本發明專利技術公開了一種非侵入式電力負荷監測與分解的電流模式匹配方法，在建立負荷特征數據庫的基礎上，包括用電器登記和負荷狀態字空間初始化，數據采集與預處理，基于查表的可行狀態字空間搜索，電流模式（電流諧波特征）最優匹配和監測結果輸出。由于本方法僅依靠電器正常工作時固有的穩態電流模式的統計特性和穩態有功功率、無功功率，從而通用性很強。解決了現有技術中存在的如果不同電器監測的電流波形相似程度較大，總功率分解精度就會下降的問題，提高了分解精度，而且可以準確辨識電器的不同工作狀態；同時，由于本方法利用查表法而不是優化算法完成監測，降低了對監測系統中微處理器計算性能的要求，可有效降低成本。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及智能電網的高級量測體系，具體講，涉及一種電力系統中居民用電監測方法。
技術介紹
目前，隨著經濟社會的快速發展，由于電力系統在供電可靠性、電能質量、低碳節能等方面都面臨著前所未有的嚴格約束，傳統電網正向智能電網轉型，參見余貽鑫，欒文鵬，面向 21 世紀的智能電網.. http://news, sciencenet. cn. 2010-09-05.;其中，高級量測體系是實踐電網智能化的至關重要的第一步，它承擔著整個電網多方面電氣信息的量測、收集、儲存和分析的底層任務，是智能電網中其他(上層)功能得以實現的基礎，如電網故障定位與自愈恢復、需求側管理和負載實時均衡、電壓穩定性控制、準確的負荷預測與建模，實時電力系統仿真分析等。電網負荷用電監測與分析是高級量測體系中最重要的部分之一，其中，居民用電監測的意義在于一方面，使用戶了解電能消耗細節，有助于促使其優化用電習慣，最終削減電費支出；另一方面，由于民用負荷的可控性較強，如電熱水器、空調等“儲能型”負荷和洗衣機、電熱水壺等“延遲性”負荷都具有與電網友好合作的潛力，憑借用電監測，用戶可以有依據地響應電網需求，幫助實現“削峰填谷”等需求側管理功能，使電網受益。傳統的居民用電監測是為每個電器配備一個傳感器來跟蹤其用電狀態(用電功率)和工作狀態(如空調有制冷和制熱兩種用電功率不同的工作狀態)，屬于“侵入式”監測。然而大量帶有數字通訊的傳感器的安裝、調試及維護開銷較大，而且傳感器過多會降低監測系統和用電器的可靠性。George Hart在G. W. Hart. Nonintrusive applianceloadmonitoring. Proceedings of IEEE, 1992, 80 (12) : 1870-1891 中最早正式提出了非侵入式的電力負荷監測系統(Non-1ntrusive Load Monitoring System),基本原理可總結如圖1。圖中虛線框內為系統的主要功能模塊，數據采集模塊負責采集供電電源入口處的電壓和總電流，數據預處理模塊負責電壓、電流波形濾波，去噪及為實現負荷電氣特征提取所做的其他操作，如電壓、電流諧波分析，電流相位校正等，負荷電氣特征提取模塊負責從實測負荷端電壓和總電流中提取監測方法所需的負荷特征，如穩態有功和無功功率、暫態電流峰值、暫態電流有效值等，這是影響監測性能的關鍵，最后利用有效的監測方法完成總負荷的組成分析和內部電器狀態的辨識，并完成監測系統的維護和管理等相關功能；此外，圖中還列舉了系統可以具有的拓展功能，如交互操作、控制命令輸入與輸出及系統報告等。非侵入式電力負荷監測方案通過分析用戶電源入口處的電壓和總電流來確定戶內每個電器的用電狀態。這樣既可降低監測成本和簡化操作，又可提高監測系統的可靠性，不僅簡化了電力公司對負荷用電細節數據的收集工作，而且可以簡單便捷地指導用戶優化用電。現有的一些技術中把啟動、停機等負荷工作狀態的變動統稱為負荷事件，利用與其相關的穩態特征(如穩態功率階躍，參見(I) G. W. Hart. Nonintrusiveappliance loadmonitoring · Proceedings of IEEE, 1992,80 (12) :1870-1891 ；(2) H.Pihala. Non-1ntrusive appliance loadmonitoring system based on amodern kWh-meter. Technical Research Center of Finland, ESPOO,1998 ； (3)Christopher E.Reegj Thomas J.Overbye. Algorithm development forNon-1ntrusiveLoad Monitoring for Verification and Diagnostics.North AmericanPowerSymposium(NAPS), 2010, :1 - 5 ； (4) Bergesj et al. Enhancing electricity auditsin residentialbuildings with nonintrusive load monitoring · Journal ofIndustrial Ecology，2010，14 (5):844-858 ; (5) Ming Dong,et al.An Event WindowBased Load Monitoring Techniquefor Smart Meters .1EEE Transactions onSmart Grid, 2012,3(2) :787-796)或暫態特征(如暫態功率波譜模式，參見(I) StevenB. Leebj James. L. Kirtley. A Multiscale Transient EventDetector for NonintrusiveLoad Monitoring.1nternational Conference on IndustrialElectronicsj Control，and Instrumentation, 1993，1:354-359 ； (2) Steven B. Leebj Steven R. Shaw,James L.Kirtley. Transient event detection in spectral envelope estimatesfor nonintrusive loadmonitoring.1EEE Transactions on Power Delivery,1995，10 (3):1200-1210· ； (3)S. R. Shaw, et al. Nonintrusive Load Monitoring andDiagnostics in Power Systems.1EEE Transactions onlnstrumentation and Measurement, 2008，57 (7) : 1445-1454)來判斷檢測到的負荷事件是源自總負荷內部的哪個電器，據此實現非侵入式負荷監測。其中，Christopher E. Reegj Thomas J. Overbye.Algorithm development for Non-1ntrusive Load Monitoring for VerificationandDiagnostics.North American Power Symposium (NAPS),2010, :1 - 5在 G.W.Hart. Nonintrusive appliance loadmonitoring. Proceedings ofIEEE, 1992,80(12) :1870-1891的基礎上通過考慮電器的典型工作時段這一時間特征改善了監測性會泛。Ming Dong, et al. An Event Window Based Load Monitoring Techniquefor Smart Meters .1EEE Transaction本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種非侵入式電力負荷監測與分解的電流模式匹配方法，其特征在于：建立一負荷特征數據庫，該數據庫中存儲有以下負荷特征信息：（1）在基波參考電壓Uref下不同電器的用電狀態和工作狀態，（2）不同電器的每種工作狀態的穩態電流諧波參數；并包括下述步驟：用電器登記與負荷狀態字空間初始化步驟：1）確定總負荷內的所含電器設備，并從負荷特征數據庫中獲取負荷內每個電器的負荷特征信息，從而完成用電器登記；2）統計負荷所有可能的工作狀態，并存儲在一有序線性表[state]中，從而完成狀態字空間ΩSW的初始化；數據采集與數據預處理步驟：包括采集負荷端電壓和穩態用電總電流，以及對采集到的電壓和總電流進行信號去噪和諧波分析，從而得出：實測基波有功總功率Pl1(t)=U1I1cos(θl1)---(6)實測基波無功總功率Ql1(t)=U1I1sin(θl1)---(7)實測單元總電流模式Il(Pl1(t),Ql1(t))=(1·∠θl1,...,αlh·∠θlh,...,αlH·∠θlH)T---(15)公式（6）和公式（7）中：U1表示實測負荷端電壓u(t)的基波有效值，I1表示實測負荷總電流il(t)的基波有效值，θi1表示il(t)的基波相對于負荷端電壓基波相位角的初相位角，公式（15）中：αlh表示電流il(t)的第h次諧波幅值以該電流基波幅值為基值時的標幺值，故αl1=1，θlh表示電流il(t)的第h次諧波相對于負荷端電壓基波相位角的初相位角；基于查表的可行狀態字空間搜索步驟：對有序線性表[state]進行搜索，在狀態字空間ΩSW中，根據實測負荷基波有功總功率和實測負荷基波無功總功率對負荷工作狀態完成初選，最終得到滿足基波總功率約束的可行狀態字空間其中，Z表示整型數空間；電流模式最優匹配步驟：確定電流模式最優匹配的目標函數如下：min∀SWk∈Ωsw(Pl1(t),Ql1(t))||Il(Pl1(t),Ql1(t))-I^l(SWk,U1)||2---(16)公式（16）中：||·||表示L2范數；在上述可行狀態字空間內，尋找一個使電流模式最優匹配的目標函數有最小值的狀態字向量SWmin(t)作為對負荷當前工作狀態的最優估值，實現電器工作狀態辨識，并將與SWmin(t)一一地對應著的作為負荷當前用電狀態的最優估值向量，至此實現了負荷基波總功率分解；監測與分解結果的顯示輸出步驟：最后，顯示輸出負荷內部每個電器的用電功率和所處工作狀態。FDA00002419426000011.jpg,FDA00002419426000013.jpg,FDA00002419426000015.jpg,FDA00002419426000017.jpg,FDA00002419426000018.jpg,FDA00002419426000019.jpg,FDA00002419426000021.jpg,FDA00002419426000022.jpg...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：余貽鑫，劉博，王兵，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：發明
國別省市：
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