本發(fā)明屬于智能電表技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用家用智能電表進(jìn)行負(fù)荷識(shí)別的方法。

背景技術(shù)：

負(fù)荷識(shí)別作為家用智能電表的重要技術(shù)，能夠?qū)⒐β士偭考?xì)化到負(fù)荷內(nèi)部各個(gè)主要家用電器，給用戶提供像電話清單一樣的用電清單，指導(dǎo)用戶合理家庭用電，降低用戶的用電成本，提高電能的利用率。當(dāng)前，負(fù)荷識(shí)別方法有侵入式負(fù)荷識(shí)別方法和非侵入式負(fù)荷識(shí)別方法。侵入式負(fù)荷識(shí)別方法雖然能夠較為精確地計(jì)量出設(shè)備的功率消耗，但需要加裝電表或傳感器，影響用戶正常的生產(chǎn)和生活，而且成本較高，不適宜全面推廣。非侵入式負(fù)荷識(shí)別方法局限于只能識(shí)別出大功率的阻性家用電器，對(duì)于非阻性負(fù)荷、功率相同的負(fù)荷以及小功率負(fù)荷都不能識(shí)別出來(lái)。本發(fā)明涉及的負(fù)荷識(shí)別方法屬于非侵入式負(fù)荷識(shí)別方法，運(yùn)用相似度算法快速識(shí)別負(fù)荷的方法，以家用電器的穩(wěn)態(tài)功率、暫態(tài)功率作為識(shí)別的特征參數(shù)，選擇測(cè)量數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)模板的最大相似度來(lái)確定用電負(fù)荷的類別、相應(yīng)的工作狀態(tài)和用電量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種方法簡(jiǎn)便，準(zhǔn)確可靠的基于相似度算法的用于家用智能電表的負(fù)荷識(shí)別方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種基于相似度算法的用于家用智能電表的負(fù)荷系統(tǒng)，包括家用智能電表、穩(wěn)態(tài)功率檢測(cè)模塊、暫態(tài)功率檢測(cè)模塊、比較器、中央處理器、通信模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)和服務(wù)器，

其特征在于，

所述家用智能電表，記錄用電量；并將用電量參數(shù)發(fā)送至中央處理器；

所述穩(wěn)態(tài)功率檢測(cè)模塊檢測(cè)用戶家電開(kāi)啟后或關(guān)閉前的有功功率和無(wú)功功率穩(wěn)態(tài)值，獲得穩(wěn)態(tài)功率參數(shù)；

所述暫態(tài)功率檢測(cè)模塊檢測(cè)用戶家電啟動(dòng)或關(guān)閉時(shí)上升沿或下降沿的功率最大瞬時(shí)變化值，獲得暫態(tài)功率參數(shù)；

所述比較器，將家電啟動(dòng)前后穩(wěn)態(tài)功率參數(shù)相減，獲得家電穩(wěn)態(tài)功率參數(shù)；將家電暫態(tài)功率參數(shù)和家電啟動(dòng)前穩(wěn)態(tài)功率參數(shù)相減，獲得家電啟動(dòng)暫態(tài)功率參數(shù)；將獲得的家電穩(wěn)態(tài)功率參數(shù)、家電啟動(dòng)暫態(tài)功率參數(shù)分別和數(shù)據(jù)庫(kù)中家電的穩(wěn)態(tài)功率參數(shù)和家電的暫態(tài)功率參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，找出參數(shù)最接的近對(duì)應(yīng)家電，獲得家電參數(shù)；

所述中央處理器，記錄所述家用智能電表發(fā)送的用電量參數(shù)、所述比較器發(fā)送的家電參數(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)加密后通過(guò)通信模塊發(fā)往服務(wù)器；

所述通信模塊，將中央處理器處理的數(shù)據(jù)發(fā)往服務(wù)器，將數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息發(fā)送至所述比較器；

所述數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)家電負(fù)荷特征參數(shù)，包括家電的穩(wěn)態(tài)功率參數(shù)和家電的暫態(tài)功率參數(shù)，并通過(guò)通信模塊發(fā)往比較器；

所述服務(wù)器，對(duì)中央處理器發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行解密，并定期將用電參數(shù)和家電參數(shù)發(fā)送至用戶。

作為優(yōu)化，還有時(shí)鐘模塊，所述時(shí)鐘模塊向所述家用智能電表、所述穩(wěn)態(tài)功率檢測(cè)模塊、所述暫態(tài)功率檢測(cè)模塊和所述中央處理器進(jìn)行時(shí)間校時(shí)。

一種基于相似度算法的用于家用智能電表的負(fù)荷識(shí)別系統(tǒng)的負(fù)荷識(shí)別方法，包括以下步驟，

(1)建立常用家用電器負(fù)荷特征參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，將常用家用電器與家電的穩(wěn)態(tài)功率參數(shù)和家電的暫態(tài)功率參數(shù)一一對(duì)應(yīng)；

(2)對(duì)家庭用電進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，獲取家電的穩(wěn)態(tài)功率參數(shù)和暫態(tài)功率參數(shù)；

(3)當(dāng)檢測(cè)到有電器開(kāi)啟或關(guān)閉時(shí)，計(jì)算它與數(shù)據(jù)庫(kù)電器模板之間的相似度δ，根據(jù)最大相似度確定此時(shí)動(dòng)作的負(fù)荷類型；

(4)判斷在某個(gè)時(shí)刻動(dòng)作的負(fù)荷類型，按照時(shí)間順序和邏輯關(guān)系可以得到合理的事件匹配表，得到用電清單，以實(shí)現(xiàn)便于用戶調(diào)整和規(guī)劃電器的使用來(lái)達(dá)到節(jié)能的目的。

作為優(yōu)化，步驟1所述獲取建立家用電器負(fù)荷特征參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)方法是，單獨(dú)使用家用電器時(shí)，實(shí)測(cè)其正常工作狀態(tài)下的特征參數(shù)，儲(chǔ)存建立成數(shù)據(jù)庫(kù)。

作為優(yōu)化，步驟3所述相似度δ計(jì)算具體步驟如下：

設(shè)已知家用電器數(shù)據(jù)庫(kù)有n種家用電器，每種電器具有m個(gè)特征量，則對(duì)于電器A_i,

A_i＝{f_i1,f_i2,…,f_im},

對(duì)于某家用電器未知負(fù)荷X

X＝{f_x1,f_x2,…,f_xm}

經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)變換公式:

$\stackrel{\‾}{f_k}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{f}_{ik}$

$s_k=\sqrt{\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{(f_{ik}-\stackrel{\‾}{f_k})}^2}$

$f_k^{,}=\frac{f_{ik}-\stackrel{\‾}{f_k}}{s_k}$

其中，i＝1,2,…,n,k＝1,2,…,m

經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)差變換后的矩陣為：

家用電器模板A_i和未知負(fù)荷X之間的相似度δ(A_i,X)表示如下：

$\mathrm{\δ}(A_i,X)=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^{n}min\[f_{ik}^{,},f_{Tk}^{,}\]}{{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^{n}max\[f_{ik}^{,},f_{Tk}^{,}\]},$

δ的值越大，說(shuō)明兩個(gè)負(fù)荷之間相似程度越大。因此，通過(guò)尋找最大相似度來(lái)確定未知負(fù)荷是哪種家用電器。

本發(fā)明涉及基于相似度算法的用于家用智能電表的負(fù)荷識(shí)別方法，其技術(shù)特點(diǎn)是取家用電器正常工作時(shí)的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)功率特性作為特征參數(shù)，通過(guò)比較測(cè)量特征參數(shù)與家用電器負(fù)荷特征參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)的相似度來(lái)確定用電負(fù)荷的類別、工作狀態(tài)，然后匹配開(kāi)關(guān)事件得到各種家用電器相應(yīng)的耗電量。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了不需要事先經(jīng)過(guò)樣本數(shù)據(jù)訓(xùn)練或?qū)W習(xí)過(guò)程，就能識(shí)別出家庭中典型的阻性和非阻性電器，給用戶提供像電話清單一樣的用電清單，便于用戶調(diào)整和規(guī)劃電器的使用來(lái)達(dá)到節(jié)能的目的。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明內(nèi)容。

實(shí)施例1

一種基于相似度算法的用于家用智能電表的負(fù)荷識(shí)別系統(tǒng)，包括家用智能電表、穩(wěn)態(tài)功率檢測(cè)模塊、暫態(tài)功率檢測(cè)模塊、比較器、中央處理器、通信模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)、服務(wù)器和時(shí)鐘模塊，

所述家用智能電表，記錄用電量；并將用電量參數(shù)發(fā)送至中央處理器；

所述穩(wěn)態(tài)功率檢測(cè)模塊檢測(cè)用戶家電開(kāi)啟后或關(guān)閉前的有功功率和無(wú)功功率穩(wěn)態(tài)值，獲得穩(wěn)態(tài)功率參數(shù)；

所述暫態(tài)功率檢測(cè)模塊檢測(cè)用戶家電啟動(dòng)或關(guān)閉時(shí)上升沿或下降沿的功率最大瞬時(shí)變化值，獲得暫態(tài)功率參數(shù)；

所述比較器，將家電啟動(dòng)前后穩(wěn)態(tài)功率參數(shù)相減，獲得家電穩(wěn)態(tài)功率參數(shù)；將家電暫態(tài)功率參數(shù)和家電啟動(dòng)前穩(wěn)態(tài)功率參數(shù)相減，獲得家電啟動(dòng)暫態(tài)功率參數(shù)；將獲得的家電穩(wěn)態(tài)功率參數(shù)、家電啟動(dòng)暫態(tài)功率參數(shù)分別和數(shù)據(jù)庫(kù)中家電的穩(wěn)態(tài)功率參數(shù)和家電的暫態(tài)功率參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，找出參數(shù)最接的近對(duì)應(yīng)家電，獲得家電參數(shù)；

所述中央處理器，記錄所述家用智能電表發(fā)送的用電量參數(shù)、所述比較器發(fā)送的家電參數(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)加密后通過(guò)通信模塊發(fā)往服務(wù)器；

所述通信模塊，將中央處理器處理的數(shù)據(jù)發(fā)往服務(wù)器，將數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息發(fā)送至所述比較器；

所述數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)家電負(fù)荷特征參數(shù)，包括家電的穩(wěn)態(tài)功率參數(shù)和家電的暫態(tài)功率參數(shù)，并通過(guò)通信模塊發(fā)往比較器；

所述服務(wù)器，對(duì)中央處理器發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行解密，并定期將用電參數(shù)和家電參數(shù)發(fā)送至用戶；

所述時(shí)鐘模塊向所述家用智能電表、所述穩(wěn)態(tài)功率檢測(cè)模塊、所述暫態(tài)功率檢測(cè)模塊和所述中央處理器進(jìn)行時(shí)間校時(shí)。

實(shí)施例2

實(shí)施例1所述基于相似度算法的用于家用智能電表的負(fù)荷識(shí)別系統(tǒng)的負(fù)荷識(shí)別方法，包括以下步驟：

(1)建立常用家用電器負(fù)荷特征參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，將常用家用電器與家電的穩(wěn)態(tài)功率參數(shù)和家電的暫態(tài)功率參數(shù)一一對(duì)應(yīng)；步驟1所述獲取建立家用電器負(fù)荷特征參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)方法是，單獨(dú)使用家用電器時(shí)，實(shí)測(cè)其正常工作狀態(tài)下的特征參數(shù)，儲(chǔ)存建立成數(shù)據(jù)庫(kù)；

(2)對(duì)家庭用電進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，獲取家電的穩(wěn)態(tài)功率參數(shù)和暫態(tài)功率參數(shù)；(3)當(dāng)檢測(cè)到有電器開(kāi)啟或關(guān)閉時(shí)，計(jì)算它與數(shù)據(jù)庫(kù)電器模板之間的相似度δ，根據(jù)最大相似度確定此時(shí)動(dòng)作的負(fù)荷類型；

所述相似度δ計(jì)算具體步驟如下：

設(shè)已知家用電器數(shù)據(jù)庫(kù)有n種家用電器，每種電器具有m個(gè)特征量，則對(duì)于電器A_i,

A_i＝{f_i1,f_i2,…,f_im},

對(duì)于某家用電器未知負(fù)荷X

X＝{f_x1,f_x2,…,f_xm}

經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)變換公式:

$\stackrel{\‾}{f_k}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{f}_{ik}$

$s_k=\sqrt{\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{(f_{ik}-\stackrel{\‾}{f_k})}^2}$

$f_k^{,}=\frac{f_{ik}-\stackrel{\‾}{f_k}}{s_k}$

其中，i＝1,2,…,n,k＝1,2,…,m

經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)差變換后的矩陣為：

家用電器模板A_i和未知負(fù)荷X之間的相似度δ(A_i,X)表示如下：

$\mathrm{\δ}(A_i,X)=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^{n}min\[f_{ik}^{,},f_{Tk}^{,}\]}{{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^{n}max\[f_{ik}^{,},f_{Tk}^{,}\]},$

δ的值越大，說(shuō)明兩個(gè)負(fù)荷之間相似程度越大。因此，通過(guò)尋找最大相似度來(lái)確定未知負(fù)荷是哪種家用電器；

(4)判斷在某個(gè)時(shí)刻動(dòng)作的負(fù)荷類型，按照時(shí)間順序和邏輯關(guān)系可以得到合理的事件匹配表，得到用電清單，以實(shí)現(xiàn)便于用戶調(diào)整和規(guī)劃電器的使用來(lái)達(dá)到節(jié)能的目的。

本發(fā)明針對(duì)普通家庭電力用戶，采用穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)功率特性相結(jié)合，通過(guò)比較未知負(fù)荷與家用電器模板的相似度來(lái)判斷負(fù)荷所屬類別，工作狀態(tài)和用電量。此法不僅適用于阻性家用電器識(shí)別，還適用于非阻性家用電器電器識(shí)別，能夠給電力用戶提供像電話清單一樣的用電清單，適用于家用智能電表。

本發(fā)明技術(shù)特點(diǎn)是取家用電器正常工作時(shí)的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)功率特性作為特征參數(shù)，通過(guò)比較測(cè)量特征參數(shù)與家用電器負(fù)荷特征參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)的相似度來(lái)確定用電負(fù)荷的類別、工作狀態(tài)，然后匹配開(kāi)關(guān)事件得到各種家用電器相應(yīng)的耗電量。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了不需要事先經(jīng)過(guò)樣本數(shù)據(jù)訓(xùn)練或?qū)W習(xí)過(guò)程，就能識(shí)別出家庭中典型的阻性和非阻性電器，給用戶提供像電話清單一樣的用電清單，便于用戶調(diào)整和規(guī)劃電器的使用來(lái)達(dá)到節(jié)能的目的。