一种基于稳态特征波形匹配的电能分项计量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于稳态特征波形匹配的电能分项计量方法及装置，所述方法通过采集家用负荷的稳态特征波形，与数据库中的负荷标准特征波形的相似程度来进行负荷识别，根据负荷的功率变化量以及负荷的开关时刻来计算各类负荷所消耗的电能，用来实现家用负荷的分项计量；所述装置包括信号采集模块、数据处理模块、数据存储模块、显示模块和通信模块，可对用电信号进行实时采集、存储和分析，形成电能分项计量报表供用户查询，并可将电能分项计量报表上传云端供电网公司参考，功耗小，成本低，易于安装，为用户了解自家用电情况提供详细数据，也可作为电网电能测量系统中的一个终端设备，为电网公司了解负荷结构等数据提供参考。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力负荷识别与检测、电能计量领域，尤其是一种基于稳态特征波形匹配的电能分项计量方法及装置。
技术介绍
电能是清洁、高效、便利的终端能源载体，在大力推进低碳经济发展，大规模开发可再生能源，积极应对气候变化的发展趋势下，提高电能占终端能源消费比例已成为世界各国的普遍选择。随着我国经济的发展和产业结构的优化升级，这一比重还将继续提高，因此加强电能的节约就显得尤为重要。调查研究表明，在家庭能源管理中引入更好的反馈机制，平均可减少电能消耗达12％。电能分项计量，有助于用户了解不同时段内各用电设备的电能消耗情况，改变其用电方式和用电设备的用电效率以达到节约电力的效果，从而可减少用户自身电费开支，同时对提高我国能源利用效率、实现能源的可持续发展和缓解能源压力具有重要现实意义。目前，电能分项计量方法和系统可分为两类：侵入式和非侵入式。侵入式即在每个用电设备电源出口处安装传感器对单个设备的用电数据进行测量，该方法可得到的准确数据，但需要安装大量传感器，存在着安装和维护困难、成本高等缺点。非侵入式只需在供电入口处安装一组传感器对用电数据进行采集，根据信号的特征对负荷进行分解，具有需要硬件少、安装容易、成本低等优点。尽管在过去的20多年中，一些非侵入式电力负荷监测方法被提出，但基本上停留在理论研究层面，相关的产品非常少。基于对研究现状的分析，非侵入式电能分项计量方法未获得广泛应用的原因主要包括以下几个方面：1)实际中的用电设备的负荷特性是多种多样的，针对某一类或几类用电设备的特征而提出的算法，缺乏通用性；2)由于系统中存在噪声的干扰，基于事件检测的算法难以获得较高的准确度；3)基于有监督学习的方法需要大量的样本进行训练/学习，降低了其吸引力。因此，需要研究和开发一种能适用于各种不同类型的设备和运行状态，抗干扰能力强、易实现、低成本的非侵入式电能分项计量方法和系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种基于稳态特征波形匹配的电能分项计量方法。该方法采用家用负荷的稳态特征波形，度量与数据库中的负荷标准特征波形的接近程度来进行负荷识别，再根据功率变化量及负荷的开关时刻来计算各类负荷所消耗的电能，用以实现家用负荷的分项计量。本专利技术的另一目的在于提供一种基于稳态特征波形匹配的电能分项计量装置。本专利技术的目的可以通过如下技术方案实现：一种基于稳态特征波形匹配的电能分项计量方法，所述方法包括以下步骤：1)在家庭供电入口处，对入口电流、入口电压进行同步采样并记录，计算出有功功率；2)根据家庭实际的用电设备类型设置有功功率Pm的阈值，有功功率Pm的阈值小于用电设备的最小额定功率，当步骤1)中计算的有功功率发生变化且变化幅度到达预设的阈值Pm时，记录时刻t；3)因为电流相位由电压相位和负荷类型确定，所以用电压波形作为参考来提取稳态电流波形，根据步骤2)中所记录时刻t，在t时刻超前λ个周期的时间内，其中5＜＜50，寻找电压波形向上过零点，记录为时刻t0，从t0时刻开始，提取μ个周期的电流波形，其中2＜μ＜λ，作为t时刻前的稳态电流波形Ic0；4)因为考虑到负荷在开关时的暂态过程，所以需要通过负荷打开后的ν个周期来过滤掉暂态过程，其中20＜ν＜50，根据步骤2)中所记录时刻t，在t时刻延时ν个周期后，寻找电压波形向上过零点，记录为时刻t1，从t1时刻开始，提取与步骤3)相同个数的μ个周期的电流波形，作为t时刻后的稳态电流波形Ic1；5)将μ个周期的t时刻前的稳态电流波形Ic0与μ个周期的t时刻后的稳态电流波形Ic1做差得到μ个周期的稳态特征波形I，其中I＝Ic1-Ic0；6)将步骤5)得到的μ个周期的稳态特征波形I划分周期，将各个周期的幅值序列相加后取平均值，得到负荷的均值化稳态特征波形Ia；7)将步骤6)得到的负荷的均值化稳态特征波形Ia与数据库中的标准负荷稳态特征波形Ib进行相似度比对，通过计算相似度α来进行负荷识别；8)根据步骤7)识别出负荷i后,因为负荷开关的暂态过程持续的时间很短，在计算功率时能够忽略掉，所以根据负荷i的稳态电流和稳态电压计算出负荷i的功率Pi，如果Pi＞0,则说明此时负荷i为开启动作，将t时刻标记为Tic，如果Pi＜0,则说明此时负荷i为关闭动作，将t时刻标记为Tir，将负荷i的开启时刻和关闭时刻进行匹配，计算出负荷i运行的时间为Ti＝Tir-Tic；9)根据负荷i的功率Pi和运行时间Ti计算负荷i消耗的功率Wi＝Pi·Ti，实现电能的分项计量。优选地，步骤7)中，相似度α的计算公式如下： α = 1 - Σ | | I a | m a x { | I a |本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于稳态特征波形匹配的电能分项计量方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：1)在家庭供电入口处，对入口电流、入口电压进行同步采样并记录，计算出有功功率；2)根据家庭实际的用电设备类型设置有功功率Pm的阈值，有功功率Pm的阈值小于用电设备的最小额定功率，当步骤1)中计算的有功功率发生变化且变化幅度到达预设的阈值Pm时，记录时刻t；3)因为电流相位由电压相位和负荷类型确定，所以用电压波形作为参考来提取稳态电流波形，根据步骤2)中所记录时刻t，在t时刻超前λ个周期的时间内，其中5＜λ＜50，寻找电压波形向上过零点，记录为时刻t0，从t0时刻开始，提取μ个周期的电流波形，其中2＜μ＜λ，作为t时刻前的稳态电流波形Ic0；4)因为考虑到负荷在开关时的暂态过程，所以需要通过负荷打开后的ν个周期来过滤掉暂态过程，其中20＜ν＜50，根据步骤2)中所记录时刻t，在t时刻延时ν个周期后，寻找电压波形向上过零点，记录为时刻t1，从t1时刻开始，提取与步骤3)相同个数的μ个周期的电流波形，作为t时刻后的稳态电流波形Ic1；5)将μ个周期的t时刻前的稳态电流波形Ic0与μ个周期的t时刻后的稳态电流波形Ic1做差得到μ个周期的稳态特征波形I，其中I＝Ic1‑Ic0；6)将步骤5)得到的μ个周期的稳态特征波形I划分周期，将各个周期的幅值序列相加后取平均值，得到负荷的均值化稳态特征波形Ia；7)将步骤6)得到的负荷的均值化稳态特征波形Ia与数据库中的标准负荷稳态特征波形Ib进行相似度比对，通过计算相似度α来进行负荷识别；8)根据步骤7)识别出负荷i后,因为负荷开关的暂态过程持续的时间很短，在计算功率时能够忽略掉，所以根据负荷i的稳态电流和稳态电压计算出负荷i的功率Pi，如果Pi＞0,则说明此时负荷i为开启动作，将t时刻标记为Tic，如果Pi＜0,则说明此时负荷i为关闭动作，将t时刻标记为Tir，将负荷i的开启时刻和关闭时刻进行匹配，计算出负荷i运行的时间为Ti＝Tir‑Tic；9)根据负荷i的功率Pi和运行时间Ti计算负荷i消耗的功率Wi＝Pi·Ti，实现电能的分项计量。...

【技术特征摘要】
1.一种基于稳态特征波形匹配的电能分项计量方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：1)在家庭供电入口处，对入口电流、入口电压进行同步采样并记录，计算出有功功率；2)根据家庭实际的用电设备类型设置有功功率Pm的阈值，有功功率Pm的阈值小于用电设备的最小额定功率，当步骤1)中计算的有功功率发生变化且变化幅度到达预设的阈值Pm时，记录时刻t；3)因为电流相位由电压相位和负荷类型确定，所以用电压波形作为参考来提取稳态电流波形，根据步骤2)中所记录时刻t，在t时刻超前λ个周期的时间内，其中5＜λ＜50，寻找电压波形向上过零点，记录为时刻t0，从t0时刻开始，提取μ个周期的电流波形，其中2＜μ＜λ，作为t时刻前的稳态电流波形Ic0；4)因为考虑到负荷在开关时的暂态过程，所以需要通过负荷打开后的ν个周期来过滤掉暂态过程，其中20＜ν＜50，根据步骤2)中所记录时刻t，在t时刻延时ν个周期后，寻找电压波形向上过零点，记录为时刻t1，从t1时刻开始，提取与步骤3)相同个数的μ个周期的电流波形，作为t时刻后的稳态电流波形Ic1；5)将μ个周期的t时刻前的稳态电流波形Ic0与μ个周期的t时刻后的稳态电流波形Ic1做差得到μ个周期的稳态特征波形I，其中I＝Ic1-Ic0；6)将步骤5)得到的μ个周期的稳态特征波形I划分周期，将各个周期的幅值序列相加后取平均值，得到负荷的均值化稳态特征波形Ia；7)将步骤6)得到的负荷的均值化稳态特征波形Ia与数据库中的标准负...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴青华，韩兴磊，张禄亮，李梦诗，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44