基于功率持續(xù)時間特性的電飯煲非侵入辨識方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于功率持續(xù)時間特性的電飯煲非侵入辨識方法,包括：在一定采樣頻率范圍內，對總電源進線的電壓和電流進行采樣，形成電壓采樣序列u和電流采樣序列i；在一定計算時間窗口內，計算總電源進線處的實時平均功率序列P；檢測并分別記錄平均功率序列中以某一功率值(該功率值在一定區(qū)間內波動)階躍上升和下降的時間點；計算間斷運行負荷的各段運行狀態(tài)的時間長度；根據(jù)間斷運行負荷的各段運行時間長度判斷是否有電飯煲運行，并計算電飯煲的近似額定功率。本發(fā)明方法能夠準確感知電飯煲的運行，并且計算得到電飯煲的近似額定功率，為實現(xiàn)電飯煲的非侵入辨識提供了技術支撐。
【專利說明】
基于功率持續(xù)時間特性的電飯煲非侵入辨識方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于智能用電技術領域，尤其涉及基于功率持續(xù)時間特性的電飯煲非侵入 辨識方法。
【背景技術】
[0002] 居民電力負荷監(jiān)測分解技術是一門新興的智能電網(wǎng)基礎支撐技術，與目前智能電 表僅量測用戶總功率不同，它以監(jiān)測并分解出居民戶內所有電器的啟動時間、工作狀態(tài)、能 耗情況為目標，從而實現(xiàn)更加可靠、精確的電能量管理。電力負荷監(jiān)測分解技術使用戶的電 費清單像電話費清單一樣，各類家用電器的用電量一目了然，從而使用戶及時了解自己的 用電情況，為合理分配各個電器的用電時間及相應的用電量提供參考，最終能夠有效減少 電費支出和電能浪費。Google統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，如果家庭用戶能夠及時了解住宅電器的詳細 用電信息，就能使每月電費開支下降5%~15%。如果全美國有一半家庭每個月節(jié)省這么多 開支，減少的碳排放量相當于減少800萬輛汽車的使用。對于工業(yè)用戶而言，其負荷投切安 排一般是比較固定的，只需分時計量即可，對負荷分解的需求較少，本項目的主要研究對象 是住宅用電負荷。
[0003] 目前，居民電力負荷監(jiān)測分解技術主要分為侵入式監(jiān)測分解（Intrusive Load Monitoring and decomposition，ILMD)和非侵入式監(jiān)測分解（Non-intrusive Load Monitoring and decomposition，NILMD)兩大類：
[0004] (1)侵入式負荷監(jiān)測分解技術（ILMD):侵入式負荷監(jiān)測將帶有數(shù)字通信功能的傳 感器安裝在每個電器與電網(wǎng)的接口，可以準確監(jiān)測每個負荷的運行狀態(tài)和功率消耗。但大 量安裝監(jiān)測傳感器造成建設和維護的成本較高，最重要的是侵入式負荷監(jiān)測需要進入居民 家中進行安裝調試，容易造成用戶抵制心理。
[0005] (2)非侵入式負荷監(jiān)測分解技術(NILMD):僅在用戶入口處安裝一個傳感器，通過 采集和分析入口總電流、電壓等信息來判斷戶內每個或每類電器的用電功率和工作狀態(tài) (例如，空調具有制冷、制熱、待機等不同工作狀態(tài)），從而得出居民的用電規(guī)律。和侵入式負 荷分解相比，由于只需要安裝一個監(jiān)測傳感器，非侵入負荷分解方案的建設成本和后期維 護難度都大幅降低;另外，傳感器安裝位置可以選擇在用戶電表箱處，完全不會侵入居民戶 內進行施工。可以認為，NILMD以分解算法代替ILMD系統(tǒng)的傳感器網(wǎng)絡，具有簡單、經(jīng)濟、可 靠、數(shù)據(jù)完整和易于迅速推廣應用等優(yōu)勢，有望發(fā)展成為高級量測體系(AMI)中新一代核心 技術(成熟后，NILMD算法也可以融合到智能電表的芯片內），支持需求側管理、定制電力等 智能用電的高級功能，也適用于臨時性的負荷用電細節(jié)監(jiān)測與調查。
[0006] 熱雙金屬片恒溫器是電飯煲中的溫度控制裝置。熱雙金屬片恒溫器由兩種膨脹系 數(shù)不同的金屬片制成，當電飯煲的溫度升高時，熱雙金屬片受熱，使它向膨脹系數(shù)小的一面 彎曲。彎曲時，它把兩個觸電分離，于是電飯煲斷電，溫度下降。而當溫度下降到一定程度 時，雙金屬片就收縮回原狀，兩個觸電重新閉合通電，如此反復作用，使電飯煲的溫度能夠 自動維持在一定溫度。熱雙金屬片恒溫器的存在使電飯煲的運行方式為間斷運行，并且各 段運行時間長度不相等。
[0007] 綜上所述，NILMD技術已經(jīng)逐漸成為一個研究熱點，相關技術的突破和產(chǎn)業(yè)化對全 社會的節(jié)能減排具有重要意義。目前，NILMD技術的研究還停留在理論研究階段，間斷運行 負荷尤其是電飯煲的分解辨識方法等關鍵技術還有待突破。
[0008] 因此，亟待解決上述問題。

【發(fā)明內容】

[0009] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于功率持續(xù)時間特性的電飯煲 非侵入辨識方法。
[0010] 本發(fā)明采用的技術方案為：一種基于功率持續(xù)時間特性的電飯煲非侵入辨識方 法，該辨識方法包括如下步驟：
[0011] (1)在一定采樣頻率范圍內，對總電源進線的電壓和電流進行采樣，形成電壓采樣 序列u和電流米樣序列i ;
[0012] (2)在一定計算時間窗口內，計算總電源進線處的實時平均功率序列P;
[0013] (3)檢測并分別記錄平均功率序列中以某一功率值(該功率值在一定區(qū)間內波動） 階躍上升和下降的時間點；
[0014] (4)判斷負荷在一段時間內是否為間斷運行，若是間斷運行則計算間斷運行負荷 的各段運行狀態(tài)的時間長度，否則返回到步驟(3);
[0015] (5)根據(jù)步驟(4)中間斷運行負荷的各段運行時間長度判斷是否有電飯煲運行，如 果是電飯煲運行，計算電飯煲的近似額定功率，否則返回步驟(3)。
[0016] 作用優(yōu)選，所述步驟(1)中的采樣頻率范圍為f = 0.5kHz~2kHz。
[0017]作用優(yōu)選，所述步驟(2)中所述實時平均功率序列P的計算公式為
[0019] 其中，m為實時平均功率序列P的計算時間窗口所含工頻周期數(shù)目，取m = 5個工頻 周期，k為采樣點編號，N為一個工頻周期包含的采樣點數(shù)目。
[0020] 作用優(yōu)選，所述步驟(3)中檢測平均功率序列中是否有以某一功率值Pss階躍上升 和下降，功率值P ss是一個范圍，對應區(qū)間(Pss-S，Pss+S)，在該區(qū)間內的功率值都可以認為是 同一功率值；同時分別記錄以功率值P ss階躍上升和下降的時間點t〇n⑴和Wf(i)，其中i = 1，2，3，…。
[0021] 作用優(yōu)選，所述步驟(4)中通過檢測負荷在一段時間內是否反復啟停來鑒定負荷 是否為間斷運行，若非間斷運行則返回到步驟(3)，否則計算間斷運行負荷的各段運行狀態(tài) 的時間長度lt(i)= | t〇ff(i)-t〇n(i) | 〇
[0022] 作用優(yōu)選，所述步驟(5)中通過間斷運行負荷的各段運行時間長度lt(i)來判斷是 否有電飯煲運行。當滿足以下條件：
[0023] l〇s彡lt(iK400s并且lt(i)中有2~10個值大于200s (i彡20)
[0024] 10s^lt(i)^30s (i>20)
[0025] 則認為有電飯煲運行，并得到電飯煲的近似額定功率Pss;否則返回步驟(3)。
[0026] 本發(fā)明的有益效果：目前家用電器中間斷運行的負荷較多，如電飯煲、電烤箱、微 波爐等，但電飯煲間斷運行時各段運行時間長度不相等，無明顯規(guī)律。現(xiàn)有的家用電器運行 非侵入辨識方法主要圍繞負荷的啟功電流、有功功率、無功功率等負荷特性進行探索研究， 但實質性的能準確辨識出負荷運行狀態(tài)的方法尚且沒有。本發(fā)明提供了基于功率持續(xù)時間 特性的電飯煲非侵入辨識方法，解決了上述難題，能夠準確感知電飯煲的運行，并提供電飯 煲的近似額定功率，為實現(xiàn)電飯煲的非侵入辨識提供了技術支撐。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明基于功率持續(xù)時間特性的電飯煲非侵入辨識方法的流程示意圖；
[0028] 圖2為基于負荷間斷運行時的各段運行時間長度的電飯煲運行非侵入辨識方法中 實時平均功率的計算結果圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步說明。
[0030] 如圖1、圖2所示，本發(fā)明公開了基于功率持續(xù)時間特性的電飯煲非侵入辨識方法， 具體的流程步驟如下：
[0031] (1)取采樣頻率f=lkHz，對總電源進線的電壓和電流進行采樣，形成電壓采樣序 列u和電流米樣序列i。
[0032] (2)取計算時間窗口 m = 5個工頻周期，計算總電源進線處的實時平均功率序列P，P 的計算公式為式中，k為采樣點編號，N為一個工頻周期包含的采樣點數(shù) 目；
[0033] 從圖2為電飯煲一次完整工作過程對應的實時平均功率的計算結果圖，可以看出 電飯煲的運行方式為間斷運行，并且各段運行時間長度不等，最小的運行時間持續(xù)l〇s左 右，最長的運行時間達到400s左右，在電飯煲整個工作過程中有多段間歇運行過程并且各 段運行時間相差較大。
[0034] (3)檢測并分別記錄平均功率序列中以某一功率值(該功率值在一定區(qū)間內波動） 階躍上升和下降的時間點；
[0035] 具體為檢測平均功率序列中是否有以某一功率值Pss階躍上升和下降，功率值Pss 是一個范圍，對應區(qū)間(Pss-S，Pss+S)，在該區(qū)間內的功率值都可以認為是同一功率值；同時 分別記錄以功率值Pss階躍上升和下降的時間點t〇 n( i)和toff (i)，其中i = l, 2,3,…。
[0036]由圖2中實時平均功率圖可以檢測到有一 760W左右的功率值(如圖2中標注A所示） 在一定時間內反復階躍上升和下降，相應的階躍上升和下降的時間點為t〇n(i)和tofKi)(如 圖2中所示）。
[0037] (4)判斷負荷在一段時間內是否為間斷運行，若是間斷運行則計算間斷運行負荷 的各段運行狀態(tài)的時間長度，否則返回到步驟(3);
[0038] 具體為通過檢測負荷在一段時間內是否反復啟停來鑒定負荷是否為間斷運行，若 非間斷運行則返回到步驟(3)，否則計算間斷運行負荷的各段運行狀態(tài)的時間長度l t(i) = t〇ff(i)-t〇n(i) |。
[0039] 從圖2可以看出電飯煲在一段時間內反復啟停，可以斷定電飯煲是間斷運行負荷， 并且可以得到電飯煲各段運行時間lt(i)從10s到400s大小不等。
[0040] (5)根據(jù)步驟(4)中間斷運行負荷的各段運行時間長度判斷是否有電飯煲運行，如 果是電飯煲運行，計算電飯煲的近似額定功率，否則返回步驟(3)。
[0041] 具體為通過間斷運行負荷的各段運行時間長度lt(i)來判斷是否有電飯煲運行。 當滿足以下條件：
[0042] l〇s彡lt(iK400s并且lt(i)中有2~10個值大于200s (i彡20)
[0043] 10s^lt(i)^30s (i>20)
[0044] 則認為有電飯煲運行，并得到電飯煲的近似額定功率Pss;否則返回步驟(3)。
[0045]由圖2電飯煲實時平均功率的計算結果圖可以看出，當i彡20時，10s彡lt(i)彡 40〇8，1*(1)的數(shù)值間差距很大，并且1心）中有2個值大于20〇8;當1>20時，1〇8彡1*(1)彡 30s，lt(i)的數(shù)值基本相等，差距很小。通過以上分析可以斷定有電飯煲運行，通過步驟(3) 中的分析可得到該電飯煲的近似額定功率P ss為760W左右。
[0046]應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下， 還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。本實施例中未 明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術加以實現(xiàn)。
【主權項】
1. 一種基于功率持續(xù)時間特性的電飯優(yōu)非侵入辨識方法，其特征在于:該辨識方法包 括如下步驟： (1) 在一定采樣頻率范圍內，對總電源進線的電壓和電流進行采樣，形成電壓采樣序列 U和電流采樣序列i; (2) 在一定計算時間窗口內，計算總電源進線處的實時平均功率序列P; (3) 檢測并分別記錄平均功率序列中W某一功率值階躍上升和下降的時間點； (4) 判斷負荷在一段時間內是否為間斷運行，若是間斷運行則計算間斷運行負荷的各 段運行狀態(tài)的時間長度，否則返回到步驟(3); (5) 根據(jù)步驟(4)中間斷運行負荷的各段運行時間長度判斷是否有電飯優(yōu)運行，如果是 電飯優(yōu)運行，計算電飯優(yōu)的近似額定功率，否則返回步驟(3)。2. 根據(jù)權利要求1所述的基于功率持續(xù)時間特性的電飯優(yōu)非侵入辨識方法，其特征在 于:所述步驟(1)中的采樣頻率范圍為f = O. 5曲Z~2曲Z。3. 根據(jù)權利要求1所述的基于功率持續(xù)時間特性的電飯優(yōu)非侵入辨識方法，其特征在 于:所述步驟(2)中所述實時平均功率序列P的計算公式為其中，m為實時平均功率序列P的背算町間簡U所昔工頻周期數(shù)目，取m = 5個工頻周期， k為采樣點編號，N為一個工頻周期包含的采樣點數(shù)目。4. 根據(jù)權利要求1所述的基于功率持續(xù)時間特性的電飯優(yōu)非侵入辨識方法，其特征在 于:所述步驟(3)中檢測平均功率序列中是否有W某一功率值Pss階躍上升和下降，功率值 Pss是一個范圍，對應區(qū)間（Pss-S，Pss + S)，在該區(qū)間內的功率值都可W認為是同一功率值；同 時分別記錄W功率值Pss階躍上升和下降的時間點tDn(i)和tDff(i)，其中i = l，2,3,…。5. 根據(jù)權利要求1所述的基于功率持續(xù)時間特性的電飯優(yōu)非侵入辨識方法，其特征在 于:所述步驟(4)中通過檢測負荷在一段時間內是否反復啟停來鑒定負荷是否為間斷運行， 若非間斷運行則返回到步驟(3)，否則計算間斷運行負荷的各段運行狀態(tài)的時間長度lt(i) 一 toff ( i ) ~ton ( i )。6. 根據(jù)權利要求1所述的基于功率持續(xù)時間特性的電飯優(yōu)非侵入辨識方法，其特征在 于:所述步驟（5)中通過間斷運行負荷的各段運行時間長度lt(i)來判斷是否有電飯優(yōu)運 行;當滿足W下條件： 10s《lt(i)《400s并且lt(i)中有2~10個值大于200s (i《20) 10s《lt(i)《30s (i>20) 則認為有電飯優(yōu)運行，并得到電飯優(yōu)的近似額定功率Pss;否則返回步驟(3)。
【文檔編號】G01R21/06GK105911342SQ201610237112
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月15日
【發(fā)明人】周贛, 符旺, 李永昆, 秦成明, 顧偉, 傅萌
【申請人】東南大學