一种非侵入式负荷监测方法及存储介质技术

本发明专利技术提供一种非侵入式负荷监测方法及存储介质。本发明专利技术用于从电力负荷总功率曲线中提取用不同用电器的用电事件，即判断单一用电器的开启事件或关闭事件。通过分析预先采集的用电总线的瞬时用电功率，获取电力负荷背景基准值，将在波动区间内的瞬时功率值都视为背景功率，以此获得若干时间间隔的连续的背景功率时间段。并根据将两段相邻的背景功率时间段之间的时间段定义为一个用电时段，将多个耗电时段聚类得到最优耗电时段，输入一目标时间序列的瞬时耗电功率，计算所述最优耗电时段与所述目标时间序列瞬时耗电功率的相似性并判断单一用电器开启事件或单一用电器关闭事件，进而可以提取该单一用电器的用电事件。

A non-invasive load monitoring method and storage medium

【技术实现步骤摘要】
一种非侵入式负荷监测方法及存储介质
本专利技术涉及用电
，特别涉及一种非侵入式负荷监测方法及存储介质。
技术介绍
非侵入式负荷监测(NILM)是一种计算技术，用于从单个电表估算单个设备的功率需求，该电表测量多个设备的组合需求。一种用例是使用单个全屋智能电表生成逐项电费单。最终目的可能是帮助用户减少能耗；或是帮助运营商管理电网；或是找出有故障的电器；或是调查设备的使用行为。对于人类而言，可以用肉眼检测聚合用电功率数据中隐含的电器，特别是具有丰富特征的电器(例如，洗衣机、打印机等多状态的用电设备)。我们可以考虑使用手动工程特征提取器来获得这些丰富的特征，但这将很耗时，并且得到的特征对噪声可能不足够健壮，会随着噪声的出现而产生较大的偏差。此外，使用高频数据可以提取出一定用电器的开关特征，但是高频数据的采集会大幅提高成本，不符合日常家用的条件。因此需要一种基于低频用电数据的负荷检测方法，在这种负荷监测方法中，关键技术在于用电事件提取，以方便后续以事件为目标进行相关计算。因此，本专利技术提出一种非侵入式负荷监测方法及存储介质，用于从电力负荷总功率曲线中提取用不同用电器的用电事件，即判断不同用电器的开启事件或关闭事件。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种非侵入式负荷监测方法及存储介质。本专利技术通过分析预先采集的用电总线的瞬时用电功率，获取电力负荷背景基准值，将在波动区间内的瞬时功率值都视为背景功率，以此获得若干时间间隔的连续的背景功率时间段。并根据将两段相邻的背景功率时间段之间的时间段定义为一个用电时段，将多个耗电时段聚类得到最优耗电时段，输入一目标时间序列的瞬时耗电功率，计算所述最优耗电时段与所述目标时间序列瞬时耗电功率的相似性并判断单一用电器开启事件或单一用电器关闭事件，进而可以提取该单一用电器的用电事件。本专利技术提供一种非侵入式负荷监测方法，包括如下步骤：数据库建立步骤，录入一用电总线的预设历史时间段瞬时耗电功率至一数据库，所述用电总线至少连接一用电器；所述用电总线的预设历史时间段瞬时耗电功率为连接该用电总线的用电器的瞬时耗电功率之和；第一采集步骤，采集所述数据库中所有用电总线的预设历史时间段瞬时耗电功率；背景功率基准值获取步骤，将所述预设历史时间段瞬时耗电功率取整并依据幂律分布得到背景功率基准值，所述背景功率基准值为在幂律分布中出现最多次数的瞬时耗电功率；背景功率获取步骤，设置一波动区间，采集在所述波动区间内的瞬时耗电功率为背景功率，所述背景功率基准值位于所述波动区间内；背景功率时段获取步骤，设定一时间间隔，根据所述背景功率获取若干时间间隔的背景功率时段并存入至所述数据库中；第二采集步骤，采集第一时间序列的背景功率时段以及第二时间序列的背景功率时段的瞬时耗电功率，所述第一时间序列以及所述第二时间序列皆包含于所述预设历史时间段；切分步骤，切分所述第一时间序列的背景功率时段与所述第二时间序列的背景功率时段之间的背景功率时段记为一耗电时段；判断步骤，将多个耗电时段聚类得到最优耗电时段，输入一目标时间序列的瞬时耗电功率，计算所述最优耗电时段与所述目标时间序列瞬时耗电功率的相似性并判断单一用电器开启事件或单一用电器关闭事件，所述单一用电器开启事件与所述单一用电器关闭事件记为单一用电器用电事件。进一步地，还包括：单一用电器事件分类步骤，计算不同耗电时段与所述单一用电器用电事件相似性，并将相似度高的划分为同一单一用电器事件。进一步地，还包括：功率削减步骤，根据所述同一单一用电器用电事件的开闭时间序列，移出数据库中所述预设历史时间段中的所述开闭时间序列的瞬时耗电功率；循环步骤，执行所述第一采集至所述判断步骤，得到另一单一用电器用电事件。进一步地，在所述数据库建立步骤之前，包括:准备步骤，提供一智能电表，所述智能电表接入所述用电总线，所述智能电表以一固定频率不间断地读取所述用电总线的瞬时耗电功率；数据预处理步骤，对所述智能电表读取的所述用电总线瞬时耗电功率进行空缺值填补，平滑去除噪声后得到所述用电总线的预设历史时间段瞬时耗电功率所述并存储至数据库中。进一步地，所述空缺值为所述只能电表采集前一采样点的数据；和/或，所述平滑去除噪声的方式包括加权移动平均法；和/或，所述固定频率为5～15赫兹。进一步地，所述预设历史时间段大于等于7天；所述波动区间的开始值低于所述背景功率基准值的10％～30％，所述波动区间的结束值高于所述背景功率基准值的10％～30％。进一步地，在所述切分步骤中，若所述用电时段的时间长度小于所述时间阈值，则将所述用电时段视为噪声事件。进一步地，在所述判断步骤中，具体包括：提取步骤，采集每个耗电时段的M个点，其中，多个耗电时段具有单一用电器开启事件，即其中，i为第i个耗电时段，ti为第i个耗电时段的起始时间点，M为所述选取时长，N为耗电时段的个数，x瞬时耗电功率；计算步骤，计算不同ES序列之间的欧式距离，即：选取最小距离值所对应的两个ES序列，将所述两个ES序列取平均值作为单一用电器事件参照；序列相似度计算步骤，在一个耗电时段内，每隔h个点选取其后连续的q个点，那么同一个耗电时段内的第j个需要计算相似度的序列为目标序列Sij，记为：其中，h为间隔时间，q为序列长度，ti为第i个耗电时段的起始时间点，使用动态时间规整算法计算目标序列与参照序列之间的相似度，根据所述相似度判断单一用电器开启的事件或关闭事件。进一步地，若判断单一用电器开启的事件，则在所述提取步骤中，采集每个耗电时段的前M个点；若判断单一用电器关闭的事件，则在所述提取步骤中，采集每个耗电时段的后M个点。本专利技术还提供一种存储介质，该介质上存储有计算机程序，在处理器执行所述计算机程序时可实现前文所述的方法。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供一种非侵入式负荷监测方法及存储介质。本专利技术用于从电力负荷总功率曲线中提取用不同用电器的用电事件，即判断单一用电器的开启事件或关闭事件。通过分析预先采集的用电总线的瞬时用电功率，获取电力负荷背景基准值，将在波动区间内的瞬时功率值都视为背景功率，以此获得若干时间间隔的连续的背景功率时间段。并根据将两段相邻的背景功率时间段之间的时间段定义为一个用电时段，将多个耗电时段聚类得到最优耗电时段，输入一目标时间序列的瞬时耗电功率，计算所述最优耗电时段与所述目标时间序列瞬时耗电功率的相似性并判断单一用电器开启事件或单一用电器关闭事件，进而可以提取该单一用电器的用电事件。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的描述。图1为本专利技术提供的非侵入式负荷监测方法的流程图；图2为本专利技术提供的数据实施例的瞬时耗电功率取整后的幂律分布图；图3为本专利技术提供的判断步骤的流程图。具体实施方式以下是各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本专利技术可以用实施的特定实施例。本专利技术提到的元件名称，例如第一、第二等，仅是区分不同的元部件，可以更好的表达。在图中，相同的部件用相同标号表示，相邻或类似的部件用类似本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非侵入式负荷监测方法，其特征在于，包括如下步骤：/n数据库建立步骤，录入一用电总线的预设历史时间段瞬时耗电功率至一数据库，所述用电总线至少连接一用电器；所述用电总线的预设历史时间段瞬时耗电功率为连接该用电总线的用电器的瞬时耗电功率之和；/n第一采集步骤，采集所述数据库中所有用电总线的预设历史时间段瞬时耗电功率；/n背景功率基准值获取步骤，将所述预设历史时间段瞬时耗电功率取整并依据幂律分布得到背景功率基准值，所述背景功率基准值为在幂律分布中出现最多次数的瞬时耗电功率；/n背景功率获取步骤，采集在一波动区间内的瞬时耗电功率为背景功率，所述背景功率基准值位于所述波动区间内；/n背景功率时段获取步骤，根据所述背景功率获取若干时间间隔的背景功率时段并存入至所述数据库中；/n第二采集步骤，采集第一时间序列的背景功率时段以及第二时间序列的背景功率时段的瞬时耗电功率，所述第一时间序列以及所述第二时间序列皆包含于所述预设历史时间段；/n切分步骤，切分所述第一时间序列的背景功率时段与所述第二时间序列的背景功率时段之间的背景功率时段记为一耗电时段；/n判断步骤，将多个耗电时段聚类得到最优耗电时段，输入一目标时间序列的瞬时耗电功率，计算所述最优耗电时段与所述目标时间序列瞬时耗电功率的相似性并判断单一用电器开启事件或单一用电器关闭事件，所述单一用电器开启事件与所述单一用电器关闭事件记为单一用电器用电事件。/n...

【技术特征摘要】
20191031 CN 20191105658811.一种非侵入式负荷监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
数据库建立步骤，录入一用电总线的预设历史时间段瞬时耗电功率至一数据库，所述用电总线至少连接一用电器；所述用电总线的预设历史时间段瞬时耗电功率为连接该用电总线的用电器的瞬时耗电功率之和；
第一采集步骤，采集所述数据库中所有用电总线的预设历史时间段瞬时耗电功率；
背景功率基准值获取步骤，将所述预设历史时间段瞬时耗电功率取整并依据幂律分布得到背景功率基准值，所述背景功率基准值为在幂律分布中出现最多次数的瞬时耗电功率；
背景功率获取步骤，采集在一波动区间内的瞬时耗电功率为背景功率，所述背景功率基准值位于所述波动区间内；
背景功率时段获取步骤，根据所述背景功率获取若干时间间隔的背景功率时段并存入至所述数据库中；
第二采集步骤，采集第一时间序列的背景功率时段以及第二时间序列的背景功率时段的瞬时耗电功率，所述第一时间序列以及所述第二时间序列皆包含于所述预设历史时间段；
切分步骤，切分所述第一时间序列的背景功率时段与所述第二时间序列的背景功率时段之间的背景功率时段记为一耗电时段；
判断步骤，将多个耗电时段聚类得到最优耗电时段，输入一目标时间序列的瞬时耗电功率，计算所述最优耗电时段与所述目标时间序列瞬时耗电功率的相似性并判断单一用电器开启事件或单一用电器关闭事件，所述单一用电器开启事件与所述单一用电器关闭事件记为单一用电器用电事件。


2.如权利要求1所述的非侵入式负荷监测方法，其特征在于，还包括：
单一用电器事件分类步骤，计算不同耗电时段与所述单一用电器用电事件相似性，并将相似度高的划分为同一单一用电器事件。


3.如权利要求2所述的非侵入式负荷监测方法，其特征在于，还包括：
功率削减步骤，根据所述同一单一用电器用电事件的开闭时间序列，去除数据库中所述预设历史时间段中的所述开闭时间序列内的瞬时耗电功率；
循环步骤，执行所述第一采集至所述判断步骤，得到另一单一用电器用电事件。


4.如权利要求1所述的非侵入式负荷监测方法，其特征在于，
在所述数据库建立步骤之前，包括:
准备步骤，提供一智能电表，所述智能电表接入所述用电总线，所述智能电表以一固定频率不间断地读取...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨万春，杨子元，王蒙，郑晓磊，唐凯，王宇，李达伟，
申请(专利权)人：内蒙古电力集团有限责任公司包头供电局，上海千居智科技有限公司，上海极熵数据科技有限公司，
类型：发明
国别省市：内蒙;15