本发明公开了安全用电及节能技术领域中的一种恶性负载识别器及识别方法，该识别器包括MCU及与其连接的电能计量模块、存储模块、AD采样模块、通信模块、继电器控制与检测模块，各模块分别实现数据采集和处理、计量用电、存储数据、波形采样、数据通信、控制状态等作用；该方法包括开始、采样、过功率阈值判断、波形数据采样、波形分离、相位差分析、波形相似分析、电导值处理、正弦波判断及恶性负载处理等步骤。本发明针对现有的技术对恶性负载的识别精度不高，且不能识别一些特殊的恶性负载设备的缺陷，其识别精度高，降低了误判几率，同时可识别特殊的恶性负载设备。
1.恶性负载识别器的识别方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、开始，进行数据的初始化；
步骤3、过功率阀值判断，在负载启动前波形数据采样的过程中，判断阶跃功率是否大于用户所设置的阀值，如若成立，将停止负载启动前波形数据的采样，并进行到下一步，若不成立，则重新返回步骤2；
步骤5、波形分离，待负载启动后波形数据采样完成，利用负载启动前后的电流波形数据进行相减得到电流的差值波形，从而完成波形分离；
步骤6、相位差分析，将电流的差值波形与电压波形进行比较，判断是否存在相位差，若没有相位差则直接进行下一步，若有相位差，则进行相位差处理，使其相位差为零，再进行下一步；
步骤7、波形相似分析，将电压波形数据与电流差值波形数据，进行波形相似分析，当相似度在固定范围内时，认为加入的负载为恶性负载，将直接进入到恶性负载处理，否则进入到下一步；
步骤8、电导值处理，在电压波形与电流差值波形不相似时，进行电导值处理；
步骤9、被截断正弦波判断，经过电导值的处理，若结果中出现一段连续时间点内的电导值趋近为0，而另一段连续时间点内的电导值趋近于相等，则认为电流的差值波形是一个部分被截断的正弦波，将直接进入到恶性负载处理步骤，反之则重新采样波形数据，等待下一次功率变化；
步骤10、恶性负载处理，当检测到恶性负载接入电网后，根据用户设置进行识别器报警或者跳闸，然后重新采样波形数据，等待下一次功率变化。
2.根据权利要求1所述的恶性负载识别器的识别方法，其特征在于，所述步骤2包括电压和电流波形的采样。
3.根据权利要求1所述的恶性负载识别器的识别方法，其特征在于，在所述步骤8中，将电压波形数据与电流差值波形数据进行按点相除运算，得到电导值Rn。
4.根据权利要求1所述的恶性负载识别器的识别方法，其特征在于，恶性负载识别器包括MCU、电能计量模块、存储模块、AD采样模块、通信模块以及继电器控制与检测模块，所述电能计量模块、所述通信模块、所述存储模块、所述AD采样模块以及所述继电器控制与检测模块与所述MCU连接；
所述MCU对各模块进行控制，并对数据进行采集与处理；
所述电能计量模块对电力数据进行采集，并计量用电量；
所述存储模块存储当前用电数据、波形采样数据以及用户设置的参数；
所述通信模块通过有线或无线方式与采集器连接，完成服务器与识别器的通信；
所述继电器控制与检测模块实时检测继电器当前真实状态，并控制继电器的跳闸与合闸。
5.根据权利要求4所述的恶性负载识别器的识别方法，其特征在于，所述通信模块通过RS-485进行有线通信。
6.根据权利要求4所述的恶性负载识别器的识别方法，其特征在于，所述通信模块通过zigbee通信模块、4G通信模块或470通信模块进行无线通信。
7.根据权利要求4所述的恶性负载识别器的识别方法，其特征在于，还包括液晶显示模块，所述液晶显示模块与所述MCU连接，所述液晶显示模块显示当前的电力参数、用电量以及当前识别器的故障状态。
恶性负载识别器及识别方法
技术领域
[0001] 本发明涉及安全用电及节能技术领域，具体的说，是涉及一种恶性负载识别器及识别方法。
背景技术
[0002] 近年来，随着高校规模的不断扩大，学生人数急剧上升，许多高校都实行后勤管理社会化，与此同时，关于高校学生公寓火灾事故的报道也日益增多。据相关数据表明，这类火灾大部分是由于学生违章使用热得快、电炉子等大功率阻性负载造成的。为杜绝此类事故的发生，在确保学生正常用电的前提下，限制大功率阻性负载的使用，保障学生用电的安全性是亟待解决的问题，因此对恶性负载识别的研究具有重大的意义。
[0003] 目前市场上的负载识别器有3种：
[0004] (1)功率识别控制器：此类识别器以功率为识别参数，超过系统设定的功率阈值时，系统自动跳闸。
[0005] (2)模拟技术的恶性负载识别器：该产品的优点是成本较低，效果明显，对一般的大功率阻性电热负载基本都能识别，基本解决了学生宿舍的安全用电问题。
[0006] (3)数字技术的恶性负载识别器：采用单片机技术，判断负载对有功功率、无功功率、视在功率的影响（即对功率因数的影响），进行恶性负载的识别。
[0007] 但是上述三种负载识别器的识别精度不高，且不能识别一些特殊的恶性负载设备，例如电流曲线为被截断的正弦波设备，电流曲线为正弦波、且有相位差的设备等。
发明内容
[0008] 为了克服现有的技术的不足，本发明提供一种恶性负载识别器及识别方法。
[0009] 本发明技术方案如下所述：
[0010] 一方面，一种恶性负载识别器，其特征在于，包括MCU、电能计量模块、存储模块、AD采样模块、通信模块以及继电器控制与检测模块，所述电能计量模块、所述通信模块、所述存储模块、所述AD采样模块以及所述继电器控制与检测模块与所述MCU连接；
[0011] 所述MCU对各模块进行控制，并对数据进行采集与处理；
[0012] 所述电能计量模块对电力数据进行采集，并计量用电量；
[0013] 所述存储模块存储当前用电数据、波形采样数据以及用户设置的参数；
[0014] 所述AD采样模块进行电压、电流波形的采样；
[0015] 所述通信模块通过有线或无线方式与采集器连接，完成服务器与识别器的通信；
[0016] 所述继电器控制与检测模块实时检测继电器当前真实状态，并控制继电器的跳闸与合闸。
[0017] 根据上述方案的本发明，其特征在于，所述通信模块通过RS-485进行有线通信。
[0018] 根据上述方案的本发明，其特征在于，所述通信模块通过zigbee通信模块、4G通信模块或470通信模块进行无线通信。
[0019] 根据上述方案的本发明，其特征在于，还包括液晶显示模块，所述液晶显示模块与所述MCU连接，所述液晶显示模块显示当前的电力参数、用电量以及当前识别器的故障状态。
[0020] 另一方面，一种恶性负载识别器的识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0021] 步骤1、开始，进行数据的初始化；
[0022] 步骤2、负载启动前波形数据采样；
[0023] 步骤3、过功率阀值判断，在负载启动前波形数据采样的过程中，判断阶跃功率是否大于用户所设置的阀值，如若成立，将停止负载启动前波形数据的采样，并进行到下一步，若不成立，则重新返回步骤2；
[0024] 步骤4、负载启动后波形数据采样；
[0025] 步骤5、波形分离；
[0026] 步骤6、相位差分析，将电流的差值波形与电压波形进行比较，判断是否存在相位差，若没有相位差则直接进行下一步，若有相位差，则进行相位差处理，使其相位差为零，再进行下一步；
[0027] 步骤7、波形相似分析，将电压波形数据与电流差值波形数据，进行波形相似分析，当相似度在固定范围内时，认为加入的负载为恶性负载，将直接进入到恶性负载处理，否则进入到下一步；
[0028] 步骤8、电导值处理，在电压波形与电流差值波形不相似时，进行电导值处理；
[0029] 步骤9、被截断正弦波判断，经过电导值的处理，若结果中出现一段连续时间点内的电导值趋近为0，一段连续时间点内的电导值趋近于相等，则认为电流的差值波形是一个部分被截断的正弦波，将直接进入到恶性负载处理步骤，反之则重新采样波形数据，等待下一次功率变化；
[0030] 步骤10、恶性负载处理，当检测到恶性负载接入电网后，根据用户设置进行识别器报警或者跳闸，然后重新采样波形数据，等待下一次功率变化。
[0031] 根据上述方案的本发明，其特征在于，所述步骤2包括电压和电流波形的采样。
[0032] 根据上述方案的本发明，其特征在于，在所述步骤5中，待负载启动后波形数据采样完成，利用负载启动前后的电流波形数据进行相减得到电流的差值波形，从而完成波形分离。
[0033] 根据上述方案的本发明，其特征在于，在所述步骤8中，将电压波形数据与电流差值波形数据进行按点相除运算，得到电导值Rn。
[0034] 根据上述方案的本发明，其有益效果在于，本发明不仅可实现电表基本的计量功能，以及电力参数的监测。还可以满足对恶性负载的识别，其识别精度高，降低了误判几率，同时也可识别针对现有的恶性负载识别技术，而创造的对恶性负载改型的设备（比如可控硅插座）；本发明还支持远程数据抄设，以及远程继电器控制，利用用电管理。
附图说明
[0035] 图1为本发明的结构示意图。
[0036] 图2为本发明的识别流程图。
具体实施方式
[0037] 下面结合附图以及实施方式对本发明进行进一步的描述：
[0038] 如图1所示，恶性负载识别器，包括MCU、电能计量模块、液晶显示模块、存储模块、AD采样模块、通信模块以及继电器控制与检测模块，电能计量模块、液晶显示模块、通信模块、存储模块、AD采样模块以及继电器控制与检测模块与MCU连接。
[0039] 其中：MCU与存储模块、通信模块以及继电器控制与检测模块双向连接，MCU与液晶显示模块单向连接，电能计量模块和AD采样模块与MCU单向连接。
[0040] MCU：
[0041] MCU为核心模块，其对各模块进行控制，并对数据进行采集与处理。
[0042] 电能计量模块：
[0043] 电能计量模块对电力数据（电压、电流、功率等）进行采集，并计量用电量。
[0044] 液晶显示模块：
[0045] 液晶显示模块显示当前的电力参数、用电量以及当前识别器的故障状态。
[0046] 存储模块：
[0047] 存储模块存储当前用电数据、波形采样数据以及用户设置的参数。
[0048] AD采样模块：
[0049] AD采样模块采用三路∑-ΔADC进行电压、电流波形的采样。
[0050] 通信模块：
[0051] 通信模块通过有线或无线方式与采集器连接，完成服务器与识别器的通信，其中有线方式中硬件支持RS-485通讯，无线方式中支持zigbee通信模块、4G通信模块、470通信模块等模块。
[0052] 服务器主要是对恶性负载识别器进行数据的抄设，以及继电器的远程控制；采集器连接恶性负载识别器和远程服务器，起到数据连接作用。
[0053] 继电器控制与检测模块：
[0054] 继电器控制与检测模块控制继电器的跳闸与合闸，同时通过继电器实时检测继电器当前真实状态。
[0055] 如图2所示，一种恶性负载识别器的识别方法，包括以下步骤：
[0056] 1、开始：进行数据的初始化。
[0057] 2、负载启动前波形数据采样：系统启动后，开始采样电压、电流波形数据。
[0058] 3、过功率阀值判断：在负载启动前波形数据采样的过程中，判断阶跃功率是否大于用户所设置的阀值，如若成立，将停止负载启动前波形数据的采样，并进行到下一步，若不成立，则重新返回步骤2。
[0059] 4、负载启动后波形数据采样：阶跃功率大于阀值后，将触发负载启动后波形数据采样。
[0060] 5、波形分离：待负载启动后波形数据采样完成，利用负载启动前后的电流波形数据进行相减得到电流的差值波形，从而完成波形分离。
[0061] 6、相位差分析：将电流的差值波形与电压波形进行比较，判断是否存在相位差，若没有相位差则直接进行下一步，若有相位差，则进行相位差处理，使其相位差为零，再进行下一步。
[0062] 7、波形相似分析：将电压波形数据与电流差值波形数据，进行波形相似分析，当相似度在固定范围内时，认为加入的负载为恶性负载，将直接进入到恶性负载处理，否则进入到下一步。在本实施例中，相似度的固定范围为0.998-1。
[0063] 8、电导值处理：在电压波形与电流差值波形不相似时，进行电导值处理，具体的，将电压波形数据与电流差值波形数据进行按点相除运算(AD电流1/AD电压1。。。。。。AD电流n/AD电压n)，所得结果为R1......Rn。
[0064] 9、被截断正弦波判断：经过电导值的处理，若结果中出现一段连续时间点内RI......RJ(I≥1，J≤n)趋近为0，而另一段连续时间点内的RK......RM(K≥1，M≤n)趋近于相等，则认为电流的差值波形是一个部分被截断的正弦波，将直接进入到恶性负载处理步骤，反之则重新采样波形数据，等待下一次功率变化。
[0065] 10、恶性负载处理：当检测到恶性负载接入电网后，根据用户设置进行识别器报警或者跳闸，然后重新采样波形数据，等待下一次功率变化。
[0066] 应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
[0067] 上面结合附图对本发明专利进行了示例性的描述，显然本发明专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。
