本发明专利技术公开了一种非侵入式电力负荷监测与分解的电流模式匹配方法，在建立负荷特征数据库的基础上，包括用电器登记和负荷状态字空间初始化，数据采集与预处理，基于查表的可行状态字空间搜索，电流模式（电流谐波特征）最优匹配和监测结果输出。由于本方法仅依靠电器正常工作时固有的稳态电流模式的统计特性和稳态有功功率、无功功率，从而通用性很强。解决了现有技术中存在的如果不同电器监测的电流波形相似程度较大，总功率分解精度就会下降的问题，提高了分解精度，而且可以准确辨识电器的不同工作状态；同时，由于本方法利用查表法而不是优化算法完成监测，降低了对监测系统中微处理器计算性能的要求，可有效降低成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及智能电网的高级量测体系，具体讲，涉及一种电力系统中居民用电监测方法。
技术介绍
目前，随着经济社会的快速发展，由于电力系统在供电可靠性、电能质量、低碳节能等方面都面临着前所未有的严格约束，传统电网正向智能电网转型，参见余贻鑫，栾文鹏，面向 21 世纪的智能电网.. http://news, sciencenet. cn. 2010-09-05.;其中，高级量测体系是实践电网智能化的至关重要的第一步，它承担着整个电网多方面电气信息的量测、收集、储存和分析的底层任务，是智能电网中其他(上层)功能得以实现的基础，如电网故障定位与自愈恢复、需求侧管理和负载实时均衡、电压稳定性控制、准确的负荷预测与建模，实时电力系统仿真分析等。电网负荷用电监测与分析是高级量测体系中最重要的部分之一，其中，居民用电监测的意义在于一方面，使用户了解电能消耗细节，有助于促使其优化用电习惯，最终削减电费支出；另一方面，由于民用负荷的可控性较强，如电热水器、空调等“储能型”负荷和洗衣机、电热水壶等“延迟性”负荷都具有与电网友好合作的潜力，凭借用电监测，用户可以有依据地响应电网需求，帮助实现“削峰填谷”等需求侧管理功能，使电网受益。传统的居民用电监测是为每个电器配备一个传感器来跟踪其用电状态(用电功率)和工作状态(如空调有制冷和制热两种用电功率不同的工作状态)，属于“侵入式”监测。然而大量带有数字通讯的传感器的安装、调试及维护开销较大，而且传感器过多会降低监测系统和用电器的可靠性。George Hart在G. W. Hart. Nonintrusive applianceloadmonitoring. Proceedings of IEEE, 1992, 80 (12) : 1870-1891 中最早正式提出了非侵入式的电力负荷监测系统(Non-1ntrusive Load Monitoring System),基本原理可总结如图1。图中虚线框内为系统的主要功能模块，数据采集模块负责采集供电电源入口处的电压和总电流，数据预处理模块负责电压、电流波形滤波，去噪及为实现负荷电气特征提取所做的其他操作，如电压、电流谐波分析，电流相位校正等，负荷电气特征提取模块负责从实测负荷端电压和总电流中提取监测方法所需的负荷特征，如稳态有功和无功功率、暂态电流峰值、暂态电流有效值等，这是影响监测性能的关键，最后利用有效的监测方法完成总负荷的组成分析和内部电器状态的辨识，并完成监测系统的维护和管理等相关功能；此外，图中还列举了系统可以具有的拓展功能，如交互操作、控制命令输入与输出及系统报告等。非侵入式电力负荷监测方案通过分析用户电源入口处的电压和总电流来确定户内每个电器的用电状态。这样既可降低监测成本和简化操作，又可提高监测系统的可靠性，不仅简化了电力公司对负荷用电细节数据的收集工作，而且可以简单便捷地指导用户优化用电。现有的一些技术中把启动、停机等负荷工作状态的变动统称为负荷事件，利用与其相关的稳态特征(如稳态功率阶跃，参见(I) G. W. Hart. Nonintrusiveappliance loadmonitoring · Proceedings of IEEE, 1992,80 (12) :1870-1891 ；(2) H.Pihala. Non-1ntrusive appliance loadmonitoring system based on amodern kWh-meter. Technical Research Center of Finland, ESPOO,1998 ； (3)Christopher E.Reegj Thomas J.Overbye. Algorithm development forNon-1ntrusiveLoad Monitoring for Verification and Diagnostics.North AmericanPowerSymposium(NAPS), 2010, :1 - 5 ； (4) Bergesj et al. Enhancing electricity auditsin residentialbuildings with nonintrusive load monitoring · Journal ofIndustrial Ecology，2010，14 (5):844-858 ; (5) Ming Dong,et al.An Event WindowBased Load Monitoring Techniquefor Smart Meters .1EEE Transactions onSmart Grid, 2012,3(2) :787-796)或暂态特征(如暂态功率波谱模式，参见(I) StevenB. Leebj James. L. Kirtley. A Multiscale Transient EventDetector for NonintrusiveLoad Monitoring.1nternational Conference on IndustrialElectronicsj Control，and Instrumentation, 1993，1:354-359 ； (2) Steven B. Leebj Steven R. Shaw,James L.Kirtley. Transient event detection in spectral envelope estimatesfor nonintrusive loadmonitoring.1EEE Transactions on Power Delivery,1995，10 (3):1200-1210· ； (3)S. R. Shaw, et al. Nonintrusive Load Monitoring andDiagnostics in Power Systems.1EEE Transactions onlnstrumentation and Measurement, 2008，57 (7) : 1445-1454)来判断检测到的负荷事件是源自总负荷内部的哪个电器，据此实现非侵入式负荷监测。其中，Christopher E. Reegj Thomas J. Overbye.Algorithm development for Non-1ntrusive Load Monitoring for VerificationandDiagnostics.North American Power Symposium (NAPS),2010, :1 - 5在 G.W.Hart. Nonintrusive appliance loadmonitoring. Proceedings ofIEEE, 1992,80(12) :1870-1891的基础上通过考虑电器的典型工作时段这一时间特征改善了监测性會泛。Ming Dong, et al. An Event Window Based Load Monitoring Techniquefor Smart Meters .1EEE Transaction本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种非侵入式电力负荷监测与分解的电流模式匹配方法，其特征在于：建立一负荷特征数据库，该数据库中存储有以下负荷特征信息：（1）在基波参考电压Uref下不同电器的用电状态和工作状态，（2）不同电器的每种工作状态的稳态电流谐波参数；并包括下述步骤：用电器登记与负荷状态字空间初始化步骤：1）确定总负荷内的所含电器设备，并从负荷特征数据库中获取负荷内每个电器的负荷特征信息，从而完成用电器登记；2）统计负荷所有可能的工作状态，并存储在一有序线性表[state]中，从而完成状态字空间ΩSW的初始化；数据采集与数据预处理步骤：包括采集负荷端电压和稳态用电总电流，以及对采集到的电压和总电流进行信号去噪和谐波分析，从而得出：实测基波有功总功率Pl1(t)=U1I1cos(θl1)---(6)实测基波无功总功率Ql1(t)=U1I1sin(θl1)---(7)实测单元总电流模式Il(Pl1(t),Ql1(t))=(1·∠θl1,...,αlh·∠θlh,...,αlH·∠θlH)T---(15)公式（6）和公式（7）中：U1表示实测负荷端电压u(t)的基波有效值，I1表示实测负荷总电流il(t)的基波有效值，θi1表示il(t)的基波相对于负荷端电压基波相位角的初相位角，公式（15）中：αlh表示电流il(t)的第h次谐波幅值以该电流基波幅值为基值时的标幺值，故αl1=1，θlh表示电流il(t)的第h次谐波相对于负荷端电压基波相位角的初相位角；基于查表的可行状态字空间搜索步骤：对有序线性表[state]进行搜索，在状态字空间ΩSW中，根据实测负荷基波有功总功率和实测负荷基波无功总功率对负荷工作状态完成初选，最终得到满足基波总功率约束的可行状态字空间其中，Z表示整型数空间；电流模式最优匹配步骤：确定电流模式最优匹配的目标函数如下：min∀SWk∈Ωsw(Pl1(t),Ql1(t))||Il(Pl1(t),Ql1(t))-I^l(SWk,U1)||2---(16)公式（16）中：||·||表示L2范数；在上述可行状态字空间内，寻找一个使电流模式最优匹配的目标函数有最小值的状态字向量SWmin(t)作为对负荷当前工作状态的最优估值，实现电器工作状态辨识，并将与SWmin(t)一一地对应着的作为负荷当前用电状态的最优估值向量，至此实现了负荷基波总功率分解；监测与分解结果的显示输出步骤：最后，显示输出负荷内部每个电器的用电功率和所处工作状态。FDA00002419426000011.jpg,FDA00002419426000013.jpg,FDA00002419426000015.jpg,FDA00002419426000017.jpg,FDA00002419426000018.jpg,FDA00002419426000019.jpg,FDA00002419426000021.jpg,FDA00002419426000022.jpg...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：余贻鑫，刘博，王兵，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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