基于电流二次谐波与无功的非变频空调非侵入式辨识方法技术

本发明专利技术涉及一种基于电流二次谐波与无功的非变频空调非侵入式辨识方法，包括以下步骤：一：对户内电网的总电源进线的电压和电流进行采样形成电压采样序列和电流采样序列；二：设定时间窗口；依据电压采样序列和电流采样序列，计算总电源进线处与所述时间窗口对应的实时平均无功功率和电流的二次谐波，用于构成实时平均无功功率序列和电流的二次谐波序列；三：根据实时平均无功功率序列和电流的二次谐波序列判断户内电网中是否有非变频空调启动或退出，若没有则返回步骤二。本发明专利技术基于电流二次谐波和无功而对非变频空调的启动和退出进行快速、准确的非侵入式辨识，具有简单、经济、易于推广应用等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于智能用电
，涉及一种针对非变频空调的非入侵式辨识方法。
技术介绍
居民电力负荷监测分解技术是一门新兴的智能电网基础支撑技术，与目前智能电表仅量测用户总功率不同，它以监测并分解出居民户内所有电器的启动时间、工作状态、能耗情况为目标，从而实现更加可靠、精确的电能量管理。电力负荷监测分解技术使用户的电费清单像电话费清单一样，各类家用电器的用电量一目了然，从而使用户及时了解自己的用电情况，为合理分配各个电器的用电时间及相应的用电量提供参考，最终能够有效减少电费支出和电能浪费。Google统计数据显示，如果家庭用户能够及时了解住宅电器的详细用电信息，就能使每月电费开支下降5％～15％；如果全美国有一半家庭每个月节省这么多开支，减少的碳排放量相当于减少800万辆汽车的使用。对于工业用户而言，其负荷投切安排一般是比较固定的，只需分时计量即可，对负荷分解的需求较少，因此电力负荷监测分解的主要研究对象是住宅用电负荷。目前，居民电力负荷监测分解技术主要分为侵入式监测分解(IntrusiveLoadMonitoringanddecomposition，ILMD)和非侵入式监测分解(Non-intrusiveLoadMonitoringanddecomposition，NILMD)两大类：(1)侵入式负荷监测分解技术(ILMD)：侵入式负荷监测将带有数字通信功能的传感器安装在每个电器与电网的接口，可以准确监测每个负荷的运行状态和功率消耗。但大量安装监测传感器造成建设和维护的成本较高，最重要的是侵入式负荷监测需要进入居民家中进行安装调试，容易造成用户抵制心理；(2)非侵入式负荷监测分解技术(NILMD)：)非侵入式负荷监测仅在用户入口处安装一个传感器，通过采集和分析入口总电流、电压等信息来判断户内每个或每类电器的用电功率和工作状态(例如，空调具有制冷、制热、待机等不同工作状态)，从而得出居民的用电规律。和侵入式负荷分解相比，由于只需要安装一个监测传感器，非侵入负荷分解方案的建设成本和后期维护难度都大幅降低；另外，传感器安装位置可以选择在用户电表箱处，完全不会侵入居民户内进行施工。可以认为，NILMD以分解算法代替ILMD系统的传感器网络，具有简单、经济、可靠、数据完整和易于迅速推广应用等优势，有望发展成为高级量测体系(AMI)中新一代核心技术(成熟后，NILMD算法也可以融合到智能电表的芯片内)，支持需求侧管理、定制电力等智能用电的高级功能，也适用于临时性的负荷用电细节监测与调查。随着空调负荷的比例和影响日益增大，其特性对电网的电压稳定性影响也随之增大。现有的研究、文献已经对空调负荷的模型和运行特性进行了研究，指出了空调类负荷对电压和系统稳定具有较大的影响，但尚无文献提出一种准确、有效、快速辨识非变频空调的运行方法。综上所述，NILMD技术已经逐渐成为一个研究热点，相关技术的突破和产业化对全社会的节能减排具有重要意义。目前，NILMD技术的研究还停留在理论研究阶段，对非变频空调的分解辨识方法等关键技术还有待突破。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够快速、有效地对非变频空调的启动和退出状态进行辨识的非侵入式辨识方法。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于电流二次谐波与无功的非变频空调非侵入式辨识方法，用于以非侵入方式辨识出户内电网中是否有非变频空调启动或退出，所述基于电流二次谐波与无功的非变频空调非侵入式辨识方法包括以下步骤：步骤一：按照设定的采样频率fs对所述户内电网的总电源进线的电压和电流进行采样，分别形成电压采样序列u和电流采样序列i；步骤二：设定时间窗口；依据所述电压采样序列u和所述电流采样序列i中与所述时间窗口所对应的部分，计算所述总电源进线处与所述时间窗口对应的实时平均无功功率值Qk和电流的二次谐波值i2k，所述实时平均无功功率值Qk和所述电流的二次谐波值i2k分别为构成实时平均无功功率序列Q和电流的二次谐波序列i2的元素；k对应于本次采用的时间窗口的编号；步骤三：根据所述实时平均无功功率序列Q和电流的二次谐波序列i2判断所述户内电网中是否有非变频空调启动或退出，若没有非变频空调启动或退出则返回步骤二。所述步骤三中，若所述实时平均无功功率序列Q中与所述时间窗口对应的无功功率值Qk与其前一个无功功率值Qk-1之差大于或等于设定的启动功率阈值，且所述二次谐波序列i2中与所述时间窗口对应的二次谐波值i2k与其前一个二次谐波值i2k-1之差大于或等于设定的启动谐波阈值，则判断所述户内电网中有非变频空调启动；若所述实时平均无功功率序列Q中与所述时间窗口对应的无功功率值Qk与其前一个无功功率值Qk-1之差小于设定的退出功率阈值，且所述二次谐波序列i2中与所述时间窗口对应的二次谐波值i2k与其前一个二次谐波值i2k-1之差小于设定的退出谐波阈值，则判断所述户内电网中有非变频空调退出。优选的，所述启动功率阈值中的数值与所述退出功率阈值中的数值互为相反数；所述启动谐波阈值中的数值与所述退出谐波阈值中的数值互为相反数。优选的，所述启动功率阈值设定为100Var，所述启动谐波阈值设定为0.5A；所述退出功率阈值设定为-100Var，所述退出谐波阈值设定为-0.5A。所述步骤一中，所述采样频率的取值范围为0.5kHz-2kHz。所述步骤二中，所述实时平均无功功率值Qk的计算方法为：其中，m为所述时间窗口内所含工频周期数，n为所述时间窗口内首个进行采样的采样点编号，N为一个工频周期包含的采样点数目；所述电流的二次谐波值i2k的计算方法为：Fi[:]＝FFT(i[:])fi(j)＝(j-1)*fs/Nsi2k＝Fi(2*50*Ns/fs+1)其中，FFT表示快速傅里叶变换运算，Ns为参与本次快速傅里叶变换运算的电流采样序列i中的样本数量，i[:]为维度是Ns的参与本次快速傅里叶变换运算的部分电流采样序列，Fi[:]为维度是Ns的幅值结果序列，j＝1,2,3,…,Ns，fi(j)为实际频率结果序列。优选的，由所述步骤三返回所述步骤二时，滑动所述时间窗口而得到新的时间窗口。由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：本专利技术基于电流二次谐波和无功而对非变频空调的启动和退出进行快速、准确的非侵入式辨识，此方法不需要进入居民家中就可以准确辨识非变频空调启动和退出状态，具有简单、经济、易于推广应用等优点。辨识结果有助于用户了解大功率非变频空调的运行特点及能耗情况，可以用用于电网公司对空调电器的需求侧管理工作中。附图说明图1为本专利技术的基于电流二次谐波与无功的非变频空调非侵入式辨识方法的流程示意图。图2为空调运行过程中的实时无功功率特性示意图。图3为空调运行过程中的电流二次谐波特性示意图。具体实施方式下面附图所示的实施例对本专利技术作进一步描述。实施例一：空调负荷的主要部件是异步电动机，因此空调的负荷特性与异步电动机的特性非常相似。本文在电力系统动态模拟实验室进行的空调特性试验的基础上，搭建了空调负荷的试验平台，对空调负荷的运行过程进行了详细分析，结果表明：非变频空调运行时存在较大无功，基本都大于100Var；且伴随着二次谐波电流，大小在0.5A以上。基于上述研究结果，提出一种基于电流二次谐波与无功的非变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电流二次谐波与无功的非变频空调非侵入式辨识方法，用于以非侵入方式辨识出户内电网中是否有非变频空调启动或退出，其特征在于：所述基于电流二次谐波与无功的非变频空调非侵入式辨识方法包括以下步骤：步骤一：按照设定的采样频率fs对所述户内电网的总电源进线的电压和电流进行采样，分别形成电压采样序列u和电流采样序列i；步骤二：设定时间窗口；依据所述电压采样序列u和所述电流采样序列i中与所述时间窗口所对应的部分，计算所述总电源进线处与所述时间窗口对应的实时平均无功功率值Qk和电流的二次谐波值i2k，所述实时平均无功功率值Qk和所述电流的二次谐波值i2k分别为构成实时平均无功功率序列Q和电流的二次谐波序列i2的元素；k对应于本次采用的时间窗口的编号；步骤三：根据所述实时平均无功功率序列Q和电流的二次谐波序列i2判断所述户内电网中是否有非变频空调启动或退出，若没有非变频空调启动或退出则返回步骤二。

【技术特征摘要】
1.一种基于电流二次谐波与无功的非变频空调非侵入式辨识方法，用于以非侵入方式辨识出户内电网中是否有非变频空调启动或退出，其特征在于：所述基于电流二次谐波与无功的非变频空调非侵入式辨识方法包括以下步骤：步骤一：按照设定的采样频率fs对所述户内电网的总电源进线的电压和电流进行采样，分别形成电压采样序列u和电流采样序列i；步骤二：设定时间窗口；依据所述电压采样序列u和所述电流采样序列i中与所述时间窗口所对应的部分，计算所述总电源进线处与所述时间窗口对应的实时平均无功功率值Qk和电流的二次谐波值i2k，所述实时平均无功功率值Qk和所述电流的二次谐波值i2k分别为构成实时平均无功功率序列Q和电流的二次谐波序列i2的元素；k对应于本次采用的时间窗口的编号；步骤三：根据所述实时平均无功功率序列Q和电流的二次谐波序列i2判断所述户内电网中是否有非变频空调启动或退出，若没有非变频空调启动或退出则返回步骤二。2.根据权利要求1所述的基于电流二次谐波与无功的非变频空调非侵入式辨识方法，其特征在于：所述步骤三中，若所述实时平均无功功率序列Q中与所述时间窗口对应的无功功率值Qk与其前一个无功功率值Qk-1之差大于或等于设定的启动功率阈值，且所述二次谐波序列i2中与所述时间窗口对应的二次谐波值i2k与其前一个二次谐波值i2k-1之差大于或等于设定的启动谐波阈值，则判断所述户内电网中有非变频空调启动；若所述实时平均无功功率序列Q中与所述时间窗口对应的无功功率值Qk与其前一个无功功率值Qk-1之差小于设定的退出功率阈值，且所述二次谐波序列i2中与所述时间窗口对应的二次谐波值i2k与其前一个二次谐波值i2k-1之差小于设定的退出谐波阈值，则判断所述户内电网中有非变频空调退出。3.根据权利要求2所述的基于电流二次谐波与无功的非...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玮，李洁，沈杰，周赣，朱明杰，
申请(专利权)人：国网江苏省电力公司苏州供电公司，东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32