一种非侵入式电信号分析追踪方法、装置、电子设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种非侵入式电信号分析追踪方法、装置、电子设备；所述方法包括：采集多个电器的聚合功率数据；生成所述多个电器的开关事件矩阵，使用所述聚合功率数据和所述开关事件矩阵建立约束方程，利用开关事件的稀疏性，通过全变分最小化的优化算法求解使所述开关事件矩阵最小的开关状态矩阵，基于所述开关状态矩阵，分解出所述多个电器的具体能耗数据；对所述多个电器的具体能耗数据进行数据处理并向用户显示。本发明专利技术能够向用户清晰、准确的提供电器的能耗数据，促使用户节电；此外，获得的能耗数据还可以进一步应用于用户行为预测、电器生产设计指导、智能家居、军事侦察信息等领域，具有良好、广阔的应用空间。

Non intrusive electrical signal analysis and tracking method, device and electronic equipment

The invention discloses a non-intrusive electric signal analysis and tracking method, device and electronic equipment. The method includes collecting aggregate power data of multiple electrical appliances, generating switching event matrix of the multiple electrical appliances, establishing constraint equation using the aggregate power data and the switching event matrix, and utilizing switching events. Based on the switching state matrix, the specific energy consumption data of the electrical appliances are decomposed, and the specific energy consumption data of the electrical appliances are processed and displayed to the users. The invention can provide the energy consumption data of electrical appliances clearly and accurately to the users, and promote the users to save electricity. In addition, the obtained energy consumption data can be further applied in the fields of user behavior prediction, electrical production design guidance, smart home, military reconnaissance information, etc., and has good and broad application space.

【技术实现步骤摘要】
一种非侵入式电信号分析追踪方法、装置、电子设备
本专利技术涉及智能电力设备
，特别是指一种非侵入式电信号分析追踪方法、装置、电子设备。
技术介绍
随着信息技术、智能电网以及智能家电技术的快速发展，人们对于日常生活中电器的能耗数据的透明化、精细化有着越来越高的要求。但目前，现有的用电数据提供方案仅仅能够向用户提供简单的用电总量、用电费用等基础数据，而无法提供对于日常用电更加具有指导意义的各电器的具体能耗数据、能耗行为分析等数据。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种非侵入式电信号分析追踪方法、装置、电子设备，能够向用户清晰、准确的提供电器的能耗数据。基于上述目的，本专利技术提供了一种非侵入式电信号分析追踪方法，包括：采集多个电器的聚合功率数据；生成所述多个电器的开关事件矩阵，使用所述聚合功率数据和所述开关事件矩阵建立约束方程，利用开关事件的稀疏性，通过全变分最小化的优化算法求解使所述开关事件矩阵最小的开关状态矩阵，基于所述开关状态矩阵，分解出所述多个电器的具体能耗数据；对所述多个电器的具体能耗数据进行数据处理并向用户显示。在一些实施方式中，所述聚合功率数据，包括：将采集到的T个所述聚合功率数据表示为一个向量：，t∈[1，T]；所述多个电器表示为N个电器，使用三元组表示第n个电器的功率特性，其中I表示电器的待机功率，P表示平均功率，Θ表示功率浮动。在一些实施方式中，所述方法还包括：采集N个电器的功率特性，用如下的三个功率特性向量表示：。在一些实施方式中，生成所述多个电器的开关事件矩阵，使用所述聚合功率数据和所述开关事件矩阵建立约束方程，包括：用状态向量表示全部电器在t时刻的开关状态。由此，对于在t时刻获取聚合数据，下面的不等式恒成立其中，1代表全“1”向量；经过变形，上述不等式在T个时间窗口上可以表示为：其中，Ⅱ代表一个N×T的全“1”矩阵。在一些实施方式中，所述开关事件的稀疏性，包括：定义N个电器从时间t=1到t=T的状态矩阵，其中表示第n个电器在第t个时间片内处于开启状态，反之则表示关闭状态；然后，定义下列差分矩阵，其中第i行、第i列元素，第i行、第i-1列元素，第i行其余元素为零；由此，从时刻t=2到t=T之间发生的所有开关事件可以用以下的事件矩阵表示：事件矩阵的任意元素，其中1或者-1表示有电器的开启或关闭事件发生，否则值为零；根据电器开关事件的稀疏特性，事件矩阵ΔS为稀疏矩阵。在一些实施方式中，所述通过全变分最小化的优化算法求解使所述开关事件矩阵最小的开关状态矩阵，基于所述开关状态矩阵，分解出所述多个电器的具体能耗数据，包括：求解以下的优化模型，以此获取用于反应任意电器在任意时刻的开关状态的开关状态矩阵：其中，表示ΔS的全变分:在一些实施方式中，对所述多个电器的具体能耗数据进行数据处理并向用户显示，包括：使用所述多个电器的具体能耗数据生成柱状图或扇形图，并向用户显示。在一些实施方式中，所述方法还包括：将所述多个电器的具体能耗数据发送至预先绑定的固定终端和/或移动终端。另一方面，本专利技术还提供一种非侵入式电信号分析追踪装置，包括：数据采集模块，用于采集多个电器的聚合功率数据；数据处理分析模块，用于生成所述多个电器的开关事件矩阵，使用所述聚合功率数据和所述开关事件矩阵建立约束方程，利用开关事件的稀疏性，通过全变分最小化的优化算法求解使所述开关事件矩阵最小的开关状态矩阵，基于所述开关状态矩阵，分解出所述多个电器的具体能耗数据；数据结果管理与展示模块，用于对所述多个电器的具体能耗数据进行形式处理并向用户显示。再一方面，本专利技术还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上任意一项所述的方法。从上面所述可以看出，本专利技术提供的非侵入式电信号分析追踪方法、装置、电子设备，能够向用户清晰、准确的提供电器的能耗数据，促使用户节电；此外，获得的能耗数据还可以进一步应用于用户行为预测、电器生产设计指导、智能家居、军事侦察信息等领域，具有良好、广阔的应用空间。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例的非侵入式电信号分析追踪方法流程图；图2为本专利技术实施例的非侵入式电信号分析追踪装置结构示意图；图3为本专利技术实施例的电子设备的应用场景示例图；图4为本专利技术实施例中的功率数据示意图；图5为本专利技术实施例中的能耗分解示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术实施例提供了一种非侵入式电信号分析追踪方法。其中，所述的非侵入式电信号追踪（又称非侵入式电信号还原）是指，不通过在电能系统内部（如电路分支及电器设备接入处）和电器设备上安装任何传感设备，而仅利用在外部电能流入处（即总闸）的测量，实现对电能系统空间事件的推测和还原。因为无须在电能系统内部安装大量的传感设备，非侵入式电信号追踪技术的出现和使用，大大降低了电能系统空间事件监测的成本。现有大部分非侵入式电信号追踪方法均涉及到“电器指纹”（ApplianceSignature）的使用，即电器设备之间能够相互区别的功率、电压及电流等电气特性。“电器指纹”的构建需要进行高频的数据采样，然后通过标记的数据进行稳态或瞬态信号的指纹特征构建。获取到电器的指纹特征后，可以设置与之对应的事件检测条件，以此来判断电器的开关和运行状态，达到电能系统空间事件的推测和还原。参考图1，为本专利技术实施例的非侵入式电信号分析追踪方法流程图。所述非侵入式电信号分析追踪方法，包括以下步骤：步骤101、采集多个电器的聚合功率数据。本实施例中，在T个时间窗口内，将从一个家用电表处采集到的T个所述聚合功率数据表示为一个向量：，t∈[1，T]；对于由N个电器组成的异构电器群组，我们用三元组表示第n个电器的功率特性，其中I表示电器的待机功率（即电器在没有打开但是接通了电源的状态下所消耗的功率），P表示平均功率，Θ表示功率浮动。这样以来，全部N个电器的功率特性可以用以下三个功率特性向量表示：。步骤102、生成所述多个电器的开关事件矩阵，使用所述聚合功率数据和所述开关事件矩阵建立约束方程，利用开关事件的稀疏性，通过全变分最小化的优化算法求解使所述开关事件矩阵最小的开关状态矩阵。基于所述开关状态矩阵，以及利用各电器的在不同开关状态下的额定功率值（该信息可在电器铭牌或厂家说明书中获取，或者也可以事先通过功率测量仪器测量得到），就可以分解出所述多个电器的大致能耗数据。本实施例中，除了电器的功率特性，我们用状态向量表示全部电器在t时刻的开关状态。由此，对于在t时刻获取聚合数据，下面的不等式恒成立：其中，1代表全“1”向量；经过变形，上述不等式在T个时间窗口上可以表示为：其中，Ⅱ代表一个N×T的全“1”矩阵。对于开关事件的稀疏性，定义N个电器从时间t=1到t=T的状态矩阵，其中表示第n个电器在第t个时间片内处于开启状态，反之则表示关闭状本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非侵入式电信号分析追踪方法，其特征在于，包括：采集多个电器的聚合功率数据；生成所述多个电器的开关事件矩阵，使用所述聚合功率数据和所述开关事件矩阵建立约束方程，利用开关事件的稀疏性，通过全变分最小化的优化算法求解使所述开关事件矩阵最小的开关状态矩阵，基于所述开关状态矩阵，分解出所述多个电器的具体能耗数据；对所述多个电器的具体能耗数据进行数据处理并向用户显示。

【技术特征摘要】
1.一种非侵入式电信号分析追踪方法，其特征在于，包括：采集多个电器的聚合功率数据；生成所述多个电器的开关事件矩阵，使用所述聚合功率数据和所述开关事件矩阵建立约束方程，利用开关事件的稀疏性，通过全变分最小化的优化算法求解使所述开关事件矩阵最小的开关状态矩阵，基于所述开关状态矩阵，分解出所述多个电器的具体能耗数据；对所述多个电器的具体能耗数据进行数据处理并向用户显示。2.根据权利要求1所述的非侵入式电信号分析追踪方法，其特征在于，所述聚合功率数据，包括：在T个时间窗口内，将采集到的T个所述聚合功率数据表示为一个向量：，t∈[1，T]；所述多个电器表示为N个电器，使用三元组表示第n个电器的功率特性，其中I表示电器的待机功率，P表示平均功率，Θ表示功率浮动。3.根据权利要求2所述的非侵入式电信号分析追踪方法，其特征在于，还包括：采集N个电器的功率特性，用如下的三个功率特性向量表示：。4.根据权利要求3所述的非侵入式电信号分析追踪方法，其特征在于，生成所述多个电器的开关事件矩阵，使用所述聚合功率数据和所述开关事件矩阵建立约束方程，包括：使用状态向量表示全部电器在t时刻的开关状态；对于在t时刻获取聚合数据，下面的不等式恒成立：其中，1代表全“1”向量；经过变形，上述不等式在T个时间窗口上可以表示为：其中，Ⅱ代表一个N×T的全“1”矩阵。5.根据权利要求4所述的非侵入式电信号分析追踪方法，其特征在于，所述开关事件的稀疏性，包括：定义N个电器从时间t=1到t=T的状态矩阵，其中表示第n个电器在第t个时间片内处于开启状态，反之则表示关闭状态；然后，定义下列差分矩阵，其中第i行、第i列元素，第i行、第i-1列元素，第i行其余元素为零；由此，从时刻...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐国明，李博文，何家辉，刘鸿彬，郭得科，丁峰，刘琰，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43