负载智能辨识平台-软件需求说明书

引言目的和范围本软件需求说明书旨在明确说明项目包括的所有软件功能需求和非功能需求，系统设计员可以根据此文档进行系统设计，编码人员可以根据此文档及设计文档进行程序代码开发，测试人员能够根据此文档编写测试案例。本文档的预期读者有：概要设计人员、详细设计人员、编码人员、测试人员、质量控制人员，需求评审人员、最终用户或用户代表等。本文档适用于基于用电行为多空间耦合特征分析技术的负载智能辨识系统的开发过程，为后续系统设计、编码和测试等工作起到指导作用。参考资料系统概述项目背景需求侧用电管理与能效分析优化是解决能源供应效率问题的重要途径，高效的需求侧管理不仅能够帮助电网侧增强电网的运行效率，而且能够缓解能源压力、提高能源利用效率。随着电网需求侧管理工作的推进，居民用户域负荷监测成为实现需求侧智能管理的重要因素。通过负荷监测能够了解用户域各类负荷的实际能耗水平，实现能效数据的科学收集和管理。目前，电力客户的负荷用电信息缺乏精细化数据，无法支撑实现需求侧智能用能管理。传统的负荷监测采取侵入式方法，硬件成本较高，在安装、维护和管理等方面复杂不易操作，用户接受程度较低。同时存在居民用户大量存量电表不具备改造条件，已有负荷分解方法需要安装特定辨识装置存在成本高、改造成本大等方面的问题，难以在实际运用中推广。采用非侵入式负荷监测（NILM）技术，仅监测电力入口处的电信号，采用特征提取和机器学习算法，分析汇合电压和电流，监测各分支电路上用电电器的使用情况，通过分析获得用户域各负荷的种类以及相应运行情况。该方法降低了监测设备的经济成本，易于安装维护，为电力公司和用户提供一种实时、经济、有效的监测手段。围绕这些核心问题，需研发出基于用电行为多空间耦合特征分析技术的负载智能辨识系统软件一套。建设目标基于用电数据挖掘的智能负荷识别系统，结合用户行为多空间耦合特征及负荷智能分解算法，识别各用电设备的工作状态和用电功率等信息。精确到各个设备的用电信息，能够为电力公司、电力用户和整个社会的其他行业和领域带来多方面效益。该研究成果能实时监控家电和工业等各类终端电器能源消耗，打破传统电表只能记录住宅内的用电总量但不能详细分析住宅内部负荷组成与用电信息的局限性。随着电网需求侧管理工作的推进，居民用户域负荷监测是实现需求侧智能管理的重要因素，可使用户能够随时掌握各个时间段每个用电负荷运行状态以及能耗信息。用户通过分析负荷实时能耗以及根据相应的节能政策，可以合理计划用电负荷的使用时间，从而节能减耗，降低电费开支。该研究应用大数据、人工智能技术，研究基于非侵入智能电表数据的负荷辨识算法，获取用户精细化用能数据，提升电网公司用能服务水平以及优化电网调度；通过负荷监测能够了解用户域各类负荷的实际能耗水平，实现能效数据的科学收集，有利于推动需求侧智能管理；此外，研究采样频率对负荷辨识精度的影响，综合升级成本、通讯成本及业务需求进行优化方案设计，为电表、采集器、集中器的软件升级提供技术指导。软件功能电力数据维护 电力客户电器信息添加应用功能编号101_01应用功能名称电力客户电器信息添加使用频率每天100次并发用户10功能描述此功能主要对电力客户电器信息进行添加参与者管理员输入数据电力客户电器信息名称、电力客户电器信息编码业务逻辑1.输入电力客户电器信息名称、电力客户电器信息编码2.电力客户电器信息编码唯一输出数据页面提示添加成功/添加失败前提条件无基本流程无扩展流程无非功能需求无电力客户电器信息修改应用功能编号101_02应用功能名称电力客户电器信息修改使用频率每天100次并发用户10功能描述此功能主要对电力客户电器信息进行修改参与者管理员输入数据电力客户电器信息名称、电力客户电器信息编码业务逻辑1.输入电力客户电器信息名称、电力客户电器信息编码2.电力客户电器信息编码唯一输出数据页面提示修改成功/修改失败前提条件无基本流程无扩展流程无非功能需求无电力客户电器信息删除应用功能编号101_03应用功能名称电力客户电器信息删除使用频率每天100次并发用户10功能描述此功能主要对电力客户电器信息进行删除参与者管理员输入数据电力客户电器信息名称、电力客户电器信息编码业务逻辑1.输入电力客户电器信息名称、电力客户电器信息编码2.电力客户电器信息编码唯一输出数据页面提示删除成功/删除失败前提条件无基本流程无扩展流程无非功能需求无电力客户社会信息添加应用功能编号102_01应用功能名称电力客户社会信息添加使用频率每天100次并发用户10功能描述此功能主要对客户社会信息进行添加参与者管理员输入数据客户社会信息名称、客户社会信息类型编码业务逻辑1.输入客户社会信息名称、客户社会信息类型编码2.客户社会信息类型编码唯一输出数据页面提示添加成功/添加失败前提条件无基本流程无扩展流程无非功能需求无电力客户社会信息修改应用功能编号102_02应用功能名称电力客户社会信息修改使用频率每天100次并发用户10功能描述此功能主要对客户社会信息进行修改参与者管理员输入数据客户社会信息名称、客户社会信息类型编码业务逻辑1.输入客户社会信息名称、客户社会信息类型编码2.客户社会信息类型编码唯一输出数据页面提示修改成功/修改失败前提条件无基本流程无扩展流程无非功能需求无电力客户社会信息删除应用功能编号102_03应用功能名称电力客户社会信息删除使用频率每天100次并发用户10功能描述此功能主要对客户社会信息进行删除参与者管理员输入数据客户社会信息名称、客户社会信息类型编码业务逻辑1.输入客户社会信息名称、客户社会信息类型编码2.客户社会信息类型编码唯一输出数据页面提示删除成功/删除失败前提条件无基本流程无扩展流程无非功能需求无电气数据导入应用功能编号103_01应用功能名称电气数据导入使用频率每天100次并发用户10功能描述此功能主要对电器数据信息进行导入参与者管理员输入数据电气数据信息名称、电气数据类型编码业务逻辑1.输入电气数据信息名称、电气数据类型编码2.电气数据类型编码唯一输出数据页面提示导入成功/导入失败前提条件无基本流程无扩展流程无非功能需求无电气数据删除应用功能编号103_02应用功能名称电气数据删除使用频率每天100次并发用户10功能描述此功能主要对电器数据信息进行删除参与者管理员输入数据电气数据信息名称、电气数据类型编码业务逻辑1.输入电气数据信息名称、电气数据类型编码2.电气数据类型编码唯一输出数据页面提示删除成功/删除失败前提条件无基本流程无扩展流程无非功能需求无电气数据查询应用功能编号103_03应用功能名称电气数据查询使用频率每天100次并发用户10功能描述此功能主要对电器数据信息进行查询参与者管理员输入数据电气数据信息名称、电气数据类型编码业务逻辑1.输入电气数据信息名称、电气数据类型编码2.电气数据类型编码唯一输出数据页面提示查询成功/查询失败前提条件无基本流程无扩展流程无非功能需求无负荷智能识别电器选择应用功能编号201_01应用功能名称电器选择使用频率每天100次并发用户10功能描述此功能主要是对数据集内电器设备进行有限选择，选择合适的数据集的电器，对选择的电气进行负载激活，即单个设备在其一个完整周期内获得功率特征，利用其功率特征建立负载模型参与者计算机职员输入数据数据集内电器设备以及其运行信息业务逻辑选择数据集内电器设备的数量充足功率特征记录连贯完整输出数据对应电器设备时间序列聚合数据前提条件无基本流程无扩展流程无非功能需求无电力负荷辨识应用功能编号201_02应用功能名称电力负荷辨识使用频率每天100次并发用户10功能描述此功能主要是对选定电器设备，利用合适的非侵入式负荷识别算法进行负荷辨识，采用隐马尔可夫模型、图模型、深度学习模型等模型理论对负荷进行训练，构建深度神经网络结构，最终使用训练好的网络进行识别分解参与者计算机职员输入数据待测试数据业务逻辑无输出数据该数据负荷种类前提条件训练网络完成基本流程确定正确率，优化参数，达到要求扩展流程无非功能需求无电力客户选择应用功能编号202_01应用功能名称电力客户选择使用频率每天100次并发用户10功能描述此功能主要通过分析电力客户特性和各个模型测试结果不同，构建合理的电力客户评估指标体系，根据数据类型特点，利用种层次分析法与改进熵权法相结合的组合赋权方法，优化各个模型的负荷识别结果。参与者计算机职员输入数据各个模型的训练结果业务逻辑1.各个模型训练结果处于正常结果之内2.模型的正确率结果有差异，需要对比判断输出数据优化后的模型负荷识别结果前提条件各个模型结果判断正确率较高基本流程无扩展流程无非功能需求无多空间耦合负荷智能辨识应用功能编号202_02应用功能名称多空间耦合负荷智能辨识使用频率每天100次并发用户10功能描述此功能主要通过结合隐马尔可夫模型、图模型、深度学习模型等模型，从用户社会属性空间、环境空间、用户行为空间等多个空间对用户的用电行为进行分析，并在多空间进行耦合，利用多空间信息融合，完成多空间的准确映射耦合参与者计算机职员输入数据用户社会属性空间、环境空间、用户行为空间等多个空间信息电器工作信息特征多个模型训练结果业务逻辑1.各个模型训练结果处于正常结果之内2.模型的正确率结果有差异，需要对比判断输出数据多空间耦合负荷识别结果前提条件用户多空间信息采集正确完整基本流程无扩展流程无非功能需求无数据展示展示字段选择应用功能编号301_01应用功能名称展示字段选择使用频率每天100次并发用户10功能描述此功能主要是对选择字段进行展示，包括电器设备选定字段与其他字段参与者计算机职员输入数据数据集内所需要的特征属性业务逻辑数据集内电器设备时间对应的各个特征属性唯一每个特征属性下的字段代表该采集时间点的数值输出数据已选择的字段前提条件无基本流程无扩展流程无非功能需求无采集数据展示应用功能编号301_02应用功能名称采集数据展示使用频率每天100次并发用户10功能描述此功能主要是对采集的数据进行展示，包括电器设备的功率、电流、电压等特征参与者计算机职员输入数据无业务逻辑无输出数据采集得到的设备各项电气特征前提条件采集过程准确基本流程无扩展流程无非功能需求无辨识数据展示应用功能编号302_01应用功能名称辨识数据展示使用频率每天100次并发用户10功能描述此功能主要是对辨识结果进行展示，包括各模型预测结果与多空间耦合模型负载识别结果参与者计算机职员输入数据无业务逻辑无输出数据各个模型预测结果与多空间耦合模型负载识别结果前提条件预测过程准确，正确率较高基本流程无扩展流程无非功能需求无配置管理算法参数配置查询应用功能编号401_01应用功能名称算法参数配置查询使用频率每天100次并发用户10功能描述此功能主要对算法参数配置信息进行查询参与者管理员输入数据算法参数配置信息名称、算法参数配置类型编码业务逻辑1.输入算法参数配置信息名称、算法参数配置类型编码2.算法参数配置类型编码唯一输出数据页面提示查询成功/查询失败前提条件无基本流程无扩展流程无非功能需求无算法参数配置新增应用功能编号401_02应用功能名称算法参数配置新增使用频率每天100次并发用户10功能描述此功能主要对算法参数配置信息进行新增参与者管理员输入数据算法参数配置信息名称、算法参数配置类型编码业务逻辑1.输入算法参数配置信息名称、算法参数配置类型编码2.算法参数配置类型编码唯一输出数据页面提示新增成功/新增失败前提条件无基本流程无扩展流程无非功能需求无算法参数配置编辑应用功能编号401_03应用功能名称算法参数配置编辑使用频率每天100次并发用户10功能描述此功能主要对算法参数配置信息进行编辑参与者管理员输入数据算法参数配置信息名称、算法参数配置类型编码业务逻辑1.输入算法参数配置信息名称、算法参数配置类型编码2.算法参数配置类型编码唯一输出数据页面提示编辑成功/编辑失败前提条件无基本流程无扩展流程无非功能需求无算法参数配置删除应用功能编号401_04应用功能名称算法参数配置删除使用频率每天100次并发用户10功能描述此功能主要对算法参数配置信息进行删除参与者管理员输入数据算法参数配置信息名称、算法参数配置类型编码业务逻辑1.输入算法参数配置信息名称、算法参数配置类型编码2.算法参数配置类型编码唯一输出数据页面提示删除成功/删除失败前提条件无基本流程无扩展流程无非功能需求无用户配置查询应用功能编号402_01应用功能名称用户配置查询使用频率每天100次并发用户10功能描述此功能主要对用户配置信息进行查询参与者管理员输入数据用户配置信息名称、用户配置类型编码业务逻辑1.输入用户配置信息名称、用户配置类型编码2.用户配置类型编码唯一输出数据页面提示查询成功/查询失败前提条件无基本流程无扩展流程无非功能需求无用户配置新增应用功能编号402_02应用功能名称用户配置新增使用频率每天100次并发用户10功能描述此功能主要对用户配置信息进行新增参与者管理员输入数据用户配置信息名称、用户配置类型编码业务逻辑1.输入用户配置信息名称、用户配置类型编码2.用户配置类型编码唯一输出数据页面提示新增成功/新增失败前提条件无基本流程无扩展流程无非功能需求无用户配置编辑应用功能编号402_03应用功能名称用户配置编辑使用频率每天100次并发用户10功能描述此功能主要对用户配置信息进行编辑参与者管理员输入数据用户配置信息名称、用户配置类型编码业务逻辑1.输入用户配置信息名称、用户配置类型编码2.用户配置类型编码唯一输出数据页面提示编辑成功/编辑失败前提条件无基本流程无扩展流程无非功能需求无用户配置删除应用功能编号402_04应用功能名称用户配置删除使用频率每天100次并发用户10功能描述此功能主要对用户配置信息进行删除参与者管理员输入数据用户配置信息名称、用户配置类型编码业务逻辑1.输入用户配置信息名称、用户配置类型编码2.用户配置类型编码唯一输出数据页面提示删除成功/删除失败前提条件无基本流程无扩展流程无非功能需求无设备配置查询应用功能编号403_01应用功能名称设备配置查询使用频率每天100次并发用户10功能描述此功能主要对设备配置信息进行查询参与者管理员输入数据设备配置信息名称、设备配置类型编码业务逻辑1.输入设备配置信息名称、设备配置类型编码2.用户配置类型编码唯一输出数据页面提示查询成功/查询失败前提条件无基本流程无扩展流程无非功能需求无设备配置新增应用功能编号403_02应用功能名称设备配置新增使用频率每天100次并发用户10功能描述此功能主要对设备配置信息进行新增参与者管理员输入数据设备配置信息名称、设备配置类型编码业务逻辑1.输入设备配置信息名称、设备配置类型编码2.用户配置类型编码唯一输出数据页面提示新增成功/新增失败前提条件无基本流程无扩展流程无非功能需求无设备配置编辑应用功能编号403_03应用功能名称设备配置编辑使用频率每天100次并发用户10功能描述此功能主要对设备配置信息进行编辑参与者管理员输入数据设备配置信息名称、设备配置类型编码业务逻辑1.输入设备配置信息名称、设备配置类型编码2.设备配置类型编码唯一输出数据页面提示编辑成功/编辑失败前提条件无基本流程无扩展流程无非功能需求无设备配置删除应用功能编号403_04应用功能名称设备配置删除使用频率每天100次并发用户10功能描述此功能主要对设备配置信息进行删除参与者管理员输入数据设备配置信息名称、设备配置类型编码业务逻辑1.输入设备配置信息名称、设备配置类型编码2.设备配置类型编码唯一输出数据页面提示删除成功/删除失败前提条件无基本流程无扩展流程无非功能需求无集成需求软件接口设计电力数据维护负荷辨识接口接口描述：从静态非电气数据和动态电气数据中提取特征，多特征空间进行耦合，在统一特征空间进行负荷辨识，得出当前工作电器的种类和工作状态接口方式：应用集成：基于超文本5.0的可识别智能表单调用频度：每60秒一次接口输入：实时电气数据和用户静态数接口输出：工作电器集及其状态集部署设计物理部署本负荷识别系统在整体架构中部署于电力总线入口，系统硬件部分体积小巧，部署方便，可部署于大多数可接入电源和网络的环境下；软件部分包含数据采集、数据建库、预测训练、算法实现、分解结果等主要功能。数据采集设置于总线，基于智能电表信息采集功能，以多维特征为核心，采集各类设备的数据，建立数据库；基于智能算法对相应训练集信息进行训练调试，选出对应情况的较优算法作为准确率比较基础；利用对应算法对数据库数据进行训练，得到相应识别结果；对用户用电行为进行分解，上传至用户用电行为记录中，为云平台提供数据支撑。参数要求数据存储服务器类别要求备注CPU3GHZ以上内存最少4G主机硬盘最少10GB网络100M局域网操作系统Windows7+数据库软件MYSQL5.1客户端配置要求PC端类别要求备注CPU1GHZ以上内存最少512M硬盘最少10GB网络100M局域网操作系统Windows7+浏览器软件chrome59以上非功能需求用户界面符合公司界面设计规范，系统提供符合Windows浏览器（InternetExplorer）风格标准的用户界面，符合以下特性：1）用户界面具有一致的风格，便于用户学习和使用，熟悉计