电力指纹技术

　　《电力指纹技术》第1章介绍了感知的基本概念，并引出电力指纹技术的研究内容；第2章介绍了电力指纹技术的概念与架构；第3章介绍了电力指纹技术的基础-数据的获取与处理：第4章介绍了电力指纹类型识别技术；第5章介绍了如何在多设备混叠运行情况下对设备运行信号和状态进行分解和识别：第6章介绍了电力指纹参数识别技术基础；第7章介绍了电力指纹行为识别技术：第8章从软硬件角度介绍了电力指纹技术支撑体系；第9章对电力指纹技术的应用场景和商业模式进行展望。
　　《电力指纹技术》可以为设备感知、电网运维、智能用电、综合能源管理、智能家居、互联网增值服务等领域的专业技术人员提供参考。

　　谈竹奎，正高级工程师，工学硕士。贵州电网有限责任公司电力科学研究院副总经理。IEEEPES直流配电专委会常务理事、直流用电专委会常务理事、电力负荷分委会秘书长、全国电力需求侧管理标准化技术委员会委员，《电力大数据》期刊副主编。发表论文70多篇，其中SCI/EI论文20多篇，授权发明专利25项。出版专著（教材）共3本，曾获省部级科技进步一等奖1项，二等奖3项。
　　谈竹奎长期从事电力系统自动化相关专业和科研管理相关工作。科研方向集中在调度自动化、直流配用电和需求响应等领域，主持南网重点科技项目5项，作为技术骨干参与国家重点研发计划2项。与华南理工大学余涛教授共同提出了电力指纹技术的概念和架构。
　　
　　余涛，华南理工大学教授，“珠江学者”特聘教授，博士生导师，“兴华人才”智能配电网团队负责人。中国电工技术学会人工智能与电气应用专委会秘书长、IEEEPES电力负荷特性分委会（中国）主席、中国城市能源变革产业联盟理事、中国仪器仪表学会电测测量信息处理仪器分行理事、国家电力行业可靠性管理标准化技术委员会委员、《PCMP》和《电测与仪表》等国内外6个期刊的编委。迄今主持国家自然科学基金项目4项、其他科技项目二十余项，发表SCI论文130余篇，65篇为JCR一区论文，4篇为ESI高被引论文。出版中英文专著3本，获得省部级奖项12项。
　　余涛教授近年来专注于基于先进机器学习的新一代智能电网调度控制决策系统的研究和开发，与贵州电力科学研究院谈竹奎共同提出了电力指纹技术的概念和架构。

　　电网是连接世界大的网络，任何设备的运行都离不开电，设备的运行必然会在电网中留下蛛丝马迹。长久以来，由于测量、信号处理、人工智能和机器学习等技术不足，使得本应可感知万物的电网，沦为能量传输的纯物理网络。未来智能电网应是一个包含测量、感知、决策和控制的完整体系，实现信息与物理系统深度融合，最终将形成具备能量交换、信息交换、万物感知的网络。这个链条中，目前缺的是感知技术。电力指纹技术是基于先进机器学习方法的电网设备精确感知技术，能够对设备的类型、特性、参数、用户行为习惯、能效和健康水平及身份进行识别和感知。有了电力指纹技术，设备自己会说话，能够挖掘出的用户和设备信息资源及其蕴藏着的巨大商机有待我们去开发。
　　《电力指纹技术》作为一本利用数据感知电网设备的奠基性学术专著，介绍了电力指纹技术概念、整体框架、指纹数据处理、指纹特征提取以及学习和识别过程，可以为设备感知、电网运维、智能用电、综合能源管理、智能家居、互联网增值服务等领域的专业技术人员提供参考。

　　电网是能量流的载体，同时也是各类信息流的载体。电网的智能化运行就是要充分利用各类信息流高效指导生产活动，提高能源的利用率。实现电网智能化运行目标，需要先进的测量能力，以及智能的感知、决策和控制能力，即以先进的测量能力和智能感知为基础，研究出智能决策系统和智能控制方法。电力指纹技术，就是用来解决智能感知领域上的相关问题的。
　　电力指纹技术这一概念最早可以溯源到1983年C．Kem在负荷研究研讨会上提出的“设备签名”概念，1991年法国电力公司发表了第一篇关于“设备签名”的论文，详细分析了不同设备类型的电气特征。1992年美国哥伦比亚大学G.W.Hart教授提出了非侵入式负荷监测方法，通过监测用户入口处电压和电流信息实现设备用电监测，开启了负荷识别的研究热潮。近三十年来，研究人员不断提出新的负荷设备识别方法，但这些方法主要集中在识别家庭负荷设备的类型及是否在运行，无法满足能源互联网下的设备状态深度感知和精准交互需求。2017年，受到负荷识别方法的启发，贵州电网有限责任公司电力科学研究院与华南理工大学进一步拓展了负荷识别的内涵，研究了用电设备和分布式发电设备的运行状态、参数、行为感知和辨识方法．并提升了用电侧设备的精确状态感知能力，实现了电网与用户的有效交互及海量分布式设备的协调控制。由于该技术更加立体地刻画了设备的电气特征，因此将该技术命名为电力指纹技术（electric power fmgerprint technology，EPF），以便与现有的负荷识别技术加以区分。
　　电力指纹技术一经提出，得到了贵州电网有限责任公司和贵州省电机工程学会的高度重视和科研投入，先后开展了南网重点科技项目“面向能源互联网的配网侧需求侧综合能源管理技术研究与示范”和科技项目“基于工业互联网的旅游区安全智慧配用电关键技术研究及示范”，大力推进了电力指纹技术的研究与应用。此外，贵州电网有限责任公司提供了研究试验平台和应用示范场景，并组建了包含贵州电力科学研究院、华南理工大学电力学院、广州水沐青华科技有限公司、贵州大学电气工程学院等多方团队进行联合攻关。贵州省电机工程学会积极宣传，组织了多次学术研讨，编者和华南理工大学余涛教授多次受邀出席学术交流会议以宣传电力指纹技术，得到学术界、工业界和社会的高度认可，并受邀在专著《人工智能与电气应用》中初步介绍了电力指纹技术。
　　在此背景下，为了能让更多的读者了解电力指纹技术，鼓励志同道合者共同推进这项技术，编者决定撰写本书，系统完整地介绍电力指纹技术的技术架构、识别方法、应用场景及商业模式。同时本书还借鉴了国内外专业同行的大量经验和观点，参考了很多相关资料和文献，在此一并向这些资料和文献的作者表示衷心的感谢。
　　本书工作量大，它的完成是编者及众多合作伙伴不断迎难而上、开拓进取的结果。本书作者分别是贵州电网电力科学研究院谈竹奎、华南理工大学电力学院余涛、蓝超凡等。谈竹奎主要设计全书框架，统领各章内容，并完成第1、2章的编撰；第3章主要由余涛、蓝超凡完成；第4章主要由余涛、蓝超凡、邱磊鑫完成；第5章主要由蓝超凡、彭秉刚、苏晓完成；第6章主要由谈竹奎、余涛、史守圆完成；第7章主要由陈鑫沛、蓝超凡、刘熙鹏完成；第8章主要由刘斌、曾江、黄毅、王子豪、王文超、高旭东完成；第9章主要由谈竹奎、孙立明、庞浩完成。全书由谈竹奎、余涛统稿审定。
　　在此感谢昆明理工大学杨博教授、华南理工大学电力学院潘振宁、陈俊斌、罗庆全、刘易锟、管维灵、蔡清淮、霍富铭、梁敏航、梁志泓等教师及研究生对本书做出的重要贡献。感谢陈鑫沛、杨家俊、邱磊鑫等在本书撰写整理中付出的艰辛。
　　本书是编者在中国南方电网科技项目基金的资助下完成的一个阶段性工作总结，相信通过抛砖引玉，本书会启发更多企业、高校和学者参与到这个方向的研究工作中。编者也希望在未来为国内外同行呈现出更多研究成果。

序
前言
1 能源互联网与电力指纹技术概述
1．1 电网是万物感知的网络
1．2 能源互联网概述
1．3 能源互联网背景下的感知需求
1．4 新型电力系统背景下的感知需求
1．5 电力指纹技术的研究目的
本章小结
本章参考文献

2 电力指纹技术概念与架构
2．1 能源互联网的识别难题
2．2 电力指纹技术基本框架
2．3 电力指纹技术识别模型构建与应用
2．4 电力指纹数据库架构
本章小结
本章参考文献

3 电力指纹技术数据处理与特征提取
3．1 电力数据获取与生成
3．2 数据预处理技术
3．3 电气信号特征计算
3．4 特征分析与降维技术
本章小结
本章参考文献

4 电力指纹类型识别技术
4．1 家庭用电设备特性分类及分析
4．2 基于单体模型的设备类型识别
4．3 基于多模型的设备类型识别
4．4 基于分层结构的设备类型识别
本章小结
本章参考文献

5 多设备混叠类型识别技术
5．1 基于事件的增量设备类型识别方法
5．2 非侵入式负荷分解
5．3 基于用电模式和字典学习的电器负荷分解算法
……
6 设备建模及电力指纹参数识别技术
7 电力指纹用电行为识别技术
8 电力指纹技术支撑系统及案例
9 电力指纹的应用场景与商业模式