【技术实现步骤摘要】
一种基于PLC通信的非侵入式负载识别安全用电插座
[0001]本专利技术涉及安全用电插座
，具体为一种基于PLC通信的非侵入式负载识别安全用电插座。
技术介绍
[0002]智能安全插座，是一种全新理念的安全插座。科技在不断进步，也在不断的用于人们的日常生活。如今安全用电插座很常见，安全用电插座还可以远程遥控家电，也加上了防短路、防过载、防漏电的功能。除此之外，安全用电插座可以自由控制开关，可很好的解决频繁插拔电气的麻烦。
[0003]当前安全用电插座具有如下特点：
[0004]第一，安全用电插座与传统插座功能一样，可以充当家用电器、移动数码设备的充电器，它具有标准家电的5V/1A接口和USB接口，两种接口可以通过开关分开控制。安全用电插座设定有充电保护功能，当设备充满之后将自动断电。
[0005]第二，安全用电插座可以为家电设定定时开关。
[0006]第三，安全用电插座可以通过微信等手机应用程序来远程遥控插座的开关。
[0007]第四，安全用电插座内置传感器，可以监控环境内的光线、温度、湿度、家庭用电量等数据。
[0008]综上所述，当前的安全用电插座主要具备多输出接口、远程遥控、自动定时、电能计量等功能。不具备安全用电的电指纹特征的分析和识别和故障电弧监测，不能精确的对用户侧用电安全进行风险预判和行为感知。
技术实现思路
[0009]本专利技术的目的在于提供一种基于PLC通信的非侵入式负载识别安全用电插座，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。>[0010]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于PLC通信的非侵入式负载识别安全用电插座，所述插座包括控制模块，所述控制模块设有输入接口和输出接口，所述输出接口连有若干插口，所述控制模块包括中央处理单元、信号采集与处理单元、通信单元、继电器单元；
[0011]所述信号采集与处理单元用于采集接入到插座的交流线路中的电参数，并将电参数转换为信号数据，所述信号数据包含火线电压、火线电流、零线电流；
[0012]所述中央处理单元用于读取信号数据，并将信号数据转换为特征数据，并进行负载的安全识别，以判断插座外接电气类型是否是合法安全，若不是合法安全的电气类型，中央处理单元控制继电器单元断开；
[0013]所述通讯单元用于：连接中央处理单元(插座)和外界设备(网关)，将中央控制单元处理后的安全识别结果发送给外界设备。
[0014]所述信号采集与处理单元包括包含信号耦合模块、三路模拟数字转换模块、数字
信号处理模块；三路所述模拟数字转换模块包括相线电压模数转换模块、相线电流模数转换模块、零线电流模数转换模块；所述相线电压模数转换模块用于火线电压模拟数字的转换；所述相线电流模数转换模块用于火线电流模数的转换；零线电流模数转换模块用于零线电流模数的转换。
[0015]所述中央处理单元进行负载的安全识别，其过程包括如下步骤：
[0016]步骤1：对数字化的火线电压、火线电流、零线电流进行归一化、滤波、时域转换、频域转换，获得负载特征；
[0017]步骤2：检测投切事件，若发生投切事件，进入步骤3；
[0018]步骤3：对接入到的负载进行一级特征识别，识别出负载的线性或非线性；
[0019]步骤4：基于一级特征识别的结果，进行二级特征识别，识别出负载的电气类型；
[0020]步骤5：基于二级特征识别的结果，进行三级特征识别，识别负载的安全性，若识别出负载存在安全风险，中央处理单元控制继电器单元进行断开。
[0021]对应于步骤1：所述归一化包括将采样的电压归一化在
‑
1～1V之间，将采样的电流信号归一化在
‑
1～1A之间；所述滤波采用高通滤波器，将低频的噪声滤除，降低噪声对信号特征的干扰；所述时域转换采用的方法为：直接通过ADC采样时域电信号，提取时域特征；所述频域转换采用的方法为：通过FFT变换，将时域的信号转换为频域信号，提取频域特征。
[0022]对应于步骤2：检测投切事件，其过程包括如下步骤：
[0023]从实时采集的电流电压数据中，P
k
缓存10
‑
20周期电流i
k
，电压数据v
k
，并计算每个周期的功率，用于后续分析，以电压过零增加点作为每个周期的开始；
[0024]进行投切事件检测，对比前后两个周期的功率差值，如果功率差额大于阈值
[0025]P
current
‑
P
previous
＞P
threshold
，则认为当前周期有投切事件发生。
[0026]对应于步骤3：所述中央处理单元进行负载的一级特征识别，其过程包括如下步骤：
[0027]收集投切事件前后5个周期数据用于负载的一级特征识别，将投切事件发生后5个周期中每个周期的电流数据减去事件前第4个周期的电流数据作为，当前投切负载的电流数据i
m，k
，其中，i
m，k
表示为第m个周期的第k个电流值，当前投切负载的电压数据依然为原始电压数据v
m，k
，计算峰值因数F
cf
＝i
max
/i
eff
，，即电流峰值(i
max
＝max(i
k
))和电流有效值的比值，如果峰值因数大于阈值F
cf_th
则认为当前负载为非线性负载，否则为线性负载。
[0028]对应于步骤4：所述中央处理单元进行负载的二级特征识别，其过程包括如下步骤：
[0029]对于线性负载，使用电流最大值和方差，功率最大值和方差，有功功率和无公功率的最大值，V
‑
I曲线的长度，积和上下不对称度作为负载特征，对于非线性负载，在线性负载特征的基础上，增加电流的傅里叶变换的频域特征作为负载特征；
[0030]将负载特征与对应的类别特征库中的特征比较，用类别特征库中距离负载特征最小的负载类别，作为当前待识别负载的类别：其中类别特征库中的每个特征的标记为负载类别，
[0031][0032]对应于步骤5：所述中央处理单元进行负载的三级特征识别，其过程包括如下步骤：
[0033]基于二级特征识别的结果，对识别出的电气类型的负载的电流进行小波变换提取时频域特征，进行安全性特征的提取；
[0034]根据所述安全性特征搜索安全性特征库，计算安全性特征库中每个特征与当前安全性特征的距离，用距离最小的特征的安全性，确定当前负载是否是安全负载了，并返回负载的特征类别和是否是安全电器，若不是安全电器，继电器断开。
[0035]所述中央处理单元还预设有非线性类别特征库、线性类别特征库以及安全性特征库，其中，安全性特征库包含若干个安全电器特征。
[0036]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0037]本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于PLC通信的非侵入式负载识别安全用电插座，所述插座包括控制模块，所述控制模块设有输入接口和输出接口，所述输出接口连有若干插口，其特征在于，所述控制模块包括中央处理单元、信号采集与处理单元、通信单元、继电器单元；所述信号采集与处理单元用于采集接入到插座的交流线路中的电参数，并将电参数转换为信号数据，所述信号数据包含数字化的火线电压、火线电流、零线电流；所述中央处理单元用于读取信号数据，并将信号数据转换为特征数据，并进行负载的安全识别，以判断插座外接电气类型是否是合法安全，若不是合法安全的电气类型，中央处理单元控制继电器单元断开；所述通讯单元用于：连接中央处理单元和外界设备，将中央控制单元处理后的安全识别结果发送给外界设备。2.一种基于PLC通信的非侵入式负载识别安全用电插座，其特征在于，所述信号采集与处理单元包括包含信号耦合模块、三路模拟数字转换模块、数字信号处理模块；三路所述模拟数字转换模块包括相线电压模数转换模块、相线电流模数转换模块、零线电流模数转换模块；所述相线电压模数转换模块用于火线电压模拟数字的转换；所述相线电流模数转换模块用于火线电流模数的转换；零线电流模数转换模块用于零线电流模数的转换。3.一种基于PLC通信的非侵入式负载识别安全用电插座，其特征在于：所述中央处理单元进行负载的安全识别，其过程包括如下步骤：步骤1：对数字化的火线电压、火线电流、零线电流进行归一化、滤波、时域转换、频域转换，获得负载特征；步骤2：检测投切事件，若发生投切事件，进入步骤3；步骤3：对接入到的负载进行一级特征识别，识别出负载的线性或非线性；步骤4：基于一级特征识别的结果，进行二级特征识别，识别出负载的电气类型；步骤5：基于二级特征识别的结果，进行三级特征识别，识别负载的安全性，若识别出负载存在安全风险，中央处理单元控制继电器单元进行断开。4.根据权利要求3要求一种基于PLC通信的非侵入式负载识别安全用电插座，其特征在于：对应于步骤1：所述归一化包括将采样的电压归一化在
‑
1～1V之间，将采样的电流信号归一化在
‑
1～1A之间；所述滤波采用高通滤波器，将低频的噪声滤除，降低噪声对信号特征的干扰；所述时域转换采用的方法为：直接通过ADC采样时域电信号，提取时域特征；所述频域转换采用的方法为：通过FFT变换，将时域的信号转换为频域信号，提取频域特征。5.根据权利要求3要求一种基于PLC通信的非侵入式负载识别安全用电插座，其特征在于：对应于步骤2：检测投切事件，其过程包括如下步骤：从实时采集的电流电压数据中，P
k
缓存10
‑
20周期电流i
k
，电压数据v
k
，并计算每个周期的功率，用于后续分析，...
【专利技术属性】
技术研发人员：李平奇，张存，赖桑榆，李昭强，
申请(专利权)人：佛山市安能极科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。