2020年能源資源計量服務(wù)示范項目入圍項目連載1

智慧能源計量技術(shù)創(chuàng )新示范項目介紹

威勝控股有限公司（HK3393）成立于2000年，2005年在香港主板成功上市，是國內領(lǐng)先、國際先進(jìn)的能源計量與能效管理服務(wù)商。威勝集團有限公司是威勝控股有限公司核心子公司，現有員工1700余人。威勝以高效、專(zhuān)業(yè)的綜合能源解決方案廣泛服務(wù)于以電力運營(yíng)商、水氣熱公用事業(yè)運營(yíng)商等國家重點(diǎn)工程和項目，服務(wù)于工商業(yè)及居民用戶(hù)。業(yè)務(wù)范圍已覆蓋全國所有省份及地區，并出口至全球近40個(gè)國家和地區，與70多個(gè)國家和地區建立業(yè)務(wù)聯(lián)系，產(chǎn)品品質(zhì)得到用戶(hù)的廣泛認可。威勝科技園占地460畝，建筑面積15萬(wàn)平方米，是目前中國先進(jìn)的能源計量與能效管理產(chǎn)品研發(fā)制造基地之一。

圖1 威勝集團有限公司鳥(niǎo)瞰圖

威勝集團控股有限公司自上市以來(lái)在湖南累計投資37億元，累計產(chǎn)值400億元，累計納稅28億元。威勝獲得國家級科技進(jìn)步二等獎1項，中國專(zhuān)利優(yōu)秀獎1項，湖南省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎1項，其他的省、市級科技獎多項。2016年威勝榮獲國家工信部“2016年智能制造試點(diǎn)示范項目”、全國“質(zhì)量標桿企業(yè)”稱(chēng)號，2017年榮獲第五屆湖南省省長(cháng)質(zhì)量獎。2018年5月，威勝集團榮獲“全國五一勞動(dòng)獎狀”、2019年榮獲“2018年度全國青年安全生產(chǎn)示范崗”、獲得國家電網(wǎng)公司第五屆“青年創(chuàng )新創(chuàng )意大賽”銅獎、三相電子式電能表獲國家工業(yè)和信息化部頒發(fā)的“單項冠軍”稱(chēng)號。

二、項目實(shí)施背景

電力人工智能是人工智能的相關(guān)理論、技術(shù)和方法與電力系統的物理規律、技術(shù)與知識融合創(chuàng )新形成的“專(zhuān)用人工智能”。針對電網(wǎng)的波動(dòng)性、間歇性和不確定性等問(wèn)題，在電網(wǎng)發(fā)展中引入人工智能思維，將有效促進(jìn)電網(wǎng)向新一代電力系統和能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。電力人工智能可廣泛應用在電網(wǎng)安全控制、輸變電、配用電、新能源和企業(yè)管理發(fā)展等方面。2019 年國家電網(wǎng)的“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”和南方電網(wǎng)的“透明電網(wǎng)”提出，利用全國范圍內的5.4 億只智能電能表得天獨厚的資源優(yōu)勢、充分發(fā)揮智能電能表對用戶(hù)用能信息的采集、監測能力。

圖2 威勝集團有限公司研發(fā)大樓

未來(lái)，人工智能、大數據等新技術(shù)的結合將重塑整個(gè)能源供給產(chǎn)業(yè)鏈，助推智慧能源計量領(lǐng)域的快速發(fā)展?；诖?，威勝集團開(kāi)展了人工智能、大數據領(lǐng)域的相關(guān)能源計量技術(shù)研究，包括下一代智能計量技術(shù)、電氣安全檢測技術(shù)、非侵入式負荷識別技術(shù)、電能質(zhì)量監測技術(shù)、供需雙向互動(dòng)技術(shù)、在線(xiàn)監測與自診斷技術(shù)等關(guān)鍵共性技術(shù)研究，以實(shí)現智慧能源計量技術(shù)的整合，研制具有自主知識產(chǎn)權的智慧能源計量裝備。如滿(mǎn)足電力系統電能計量、計費、管理的新一代多芯模組式電能表；具有電氣安全檢測功能、非侵入式負荷識別功能、電能質(zhì)量監測功能、雙向互動(dòng)功能、在線(xiàn)監測自診斷功能的智能計量裝備；促進(jìn)安全用電的智能插座；適用于新基建的電能計量計費控制裝備等。

三、具體創(chuàng )新措施

1.技術(shù)創(chuàng )新投入

威勝集團每年將營(yíng)業(yè)收入的7%以上投入到研發(fā)和技術(shù)創(chuàng )新方面，以確保領(lǐng)先一步的技術(shù)與產(chǎn)品；擁有實(shí)力強大的技術(shù)研發(fā)團隊，共有研發(fā)工程技術(shù)人員600余名，碩士學(xué)歷及以上（含博士）高級人才占36%。截至2020年底，威勝集團擁有538件有效專(zhuān)利，其中發(fā)明專(zhuān)利60件、實(shí)用新型233件、外觀(guān)設計245件，軟件著(zhù)作權559件；擁有全國電工儀器儀表等標準化技術(shù)委員會(huì )委員2名，省級標準化技術(shù)委員會(huì )委員8名，主持或參與制修訂國家、行業(yè)標準38項。

圖3 威勝集團有限公司CNAS實(shí)驗室

2.創(chuàng )新平臺搭建

威勝集團擁有國家認定企業(yè)技術(shù)中心、國家級博士后科研工作站、國家示范院士專(zhuān)家工作站、湖南省電測儀表工程技術(shù)研究中心和企業(yè)科協(xié)等多個(gè)創(chuàng )新平臺，并于2012年6月成立了威勝研究院，成為引領(lǐng)威勝未來(lái)技術(shù)方向和推進(jìn)威勝事業(yè)穩健發(fā)展的引擎器。圍繞威勝發(fā)展亟需解決的重大關(guān)鍵技術(shù)難題，通過(guò)引入前沿科學(xué)技術(shù)和創(chuàng )新理念，邀請行業(yè)專(zhuān)家提供決策咨詢(xún)、引進(jìn)專(zhuān)家團隊、與行業(yè)相關(guān)高校共建聯(lián)合實(shí)驗室、開(kāi)展產(chǎn)學(xué)研合作，優(yōu)勢互補、平等合作、互惠互利、共同發(fā)展。如，威勝捐資500萬(wàn)元，在院士所在單位華中科技大學(xué)共建了占地面積為500平米的能源計量與能效管理聯(lián)合實(shí)驗室，共享高校平臺和資源，同時(shí)培養出企業(yè)高層次的技術(shù)人才和管理人才。 

3.能源資源計量技術(shù)創(chuàng )新

（1）新一代智能計量技術(shù)

   結合國、南網(wǎng)智能電能表掛網(wǎng)運行經(jīng)驗，借鑒國外高端表的優(yōu)先設計理念，融合智能制造的工藝技術(shù)，研制基于新標準體系的新一代國、南網(wǎng)智能電能表裝備，通過(guò)產(chǎn)品架構設計、接口定義建立平臺模塊化結構，使平臺由一系列的通用模塊、改型模塊、新功能模塊組成，通過(guò)模塊組合來(lái)實(shí)現產(chǎn)品派生，獲得基于模塊的產(chǎn)品系列，滿(mǎn)足不同的需求。研究滿(mǎn)足自動(dòng)化生產(chǎn)需求的產(chǎn)品零部件及工藝流程設計與測試技術(shù)，包括一體化端子排設計、機器人自動(dòng)插件后焊、自動(dòng)覆膜、自動(dòng)耐壓、自動(dòng)校驗、自動(dòng)后加工、自動(dòng)螺絲安裝、AGV自動(dòng)物料配送等。

圖4 威勝集團有限公司電能表自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)

 （2）電氣安全檢測技術(shù)

電氣安全關(guān)鍵技術(shù)難度較大，按照制定的特征庫建設——智能感知算法研究——線(xiàn)路負載識別AI 算法加持——標準建設——產(chǎn)品研制與應用的技術(shù)路線(xiàn)，對用電側故障電弧災害發(fā)生機理、特征提取與分類(lèi)技術(shù)研究，建立起用電側典型故障電弧特征庫與單一負載及多負載組合條件下典型電氣安全災害特征庫與用電安全評價(jià)模型，研究基礎故障電弧感知方案；研究負載特性感知AI算法，實(shí)現算法的自適應、自調節；研制故障電弧智能感知算法的評價(jià)方法和技術(shù),主導或參與復雜用電條件下的故障電弧檢測標準或相關(guān)電氣安全規程的建設；研制故障電弧檢測裝置并推廣應用，建設云端數據監測系統，搭建安全用電生態(tài)平臺。

（3）非侵入式負荷識別技術(shù)

智能電表作為能源互聯(lián)網(wǎng)基礎數據的重要來(lái)源，必須突破目前用戶(hù)家用電表只能讀取用電總量，不能深入分析用戶(hù)內部負荷成分，獲取負荷信息有限的這一瓶頸，以完善用電信息采集系統和智能用電系統，非侵入式負荷識別技術(shù)從電負荷電氣特征、用電負荷狀態(tài)切換實(shí)時(shí)檢測方法、用電負荷分類(lèi)識別方法、用電負荷能耗分項統計方法等四個(gè)方面開(kāi)展研究，完美適配能源行業(yè)負荷信息獲取的發(fā)展趨勢與應用需求。

（4）電能質(zhì)量監測技術(shù)

通過(guò)深入研究電能質(zhì)量指標參數監測原理，探索電能質(zhì)量檢測新理論方法，研究硬件電路對諧波測量和計量精度的影響，提出高性能補償校正模型；研究非同步采樣對諧波分析精度的影響，提出高精度的同步化方案；研制帶電能質(zhì)量監測功能的新型模塊化智能計量裝備。

以標準國南網(wǎng)智能電表為載體，對電能質(zhì)量基礎理論和電能質(zhì)量檢測測量新理論方法進(jìn)行探索，集成電能質(zhì)量監測模塊，擴展電能質(zhì)量數據監測和統計分析功能并得到應用。

（5）供需雙向互動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)

雙向互動(dòng)技術(shù)的研究包含物理層設計和數據鏈路層（即通信協(xié)議）的設計兩部分。物理層，即通信技術(shù)的選擇。物理層主要建立底層通信技術(shù)媒介，為實(shí)現表計與戶(hù)內顯示單元的數據流連接提供載體。雙向交互機制設計，表計與戶(hù)顯之間通信機制和協(xié)議數據幀的設計是雙向互動(dòng)設計的一個(gè)重點(diǎn)，包括表計更新上報機制、戶(hù)內顯示單元自動(dòng)同步機制、戶(hù)內顯示單元手動(dòng)查詢(xún)機制、戶(hù)內顯示單元負荷控制機制、表計更新上報機制、戶(hù)內顯示單元自動(dòng)同步機制、戶(hù)內顯示單元手動(dòng)查詢(xún)機制等，以實(shí)現供需雙方的互動(dòng)。

（6）在線(xiàn)監測、自診斷技術(shù)

研究在線(xiàn)監測與自診斷技術(shù)包括基于高頻信號數字信號處理技術(shù)的在線(xiàn)監測技術(shù)，基于高頻信號數字信號處理技術(shù)的防竊電功能技術(shù)，計量裝備準確度、運行狀況及時(shí)鐘自診斷技術(shù)。

利用在線(xiàn)監測技術(shù)，可實(shí)現監測傳感器回路阻抗的變化，而普遍竊電行為都是通過(guò)短接電能表電流檢測端子，使得大部電流不會(huì )流經(jīng)電能表電流傳感器，使得電能表少計電量或不計電量，這種竊電行為將改變電流傳感器回路阻抗，通過(guò)在線(xiàn)監測技術(shù)可以感知這種變化。

四、項目取得成效

1.項目實(shí)施成效

本項目實(shí)施期內（2017.7-2020.6）實(shí)現銷(xiāo)售收入215592萬(wàn)元，凈利潤19394萬(wàn)元。截至2020年底，通過(guò)本項目獲得有效專(zhuān)利97件，獲得軟件著(zhù)作權102件。起草或參與技術(shù)標準制修訂8項。

2.節能減排情況

本項目從產(chǎn)品設計方案的優(yōu)化和元器件選用，到自動(dòng)化生產(chǎn)工藝流程設計、智能制造技術(shù)與裝備研發(fā)使用，均力求做到綠色設計、綠色生產(chǎn)和低碳使用，整個(gè)生產(chǎn)制造流程無(wú)工業(yè)廢水排出，固體廢棄物得到合理處置，污染物含量低，噪聲分貝控制合理，將生態(tài)設計理念始終貫穿于產(chǎn)品設計的整個(gè)生命周期。項目實(shí)施期間，項目承擔單位威勝集團有限公司獲得了“湖南省綠色工廠(chǎng)”和“國家綠色工廠(chǎng)”榮譽(yù)稱(chēng)號。

3.經(jīng)濟、環(huán)境和社會(huì )效益

本項目研發(fā)出的新產(chǎn)品基本都已批量上市，研發(fā)出的智能制造系統與裝備均可面向制造業(yè)企業(yè)提供服務(wù)，在新一代智能計量、電氣安全檢測、非侵入式負荷識別、電能質(zhì)量監測、雙芯交互、在線(xiàn)監測自診斷、模塊化等多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，推出的新一代國南網(wǎng)智能電表、非侵入式負荷感知智能電表、基于載波通信技術(shù)、RF 通信技術(shù)和MBUS 通信技術(shù)的戶(hù)內顯示單元產(chǎn)品、具在線(xiàn)監測功能的智能計量裝備、智能感知共享用電插座、威勝智能用電云平臺等產(chǎn)品均已走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)。截止到目前已累計實(shí)現銷(xiāo)售收入超21億元，累計納稅過(guò)億元，產(chǎn)生了較好的直接經(jīng)濟效益。