电器识别方法及应用该方法的家庭用户碳排放计量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电器识别方法，其核心处在于依据电流特征参数值的匹配结果进行电器识别。本发明专利技术还提供了应用上述方法的家庭用户碳排放计量系统，包括：母线电压采样模块分别连接相位检测模块、信号调理模块及幅值检测模块的输入端；母线电流检测模块连接信号调理模块的输入端；相位检测模块、信号调理模块、幅值检测模块的输出端连接电器识别模块的输入端，电器识别模块的输出端连接碳计量模块。本发明专利技术在准确识别电器的基础上计量碳排放，帮助人们树立节能减排和低碳消费的意识，改正不正确的用电习惯。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种家庭电力负载识别和碳排放监测计量系统，特别涉及一种电器识别方法及应用该方法的家庭用户碳排放计量系统。
技术介绍
随着电子技术的发展，以单片机为核心的多功能电能表已逐渐普及，这一类电能表具有较高的测量精度和运算速度，采用数码管或者液晶显示屏进行显示，能够对各月电能的消耗进行记录，保存电能的最大需求量，设置参数等。但这仅仅局限于计量用户全部用电器的电能消耗，并不能精确到每个用电器。并且这一类电表在测量方法上是仅根据电网的电压电流的幅值进行电能的计量和统计，因而功能比较单一。上述电表网络的通信能力很差或者根本不具备网络通信能力，难以实现同网络上位机的通信和数据同步。现有的用电器识别技术仅能在用户有大功率的用电器加载时进行控制继电器断电处理(专利号200620127335.0具有用电器识别功能的电子式电能表)；另一项专利(专利号 201010250565. 7 一种利用智能电网调控用户碳排放量的方法)提出了一种识别用户电源成分是来自于污染性质电源还是清洁性质电源，并分析能耗和碳排放量，现有的技术中并没有实现单个用电器识别的功能。如果要检测每个用电器的用电量，现行的通用方法是在每个家用电器的电源入口安装电压、电流传感器，再根据收集到的数据进行电量测量。这样虽然能够达到相应的目的，但是价格偏高，安装复杂，可行性较差。在目前的情况下，家庭用户缺乏节能减排和低碳消费的意识，很少或根本没有考虑一些用电器在使用过程中产生的附加碳排放量，这样就可能导致了过度的碳排放。由于整个社会低碳消费意识的低下再加上某些方面的误导，会致使其不自觉地沿用一些不合理的生活方式，在无意识中破坏了整个环境的建设。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种电器识别方法，能够准确识别出正在使用的电器。本专利技术的另一目的在于提供应用上述方法的家庭用户碳排放计量系统，首先识别出正在使用的电器，并计量该电器的能耗和碳排放量，整个系统安装方便、结构简单。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种电器识别方法及应用该方法的家庭用户碳排放计量系统包括母线电压采样模块，母线电流检测模块，相位检测模块，信号调理模块，幅值检测模块，电源模块，人机交互模块，电器识别模块，碳计量模块。母线电压采样模块是通过电压传感器(电压传感器可以是电压互感器、电压霍尔传感器等)，母线电流检测模块是通过电流传感器(电流传感器可以是电流互感器、电流霍尔传感器、分流器等)将电网侧的高电压大电流转换成电压信号，传送给相位检测模块、信号调理模块和幅值检测模块，并实现电气间的隔离。相位检测模块包括缓冲器和迟滞比较器，检测信号的过零点，为采样和特征参数的提取提供时间基准；信号调理模块包括缓冲电路，信号增益/衰减部分，信号叠加部分和抗混叠滤波器，将采样信号调理到合适的范围；幅值检测模块包括缓冲器和峰值保持部分， 检测信号的最大值。电源模块采用交流/直流开关变换器为整个系统提供电能，相对于线性变换器工作效率高。电器识别模块与相位检测模块，信号调理模块，幅值检测模块和人机交互模块相连，并通过串口通信与碳计量模块相连，通过对电流电压数据的分析和计算，根据用电器的特征参数进行模糊辨别，实现了家庭用户正在使用的用电器的识别，并能记录每个用电器的用电量，而且实现超功率处理和用电器的功率限制。串口通讯采用网络寻址模式，实现单串口与电脑、碳计量模块的通信。上述电器识别模块所检测的用电器的特征参数包含电流峰值、电流均值、电流有效值、电流基波、电流谐波幅值、电流谐波相位、用电器视在功率、有功功率、用电器耗电曲线、电流谐波长度等。上述电器识别模块所采用的电器识别方法是一种基于分数的模糊识别算法。根据用电器的特征参数与数据库中对应参数的匹配程度得到相应的分值，分值与及格分值比较决定识别结果。上述特征数据库存有家庭所有类型用电器的特征信息，特征数据库能够根据家庭用电器的变化实时动态变化。上述特征数据的动态变化指根据各家庭用电器情况实时更新数据库中用电器特征参数分值及当检测到新用电器时载入新用电器数据。人机交互模块1包含的液晶控制器能实现触摸液晶屏的界面显示内容、触摸感应处理及与用电器识别主控制器的通讯。液晶的界面显示内容包含家庭的总用电器能耗的统计，家庭实时使用的用电器及家庭单个用电器的详细统计。碳计量模块采用串口通讯方式与电器识别模块和人机交互模块2相连，并配有互联网通信接口。根据一定的折算标准将用电器的功耗折算成相应的碳值，实现对抽象的碳排放过程进行量化，监控核算家庭能源消费。通过人机交互模块2包含的触摸液晶显示器， 以图形的方式呈现当前碳排放统计的结果，以表格的信息给出有用的信息。具核算监控，个人查询，智能建议三个功能，能够分析家庭消耗碳量的方向，并提出合理化建议。本专利技术的技术效果体现在采用非侵入式监测方法，无需在每个用电器供电入口检测装置，而只是在用户的电线总进入端安装电压和电流传感器，实时采集电压、电流数据，用软件进行分析，以确定各个家用电器的用电量，投入较低，而且监测装置可以不间断地捕捉电力负荷每一时刻变化的信息。根据用电器的特征参数进行模糊识别，实现了家庭用户正在使用的用电器的识别，并记录每个用电器的用电量，而且能实现超功率处理和用电器的功率限制。同时把数据传送给碳计量模块，根据一定的换算标准，把用电器的消耗转换成相应的碳值进行记录和处理，有助于人们树立节能减排和低碳消费的意识，改正不正确的用电习惯，为环境做出自己的一份贡献。附图说明5图1是本专利技术的整体结构原理图。图2是本专利技术的一个实例的母线电流检测模块及信号调理模块电路图。图3是本专利技术的一个实例的母线电压采样模块、相位检测模块、信号调理模块、幅值检测模块电路图。图4是本专利技术的一个实例的电源模块电路图。图5是本专利技术的一个实例的电器识别模块的处理器(MCU)电路图。图6是本专利技术的一个实例的电器识别的软件流程图。图7是本专利技术的一个实例的模糊化打分原理基于误差语言变量关系打分方法的示意图。图8是本专利技术的一个实例的电器识别方法流程图。 具体实施例方式下面结合附图给出一个实施例如图1所示，一种电器识别方法及应用该方法的家庭用户碳排放计量系统包括母线电压采样模块，母线电流检测模块，相位检测模块，信号调理模块，幅值检测模块，电源模块，人机交互模块1和2，电器识别模块，碳计量模块。母线电压采样模块是通过电压传感器(电压传感器可以是电压互感器、电压霍尔传感器等)，母线电流检测模块是通过电流传感器(电流传感器可以是电流互感器、电流霍尔传感器、分流器等)将电网侧的高电压大电流转换成低电压小电流，传送给相位检测模块、信号调理模块和幅值检测模块，并实现电气间的隔离。如图2所示，本实例电流传感器采用电流闭环霍尔传感器CSM010SY，原边电流测量范围为-20A — 20A,副边额定输出电压为4V，线性度小于0. 1 %，精度小于0. 7 %。后级为增益/衰减两路调理电路，采用具有超低偏移、低输入偏置电流、低失调电压漂移、超稳定的运放op07，保证输出信号精度最优，将母线上的大电流转换成电压信号送给电器识别模块。如图3所示，本实例电压传感器采用电压互感器TVA1421-01，额定电流为 6mA/6mA，非线性度小于0. 2%。经过缓冲器、迟滞过零比较器、幅值检测器后以及本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．电器识别方法，具体为：（１）从家庭住宅电线进户端的电流提取当前电流特征参数值，所述电流特征参数值包括用电器有功功率；（２）判断当前功率与前一检测时刻的功率是否有变化，若功率不变，则前一次检测时刻的识别结果即为当前识别结果，结束；若功率增大，则表明有新的电器被使用，进入步骤（３）；若功率减小，则表明有用电器停止使用，进入步骤（６）；（３）将当前电流特征参数值与前一检测时刻的电流特征参数值作差，得到新增加电器电流特征参数值；（４）将新增加电器电流特征参数值分别与每一个可能使用的电器的基准电流特征参数值进行匹配，若最优匹配结果满足最低匹配成功要求，则最优匹配结果对应的电器即为新增加的电器，前一检测时刻识别的电器加入新使用的电器作为当前识别结果，结束；否则，对各可能使用的电器进行组合，对各组合中的电器的基准电流特征参数值作和，进入步骤（５）；（５）将新增加电器电流特征参数值分别与各组合的基准电流特征参数值之和进行匹配，若最优匹配结果满足最低匹配成功要求，则最优匹配结果对应的电器组合即为新使用的电器，前一检测时刻识别的电器加入新使用的电器作为当前识别结果，结束；否则，识别失败，结束；（６）将当前电流特征参数值与前一检测时刻的电流特征参数值作差，得到停止使用电器电流特征参数值；（７）将停止使用电器电流特征参数值分别与每一个可能使用的电器的基准电流特征参数值进行匹配，若最优匹配结果满足最低匹配成功要求，则最优匹配结果对应的电器即为停止使用的电器，前一检测时刻识别的电器去除停止使用的电器作为当前识别结果，结束；否则，对各可能使用的电器进行组合，对各组合中的电器的基准电流特征参数值作和，进入步骤（８）；（８）将停止使用电器电流特征参数值分别与各组合的基准电流特征参数值之和进行匹配，若最优匹配结果满足最低匹配成功要求，则最优匹配结果对应的电器组合即为停止使用的电器，前一检测时刻识别的电器去除停止使用的电器作为当前识别结果，结束。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：熊春，李鑫，朱石超，程振，尹仕，李江晨，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83