用電器能效評估Tab.4 Evaluation on energy efficiency of home appliances based on illumination energy efficiency function

3 算例分析

為了驗證所提方法的有效性，以某家庭某日實際耗電數(shù)據(jù)和統(tǒng)計所得該家庭用電需求為例，對該家庭各電器進(jìn)行能效評估和詳細(xì)分析。

3.1 精細(xì)化用能數(shù)據(jù)分析

該家庭主要電器包括空調(diào)、電熱水器、電視機、飲水機、照明設(shè)備等，對如圖3所示的夏季某日總功率曲線進(jìn)行分析。為方便展示，僅以時段17：00—24：00為例。

圖3 家庭總功率曲線Fig.3 Total power curve for one family

如第1.1節(jié)所述，根據(jù)圖3所示的用戶總量信息，采用NILM技術(shù)可得到戶內(nèi)精細(xì)化用能數(shù)據(jù)，不同電器的功率曲線如圖4～圖6所示。由圖可見，電視機運行期間產(chǎn)生了大量無規(guī)則波動；空調(diào)運行期間功率水平較高，而且啟動暫態(tài)過程呈現(xiàn)出明顯的先上升后下降的波形特征；照明運行功率較小，且波形為標(biāo)準(zhǔn)的“矩形”。根據(jù)各電器的功率曲線，可分析出各用電器的運行時段，如表5所示。

圖4 目標(biāo)時段電視的有功功率曲線Fig.4 Active power curve of TV during target period

圖5 目標(biāo)時段空調(diào)的有功功率曲線Fig.5 Active power curve of air conditioner during target period

圖6 目標(biāo)時段照明設(shè)備的有功功率曲線Fig.6 Active power curve of lighting equipment in target period

表5 各用電器運行時間Tab.5 Running time of each appliance

3.2 用電需求數(shù)據(jù)分析

如第1.2節(jié)所述，用電需求數(shù)據(jù)主要獲取方式是對用戶用電活動的進(jìn)行統(tǒng)計，并結(jié)合用戶家庭所在地的天氣數(shù)據(jù)，其中溫度表示該家庭的室外溫度，光照表示該家庭所在區(qū)域的亮度，均通過氣象資料獲得。表6給出了該用戶基于時間能效函數(shù)電器的固定使用時段，表7給出了該用戶基于溫度和光照能效函數(shù)電器的使用環(huán)境值。

表6 用戶典型用電器使用時間信息Tab.6 Working time of typical home appliances in one family

表7 用戶典型用電器使用環(huán)境信息Tab.7 Environmental information about typical home appliances in one family

如表6所示，用戶某種用電活動必然會有相應(yīng)電器工作，由于用戶用電習(xí)慣和用電規(guī)律，故相應(yīng)用電器的使用時段也具有規(guī)律性，應(yīng)在固定時間范圍內(nèi)，因而經(jīng)統(tǒng)計可得到電器使用時間數(shù)據(jù)。不過，用戶某些用電行為或用電活動受到環(huán)境因素變化而變化，故相應(yīng)電器沒有固定的使用時間，如空調(diào)、照明設(shè)備等。這類電器的使用狀態(tài)與用戶的用電期望和環(huán)境量有關(guān)，這類用電器的預(yù)設(shè)值或期望值，如表7所示。

綜上所述，用戶用電需求數(shù)據(jù)體現(xiàn)典型用電器為滿足用戶的用電活動的科學(xué)和合理的使用時間，以及使用環(huán)境，為實現(xiàn)家庭用電器準(zhǔn)確科學(xué)能效評估提供數(shù)據(jù)支撐。

3.3 電器能效評估

根據(jù)當(dāng)日氣象資料，確定該用戶家庭區(qū)域的目標(biāo)時段17：00—24：00的光照環(huán)境和溫度環(huán)境如圖7所示。點線為用戶家庭區(qū)域的溫度曲線，虛線為用戶的期望溫度閾值，表示的溫度范圍為18～25℃，點劃線表示用戶家庭的明亮程度。

圖7 光照和溫度曲線Fig.7 Curves of illumination and temperature

1）基于時間能效函數(shù)的電器能效評估

在目標(biāo)時段內(nèi)該用戶基于時間能效函數(shù)的電器為電視機，根據(jù)表5和表6的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。用戶典型使用時間為18：00—21：30，電視機實際運行時間為18：05—19：55，故Tt∈[Tmin,Tmax]，電視的EtTV(t)=1且STV(t)=Ton，故為高能效。

2）基于溫度能效函數(shù)的電器能效評估

在目標(biāo)時段該用戶基于溫度能效函數(shù)的電器為空調(diào)，根據(jù)目標(biāo)時段內(nèi)用戶家庭區(qū)域的溫度信息如圖7所示。在時間17：00—22：30內(nèi)，家庭區(qū)域內(nèi)的實際溫度高于用戶的期望值，故空調(diào)的；在17：00—21：17內(nèi)空調(diào)處于停機狀態(tài)Scon(t)=Toff，故空調(diào)處于高能效；在21：17—22：30內(nèi)空調(diào)處于運行狀態(tài)，即Scon(t)=Ton，故空調(diào)處于高能效；在22：30—24：00內(nèi)，家庭區(qū)域內(nèi)的實際溫度在用戶期望值內(nèi)，空調(diào)的；然而在22：30—23：52內(nèi)空調(diào)處于運行狀態(tài)，即Scon(t)=Ton，故此期間空調(diào)處于低能效。

3）基于光照能效函數(shù)的電器能效評估

在目標(biāo)時段內(nèi)基于光照能效函數(shù)的電器為照明，根據(jù)目標(biāo)時段內(nèi)用戶家庭區(qū)域的光照信息如圖7所示。在時間17：00—19：00內(nèi)，家庭區(qū)域內(nèi)實際光照情況為亮，故照明的，且在17：12—19：00照明設(shè)備處于運行狀態(tài)，即Slight(t)=Ton，故照明設(shè)備在此時間段內(nèi)處于低能效。在19：00—24：00內(nèi)，家庭區(qū)域內(nèi)的實際光照情況為暗，故照明的，且在19：00—22：05照明設(shè)備處于運行狀態(tài)，即Slight(t)=Ton，故在此時間段內(nèi)照明設(shè)備處于高能效。

綜上所述，該用戶空調(diào)在夜晚22：30—23：52時間內(nèi)處于低能效，照明在下午17：12—19：00時間內(nèi)處于低能效，故該用戶應(yīng)該注意空調(diào)和照明設(shè)備的使用，例如在夜晚可以開窗通風(fēng)，在白天減少燈光的使用，以避免不必要的電能浪費。

4 結(jié)語

本文提出了基于非侵入式負(fù)荷監(jiān)測的家庭電器能效評估方法。首先，提出了個性化能效評估數(shù)據(jù)采集方法，解決了精細(xì)化用電數(shù)據(jù)與用電需求數(shù)據(jù)獲取的難題。對于單個用戶，綜合考慮實用性和精度，采用基于負(fù)荷事件檢測的NILM方法從用戶用電總量數(shù)據(jù)中獲取各個電器設(shè)備的運行狀態(tài)和能耗情況。在此基礎(chǔ)上，基于大量用戶的精細(xì)化用能數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析得到多類型用戶的典型用能情況，并與天氣數(shù)據(jù)融合形成用電需求數(shù)據(jù)庫。其次，以個性化能效評估數(shù)據(jù)作為輸入?yún)⒘?，可利用家庭能效評估模型，對用戶內(nèi)各個設(shè)備能效進(jìn)行量化評分，并向用戶提出針對用能意見，從而指導(dǎo)電力需求側(cè)節(jié)能和管理。

實測算例表明，所提基于NILM的家庭電器能效評估方法，給出了一種切實可行的家庭能效量化評估方案。不難預(yù)見，隨著NILM等技術(shù)的發(fā)展推廣，該方案將有效幫助用戶實現(xiàn)個性化節(jié)能降耗，可在保障用戶滿意度的基礎(chǔ)上實現(xiàn)良好的節(jié)能效果。