一种基于分段线性近似算法的变频空调非侵入式辨识方法技术

本发明专利技术公开了一种基于分段线性近似算法的变频空调非侵入式辨识方法，包括采集电流序列与电压序列进行快速傅里叶变换、计算实时有功功率与实时无功功率；拟合有功功率曲线为多段折线段，计算有功功率、无功功率曲线对应的电气特征量；若检测到有功功率上升阶跃，且满足有功功率抬升倍率小于给定阈值，不存在无功功率阶跃，则进行变频空调启动判定；否则判定为其他电器启动，若检测到有功功率下降阶跃，综合前述步骤信息判定变频空调或是其他电器关闭。本发明专利技术能从总负荷波形中准确、快速的分析辨识出用户内部的变频空调，扩充了非侵入式负荷辨识算法可辨识电器种类，为支撑双向互动服务与智能用能服务提供了数据基础。服务与智能用能服务提供了数据基础。服务与智能用能服务提供了数据基础。

【技术实现步骤摘要】
一种基于分段线性近似算法的变频空调非侵入式辨识方法


[0001]本专利技术涉及智能用电检测
，具体涉及一种基于分段线性近似算法的变频空调非侵入式辨识方法。

技术介绍

[0002]作为坚强智能电网的关键环节之一，“智能用电”和“绿色用电”技术近年来得到迅速发展。中发9号文件明确提出，积极开展需求侧管理和能效管理，通过运用现代信息技术、培育电能服务、实施需求响应，促进供需平衡和节能减排。在电力需求侧，随着我国城镇居民生活水平的提高，居民用电占全社会用电的比重越来越高。2019年，中国城乡居民生活用电量10250亿千瓦时，同比增长5.7％，仅低于第二产业用电量。因此，家庭用电负荷的分析变得尤为重要。然而，以电网视角来看，用户负荷是一个未知的黑箱子，通过电表计量仅可以采集用户的总耗电量，满足最基本的电量计费需求，难以对家庭内部的负荷类型和各负荷用电情况进行感知，严重制约了客户感知能力、优质服务能力和价值挖掘能力的提升。
[0003]居民用电负荷的在线监测是实现用电行为感知的基础，它有助于了解家庭内不同时段电器设备的具体能耗情况。传统的负荷监测采用侵入式设计，在用户内部各电器接口安装配备通信模块的传感器或智能插座以收集和传输用电信息。该方案虽对电器负荷状况监测准确可靠，但其存在成本较高、可拓展性差、用户隐私干涉等问题，难以推广应用。非介入式负荷监测通过在用户入口处安装传感器，采集总电流和端电压，利用负荷分解算法对总负荷波形进行分解，从而获得每个或每类电器的用电功率和工作状态。
[0004]在负荷组成中，空调负荷占比极高。部分地区夏季空调用电负荷已经占到最高负荷的30％左右，造成夏季电网的峰谷差被进一步拉大，空调用电造成的短时电量缺额甚至对电网的安全稳定运行产生了影响。因此，空调负荷运行状态的感知是负荷分解算法的基础。申请号为201611063341.9的中国专利文献公开了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，但变频空调与非变频空调有着截然不同的负荷特性，因此该方法并不适用于辨识变频空调。如何实现准确、有效、快速辨识变频空调的运行，已经成为一项亟待解决的关键技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种基于分段线性近似算法的变频空调非侵入式辨识方法，本专利技术考虑变频空调在启停及运行过程中的功率曲线具有连续变状态的特性，采用分段线性近似表征连续状态变化，能够实现变频空调的非侵入式辨识，大幅提升了变频空调负荷辨识的精确度、准确度和辨识速度。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种基于分段线性近似算法的变频空调非侵入式辨识方法，包括：
[0008]1)获取用户供电入口处采样得到的电流序列I(t)与电压序列U(t)；
[0009]2)对指定长度的电流序列I(t)和电压序列U(t)进行快速傅里叶变换，提取电流、
电压对应的频域谐波特征，计算得到实时有功功率序列P(t)、实时无功功率序列Q(t)；
[0010]3)将实时有功功率序列P(t)对应的非线性曲线转换为若干条折线段组成的分段线性近似曲线，记录其中各条折线段i的起始端点时刻结束端点时刻计算各条折线段i的功率平均值其中i∈{1,
…
,n},n为折线段总数，将加入连续多状态列表；将实时有功功率序列P(t)、实时无功功率序列Q(t)进行一阶差分得到差分序列，扫描差分序列中的有功功率阶跃上升、有功功率阶跃下降、无功功率阶跃并计算对应的电气特征量，所述电气特征量包括有功功率上升阶跃P
su
、有功功率上升阶跃出现时刻t
su
、阶跃前有功功率值阶跃后有功功率值有功功率抬升倍率P
r
、无功功率阶跃Q
s
、有功功率下降阶跃P
sd
、有功功率下降阶跃出现时刻t
sd
，并将二元组〈P
su
,t
su
>或<P
sd
,t
sd
>加入阶跃列表；
[0011]4)若检测到存在有功功率上升阶跃P
su
，且在同一时间点处存在有功功率抬升倍率P
r
小于给定阈值P
th
、不存在无功功率阶跃Q
s
，则跳转步骤5)以进入变频空调判定阶段；否则，判定为其他电器启动，将三元组〈其他电器启动,t
su
>加入已启动电器列表，跳转步骤2)；若检测到存在有功功率下降阶跃P
sd
，则跳转步骤6)以进入功率扣减与电器匹配阶段；
[0012]5)遍历连续多状态列表，若有功功率上升阶跃时刻t
su
处于折线段构成的时间序列中，则可判定变频空调启动，将三元组<变频空调启动,t
su
>加入已启动电器列表，并将三元组<变频空调启动,t
su
>加入功率扣减列表，其中为符合阈值要求的第i段近似折线结束端点时刻的有功功率；否则，判定为其他电器启动，将三元组〈其他电器启动,t
su
>加入已启动电器列表，跳转步骤2)；
[0013]6)遍历已启动电器列表，若有功功率下降阶跃P
sd
与阶跃后有功功率形成匹配，则判定对应电器关闭，输出运行功率P
O
＝P
su
(t
sd-t
su
)，并从已启动电器列表中删除该电器；若没有形成匹配，则更新功率扣减列表对应变频空调启动的末尾项<变频空调启动,t
su
>中若更新后对应变频空调启动项的则判定变频空调关闭，综合已启动电器列表、阶跃列表、连续多状态列表计算输出运行功率P
O
，并从列表中删除变频空调；否则，跳转步骤2)。
[0014]可选地，步骤2)中的指定长度为电流序列I(t)与电压序列U(t)的采样频率的0.1倍。
[0015]可选地，步骤2)中计算实时有功功率序列P(t)的函数表达式为：
[0016][0017]上式中，k为谐波次数，P
k
(t)为k次谐波的有功功率，U
k
(t)、I
k
(t)分别为经快速傅里叶变换处理后基波和各次谐波电压、电流的幅值，为电压与电流的相位差；
[0018]步骤2)中计算实时无功功率序列Q(t)的函数表达式为：
[0019][0020]上式中，k为谐波次数，Q
k
(t)为k次谐波的无功功率，U
k
(t)、I
k
(t)分别为经快速傅里叶变换处理后基波和各次谐波电压、电流的幅值，为电压与电流的相位差。
[0021]可选地，步骤3)中将实时有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分段线性近似算法的变频空调非侵入式辨识方法，其特征在于，包括：1)从用户的供电入口处采样电流序列I(t)与电压序列U(t)；2)对指定长度的电流序列I(t)和电压序列U(t)进行快速傅里叶变换，提取电流、电压对应的频域谐波特征，计算得到实时有功功率序列P(t)、实时无功功率序列Q(t)；3)将实时有功功率序列P(t)对应的非线性曲线转换为若干条折线段组成的分段线性近似曲线，记录其中各条折线段i的起始端点时刻结束端点时刻计算各条折线段i的功率平均值其中i∈{1，...，n}，n为折线段总数，将加入连续多状态列表；将实时有功功率序列P(t)、实时无功功率序列Q(t)进行一阶差分得到差分序列，扫描差分序列中的有功功率阶跃上升、有功功率阶跃下降、无功功率阶跃并计算对应的电气特征量，所述电气特征量包括有功功率上升阶跃P
su
、有功功率上升阶跃出现时刻t
su
、阶跃前有功功率值阶跃后有功功率值有功功率抬升倍率P
r
、无功功率阶跃Q
s
、有功功率下降阶跃P
sd
、有功功率下降阶跃出现时刻t
sd
，并将二元组<P
su
，t
su
>或<P
sd
，t
sd
>加入阶跃列表；4)若检测到存在有功功率上升阶跃P
su
，且在同一时间点处存在有功功率抬升倍率P
r
小于给定阈值P
th
、不存在无功功率阶跃Q
s
，则跳转步骤5)以进入变频空调判定阶段；否则，判定为其他电器启动，将该其他电器对应的三元组<其他电器启动，t
su
>加入已启动电器列表，跳转步骤2)；若检测到存在有功功率下降阶跃P
sd
，则跳转步骤6)以进入功率扣减与电器匹配阶段；5)遍历连续多状态列表，若有功功率上升阶跃时刻t
su
处于折线段构成的时间序列中，则可判定变频空调启动，将三元组<变频空调启动，t
su
>加入已启动电器列表，并将三元组<变频空调启动，t
su
>加入功率扣减列表，其中为符合阈值要求的第i段近似折线结束端点时刻的有功功率；否则，判定为其他电器启动，将该其他电器对应的三元组<其他电器启动，t
su
>加入已启动电器列表，跳转步骤2)；6)遍历已启动电器列表，若有功功率下降阶跃P
sd
与阶跃后有功功率形成匹配，则判定对应电器关闭，输出运行功率P
O
＝P
su
(t
sd-t
su
)，并从已启动电器列表中删除该电器；若没有形成匹配，则更新功率扣减列表对应变频空调启动的末尾项<变频空调启动，t
su
>中若更新后对应变频空调启动项的在指定大小范围以内，则判定变频空调关闭，综合已启动电器列表、阶跃列表、连续多状态列表计算输出运行功率P
O
，并从列表中删除变频空调；否则，跳转步骤2)。2.根据权利要求1所述的基于分段线性近似算法的变频空调非侵入式辨识方法，其特征在于，步骤2)中的指定长度为电流序列I(t)与电压序列U(t)的采样频率的0.1倍。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈卓，陈骏星溆，徐先勇，田建伟，程浩军，
申请(专利权)人：国网湖南省电力有限公司电力科学研究院国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：