家用负荷电气特征提取方法、装置及计算机可读存储介质转让专利
申请号 : CN201910737661.5
文献号 : CN110426554B
文献日 : 2022-03-18
发明人 : 汪龙峰 , 任智仁 , 吕新伟 , 汤博 , 梁家阁 , 郑小平
申请人 : 威胜集团有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种家用负荷电气特征提取方法,其特征在于,所述家用负荷电气特征提取方法包括:
实时采集总电源进线处各周波对应的电参量数据,所述电参量数据包括有功功率、基波电压、谐波电压、基波电流和谐波电流;
根据所述电参量数据中有功功率确定负荷投切事件的起始周波和结束周波;
根据所述起始周波和所述结束周波对应的基波电压、谐波电压、基波电流和谐波电流计算所述负荷投切事件的电气特征;
将计算得到的电气特征与电气特征库中预设的电气特征进行匹配,确定所述负荷投切事件对应的负荷类型;
所述根据所述起始周波和所述结束周波对应的基波电压、谐波电压、基波电流和谐波电流计算所述负荷投切事件的电气特征的步骤包括:根据基波及谐波电压的二维序列获取与所述起始周波和结束周波相对应的谐波电压实部和谐波电压虚部以及根据基波及谐波电流的二维序列获取与所述起始周波和结束周波相对应的谐波电流实部和谐波电流虚部;
计算起始周波和结束周波之间的谐波电压实部差值、谐波电压虚部差值、谐波电流实部差值以及谐波电流虚部差值;
根据所述谐波电压实部差值、谐波电压虚部差值、谐波电流实部差值以及谐波电流虚部差值计算所述负荷投切事件的电气特征。
2.如权利要求1所述的家用负荷电气特征提取方法,其特征在于,所述根据所述电参量数据中有功功率确定负荷投切事件的起始周波和结束周波的步骤,包括:根据所述电参量数据中的有功功率判断第一周波的有功功率与所述第一周波相邻的上一周波的有功功率的差值是否大于预设的第一功率阈值,所述第一周波为所述电参量数据中任一周波;
若第一周波的有功功率与所述第一周波相邻的上一周波的有功功率的差值大于预设的第一功率阈值,则判定发生负荷投切事件,并将第一周波作为所述负荷投切事件的起始周波;
通过滑动窗口从所述起始周波开始滑动,并依次获取所述滑动窗口中所有周波的有功功率;
计算所述滑动窗口中所有周波的有功功率的标准差,并判断所述标准差是否小于预设的第二功率阈值;
若是,则将所述滑动窗口中的起始周波作为所述负荷投切事件的结束周波。
3.如权利要求2所述的家用负荷电气特征提取方法,其特征在于,所述若第一周波的有功功率与所述第一周波相邻的上一周波的有功功率的差值大于预设的第一功率阈值,则判定发生负荷投切事件,并将第一周波作为所述负荷投切事件的起始周波的步骤,包括:若第一周波的有功功率与所述第一周波相邻的上一周波的有功功率的差值大于预设的第一功率阈值,则判断所述第一周波对应时间与前一负荷投切事件的结束周波对应时间是否大于预设时间阈值;
若所述第一周波对应时间与前一负荷投切事件的结束周波对应时间大于预设时间阈值,则判定发生负荷投切事件,并将第一周波作为所述负荷投切事件的起始周波。
4.如权利要求2所述的家用负荷电气特征提取方法,其特征在于,在所述计算所述滑动窗口中所有周波的有功功率的标准差,并判断所述标准差是否小于预设的第二功率阈值的步骤之后,还包括:
若所述标准差大于或等于预设的第二功率阈值,则继续滑动所述滑动窗口,并获取所述滑动窗口中所有周波的有功功率。
5.如权利要求1所述的家用负荷电气特征提取方法,其特征在于,所述根据所述起始周波和所述结束周波对应的基波电压、谐波电压、基波电流和谐波电流计算所述负荷投切事件的电气特征的步骤,包括:
根据所述起始周波和所述结束周波对应的基波电压、谐波电压、基波电流和谐波电流,计算所述负荷投切事件的谐波特征量;
根据所述谐波特征量计算所述负荷投切事件的电气特征,其中,所述负荷投切事件的电气特征包括谐波电流含有率、电流总谐波畸变、基波有功功率、谐波有功功率、基波无功功率、视在功率、基波视在功率、电流畸变功率、非有功功率、基波功率因数、功率因数、基波阻抗和谐波阻抗中的至少之一。
6.如权利要求5所述的家用负荷电气特征提取方法,其特征在于,通过如下计算公式分别计算所述谐波电流含有率和所述电流总谐波畸变:其中,h为谐波次数,NH为最大谐波次数,Ure(h)=URe(p2)(h)‑URe(p1)(h),Uim(h)=UIm(p2)(h)‑UIm(p1)(h),Ire(h)=IRe(p2)(h)‑IRe(p1)(h),Iim(h)=IIm(p2)(h)‑IIm(p1)(h),所述URe(p2)(h)为结束周波谐波电压实部,所述URe(p1)(h)为起始周波谐波电压实部,所述UIm(p2)(h)为结束周波谐波电压虚部,所述UIm(p1)(h)为起始周波谐波电压虚部,所述IRe(p2)(h)为结束周波的谐波电流实部,所述为起始周波的谐波电流实部,所述IIm(p2)(h)为结束周波的谐波电流虚部,所述IIm(p1)(h)为起始周波的谐波电流虚部,Ure(h)为谐波电压实部差值,Uim(h)为谐波电压虚部差值,Ire(h)谐波电流实部差值,Iim(h)为谐波电流虚部差值,Ih为第h次谐波电流的有效值,I为电流包括基波和谐波的有效值,HRIh为谐2
波电流含有率,THDI为电流总谐波畸变,Ire(1)为第1次谐波电流实部差值的平方值,Iim(1)为第1次谐波电流虚部差值的平方值。
7.如权利要求6所述的家用负荷电气特征提取方法,其特征在于,通过如下计算公式分别计算所述基波有功功率、所述谐波有功功率、所述基波无功功率、所述视在功率、所述基波视在功率、所述电流畸变功率、所述非有功功率、所述基波功率因数和所述功率因数:P1=Ure(1)Ire(1)+Uim(1)Iim(1);
Ph=Ure(h)Ire(h)+Uim(h)Iim(h);
Q1=Uim(1)Ire(1)‑Ure(1)Iim(1);
DI=S1(THDI);
其中,h为谐波次数,NH为最大谐波次数,h=2,3…,NH,Ure(h)为第h次谐波电压的实部,Uim(h)为第h次谐波电压的虚部,Ire(h)为第h次谐波电流的实部,Iim(h)为第h次谐波电流的虚部,P1为基波有功功率,Ph为第h次谐波有功功率,P为包括基波和谐波的有功功率,Q1为基波无功功率,S为视在功率,S1为基波视在功率,D1为电流畸变功率,NP为非有功功率,PF1为基波功率因数,PF为包括基波和谐波的功率因数,Ure(1)为第1次谐波电压实部差值,Ire(1)为第1次谐波电流实部差值,Uim(1)为第1次谐波电压虚部差值,Iim(1)为第1次谐波电流虚部差值。
8.如权利要求6所述的家用负荷电气特征提取方法,其特征在于,通过如下计算公式分别计算所述基波阻抗和所述谐波阻抗:其中,h为谐波次数,NH为最大谐波次数,h=2,3…,NH,Ure(h)为第h次谐波电压的实部,Uim(h)为第h次谐波电压的虚部,Ire(h)为第h次谐波电流的实部,Iim(h)为第h次谐波电流的虚部,X1为基波阻抗,Xh为第h次谐波阻抗,I1为第1次谐波电流的有效值,U1为第1次谐波电压的有效值,Ure(1)为第1次谐波电压实部差值,Ire(1)为第1次谐波电流实部差值,Uim(1)为第1次谐波电压虚部差值,Iim(1)为第1次谐波电流虚部差值。
9.一种家用负荷电气特征提取装置,其特征在于,所述家用负荷电气特征提取装置包括:存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的家用负荷电气特征提取程序,所述家用负荷电气特征提取程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述家用负荷电气特征提取方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质,其上存储有家用负荷电气特征提取程序,其特征在于,所述家用负荷电气特征提取程序被处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述家用负荷电气特征提取方法的步骤。
说明书 :
家用负荷电气特征提取方法、装置及计算机可读存储介质
技术领域
背景技术
电管理以及节能降耗方面具有十分重要的意义。目前,负荷监测可分为“侵入式”与“非侵入
式”两种方法。侵入式负荷监测方法是从直接从单个设备回路提取负荷电气特征,而非侵入
式负荷监测方法是在电力入口处的多设备叠加回路中提取负荷电气特征,因而,非侵入式
方法与侵入式方法相比,安装维护方便、成本低,不需要在系统内部单独安装传感器或者测
量仪表,只需要在电力入口处安装表计即可。因此,非侵入式负荷监测因具有明显优势已经
成为用电监测的主流研究方向。
负荷的绝大多数电气特征具有较高的辨识度,如无功功率和功率因数能区分电阻类和感容
类负荷以及感容性程度、线性和非线性负荷以及非线性程度,功率因数越接近于1,负荷越
接近于电阻类,功率因数低的负荷大多是电感类负荷和/或非线性负荷,电流谐波含量及总
谐波畸变能区分线性和非线性负荷以及非线性程度。
功功率、视在功率、功率因数、谐波畸变不满足线性叠加性质,此时特征提取变得较为复杂,
如果采用直接相减的方式,则提取的负荷特征与该负荷的固有特征差别很大,进而导致负
荷监测准确度大大降低。因此,在非侵入式负荷监测技术领域,为保证负荷辨识准确度,设
计准确有效的负荷特征提取方法是一个关键问题。
发明内容
量数据中任一周波;
起始周波;
投切事件的起始周波的步骤,包括:
时间是否大于预设时间阈值;
无功功率、视在功率、基波视在功率、电流畸变功率、非有功功率、基波功率因数、功率因数、
基波阻抗和谐波阻抗中的至少之一。
HRIh为谐波电流含有率,THDI为电流总谐波畸变。
述基波功率因数和所述功率因数:
电流的虚部,P1为基波有功功率,Ph为第h次谐波有功功率,P为包括基波和谐波的有功功率,
Q1为基波无功功率,S为视在功率,S1为基波视在功率,D1为电流畸变功率,NP为非有功功率,
PF1为基波功率因数,PF为包括基波和谐波的功率因数。
电流的虚部,X1为基波阻抗,Xh为第h次谐波阻抗。
运行的家用负荷电气特征提取程序,所述家用负荷电气特征提取程序被所述处理器执行时
实现如上所述家用负荷电气特征提取方法的步骤。
用负荷电气特征提取方法的步骤。
波对应的电参量数据中的谐波电压以及谐波电流的实部和虚部提取出来,以此计算各次谐
波的谐波特征量,再根据各次谐波的谐波特征量计算所述负荷投切事件的电气特征,最后
将计算得到的电气特征与电气特征库中预设的各负荷的电气特征进行匹配,确定所述负荷
投切事件对应的负荷类型,从而优化了家用负荷的电气特征提取方式,提高了非侵入式负
荷监测时负荷辨识的准确度。
附图说明
具体实施方式
用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard),可选的用户接口
1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接
口、无线接口(如WI‑FI接口)。存储器1005可以是高速RAM存储器,也可以是稳定的存储器
(non‑volatile memory),例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器
1001的存储装置。
传感器可包括环境光传感器及接近传感器,其中,环境光传感器可根据环境光线的明暗来
调节显示屏的亮度,接近传感器可在移动装置移动到耳边时,关闭显示屏和/或背光。作为
运动传感器的一种,重力加速度传感器可检测各个方向上(一般为三轴)加速度的大小,静
止时可检测出重力的大小及方向,可用于识别移动装置姿态的应用(比如横竖屏切换、相关
游戏、磁力计姿态校准)、振动识别相关功能(比如计步器、敲击)等;当然,移动装置还可配
置陀螺仪、气压计、湿度计、温度计、红外线传感器等其他传感器,在此不再赘述。
1001可以用于调用存储器1005中存储的家用负荷电气特征提取程序,并执行以下操作:
量数据中任一周波;
起始周波;
时间是否大于预设时间阈值;
无功功率、视在功率、基波视在功率、电流畸变功率、非有功功率、基波功率因数、功率因数、
基波阻抗和谐波阻抗中的至少之一。
HRIh为谐波电流含有率,THDI为电流总谐波畸变。
功率因数和所述功率因数:
电流的虚部,P1为基波有功功率,Ph为第h次谐波有功功率,P为包括基波和谐波的有功功率,
Q1为基波无功功率,S为视在功率,S1为基波视在功率,D1为电流畸变功率,NP为非有功功率,
PF1为基波功率因数,PF为包括基波和谐波的功率因数。
电流的虚部,X1为基波阻抗,Xh为第h次谐波阻抗。
的传感器或仪表,并将采集的电参量数据发送至PC端,PC端接收电参量数据并将其保存至
本地、服务器或者云端。需要说明的是,该电参量数据包括有功功率、基波电压、谐波电压、
基波电流和谐波电流等。PC端保存固定周波数的电参量数据,基波及谐波分成实部和虚部
两部分来保存,其中有功功率采用序列AP={AP(i)}保存,AP(i)表示第i个周波的有功功
率,基波及谐波电压采用二维序列URe={URe(i)(h)}和UIm={UIm(i)(h)}保存,URe(i)(h)
表示第i个周波的h次谐波电压实部,其中,当h为1时为基波,UIm(i)(h)表示第i个周波的h
次谐波电压虚部,基波及谐波电流采用二维序列IRe={IRe(i)(h)}和IIm={IIm(i)(h)}保
存,IRe(i)(h)表示第i个周波的h次谐波电流实部,IIm(i)(h)表示第i个周波的h次谐波电
流虚部,其中N为最大周波数,NH为谐波最高次数,i={1,2,3,…,N},h={1,2,3,…,NH}。
所有家用负荷高次谐波很少,故将谐波最高次数NH取值为15,即可完全囊括家用负荷的谐
波特性。本领域技术人员可以认为,上述举例仅为最佳实施方式,当然,最大周波数N和谐波
最高次数NH还可以设置成其他值,本实施例不作限制。
功功率的差值是否大于预设的第一功率阈值,且所述第一周波对应时间与前一负荷投切事
件的结束周波对应时间是否大于预设时间阈值;若同时满足这两个条件,则判定为检测到
新的负荷投切事件,并将所述第一周波作为所述负荷投切事件的起始周波P1。
检其他负荷事件或一次真实事件检测出多个事件的情况,将相邻负荷事件的预设时间阈值
取为5个周波(5个周波换算成为时间约为0.1s)。本领域技术人员可以认为,上述举例仅为
最佳实施方式,当然,第一功率阈值和预设时间阈值还可以设置成其他值,本实施例不作限
制。
长度,假如为Ls,则从功率序列AP中取固定长度Ls的一组数据,然后计算这组数据的标准差,
并判断所述标准差是否小于预设的第二功率阈值。若是,则将所述滑动窗口中的起始周波
即第一个周波作为所述负荷投切事件的结束周波P2。作为优选实施方式,可将滑动窗口长
度Ls设置为10个周波,第二功率阈值设置为20W。当然,本领域技术人员可以认为,上述举例
仅为最佳实施方式,滑动窗口长度Ls和第二功率阈值还可以设置成其他值,本实施例不作
限制。
电压实部以及谐波电压虚部,在基波及谐波电流的二维序列中获取起始周波P1和结束周波
P2的谐波电流实部和谐波电流虚部,基于上述举例,提取的数据可记为URe(p1)(h)、UIm
(p1)(h)、IRe(p1)(h)、IIm(p1)(h)、URe(p2)(h)、UIm(p2)(h)、IRe(p2)(h)、IIm(p2)(h),其
中h={1,2,3,…,NH},当h为1时为基波,当h为2,3,…,NH时为各次谐波。
到NH,即可得到负荷事件的第1至NH次谐波特征量。
功率、基波无功功率、视在功率、基波视在功率、电流畸变功率、非有功功率、基波功率因数、
功率因数、基波阻抗和谐波阻抗等。本实施例选取上述列举的所有电气特征作为负荷投切
事件的电气特征,当然,作为另一种实施方式,可以任意选取其中一种或多种电气特征作为
负荷投切事件的电气特征,也可以与其他电气特征组合使用,本实施例不作限制。
的各负荷的电气特征进行匹配,从而确定上述负荷投切事件对应的负荷类型。当上述负荷
投切事件为多种家电负荷同时工作,同样只需要提取起始周波P1和结束周波P2的电参量数
据,并分别计算起始周波P1和结束周波P2两者之间的谐波电压实部差值、谐波电压虚部差
值、谐波电流实部差值以及谐波电流虚部差值,进而计算得到该负荷投切事件的电气特征,
从而判断为哪几种家用负荷工作。
明方法提取的所有电气特征,包括满足线性叠加性的有功功率和不满足线性叠加性的无功
功率、视在功率、功率因数、谐波总畸变、负荷阻抗等电气特征,均能真实体现家用负荷的实
际特征,为提高负荷监测准确度提供有力支撑和保障。
所述电参量数据中有功功率确定负荷投切事件的起始周波和结束周波,包括:
所述电参量数据中任一周波。
上一周波的有功功率的差值是否大于预设的第一功率阈值,再根据判断结果确定是否产生
负荷投切事件。作为优选实施方式,由于大多数家用负荷工作时的功率均不低于100W,故将
用于家用负荷开关判断的第一功率阈值取值为100W。本领域技术人员可以认为,上述举例
仅为最佳实施方式,第一功率阈值还可以设置成其他值,本实施例不作限制。
切事件的起始周波。
起始周波。若第一周波的有功功率与所述第一周波相邻的上一周波的有功功率的差值小于
或等于预设的第一功率阈值,则判定未发生负荷投切事件,并返回上述步骤S10:实时采集
总电源进线处各周波对应的电参量数据。
长度,假如为Ls,则从功率序列AP中取固定长度Ls的一组数据。作为优选实施方式,可将滑动
窗口长度Ls设置为10个周波,当然,本领域技术人员可以认为,上述举例仅为最佳实施方
式,滑动窗口长度Ls还可以设置成其他值,本实施例不作限制。
事件的结束周波P2。作为优选实施方式,可将第二功率阈值设置为20W。当然,本领域技术人
员可以认为,上述举例仅为最佳实施方式,第二功率阈值还可以设置成其他值,本实施例不
作限制。
所述滑动窗口,并获取所述滑动窗口中所有周波的有功功率。
据,重新获取新的滑动窗口内的所有有功功率继续判断,依次循环往复,直至滑动窗口内的
所有有功功率的标准差小于预设的第二功率阈值。
得家用负荷的辨识准确度提高。
周波进行区分,来避免不同的负荷投切事件的起始周波和结束周波重叠在一起。因此,上述
步骤S202:若第一周波的有功功率与所述第一周波相邻的上一周波的有功功率的差值大于
预设的第一功率阈值,则判定发生负荷投切事件,并将第一周波作为所述负荷投切事件的
起始周波包括:
周波对应时间是否大于预设时间阈值。
判定第一周波的有功功率与所述第一周波相邻的上一周波的有功功率的差值大于预设的
第一功率阈值时,需要进一步判断所述第一周波对应时间与前一负荷投切事件的结束周波
对应时间是否大于预设时间阈值。将第一周波对应时间与前一负荷投切事件的结束周波对
应时间的差值进行计算,判断该差值是否大于预设时间阈值,从而确定是否产生新的负荷
投切事件。
检其他负荷事件或一次真实事件检测出多个事件的情况,将相邻负荷事件的预设时间阈值
取为5个周波(5个周波换算成时间约为0.1s)。本领域技术人员可以认为,上述举例仅为最
佳实施方式,当然,第一功率阈值和预设时间阈值还可以设置成其他值,本实施例不作限
制。
周波。
述第一周波对应时间与前一负荷投切事件的结束周波对应时间小于或等于预设时间阈值,
则判定未发生负荷投切事件,并返回上述步骤S10:实时采集总电源进线处各周波对应的电
参量数据。
也提高了负荷投切事件的电气特征提取的准确性。
于上述图2所示的实施例,所述根据所述起始周波和所述结束周波对应的基波电压、谐波电
压、基波电流和谐波电流计算所述负荷投切事件的电气特征,包括:
电压实部以及谐波电压虚部,在基波及谐波电流的二维序列中获取起始周波P1和结束周波
P2的谐波电流实部和谐波电流虚部,基于上述举例,提取的数据可记为URe(p1)(h)、UIm
(p1)(h)、IRe(p1)(h)、IIm(p1)(h)、URe(p2)(h)、UIm(p2)(h)、IRe(p2)(h)、IIm(p2)(h),其
中h={1,2,3,…,NH},当h为1时为基波,当h为2,3,…,NH时为各次谐波。
到NH,即可得到负荷事件的第1至NH次谐波特征量。
率、基波无功功率、视在功率、基波视在功率、电流畸变功率、非有功功率、基波功率因数、功
率因数、基波阻抗和谐波阻抗中的至少之一。
HRIh为谐波电流含有率,THDI为电流总谐波畸变。
述基波功率因数和所述功率因数:
电流的虚部,P1为基波有功功率,Ph为第h次谐波有功功率,P为包括基波和谐波的有功功率,
Q1为基波无功功率,S为视在功率,S1为基波视在功率,D1为电流畸变功率,NP为非有功功率,
PF1为基波功率因数,PF为包括基波和谐波的功率因数。
电流的虚部,X1为基波阻抗,Xh为第h次谐波阻抗。
总谐波畸变、基波有功功率、谐波有功功率、基波无功功率、视在功率、基波视在功率、电流
畸变功率、非有功功率、基波功率因数、功率因数、基波阻抗和谐波阻抗中至少一种。作为最
优实施方式,本实施例选取上述所有的电气特征作为本实施例的电气特征,包括满足线性
叠加性的有功功率和不满足线性叠加性的无功功率、视在功率、功率因数、谐波总畸变、负
荷阻抗等电气特征,这些电气特征均能在谐波特征量的基础上计算得到,且不会因为多种
家用负荷叠加而影响真实结果。
体现家用负荷的实际特征,从而提高了负荷监测的准确度。
现如下操作:
量数据中任一周波;
起始周波;
时间是否大于预设时间阈值;
无功功率、视在功率、基波视在功率、电流畸变功率、非有功功率、基波功率因数、功率因数、
基波阻抗和谐波阻抗中的至少之一。
HRIh为谐波电流含有率,THDI为电流总谐波畸变。
功率因数和所述功率因数:
电流的虚部,P1为基波有功功率,Ph为第h次谐波有功功率,P为包括基波和谐波的有功功率,
Q1为基波无功功率,S为视在功率,S1为基波视在功率,D1为电流畸变功率,NP为非有功功率,
PF1为基波功率因数,PF为包括基波和谐波的功率因数。
电流的虚部,X1为基波阻抗,Xh为第h次谐波阻抗。
且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有
的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括该
要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
前者是更佳的实施方式。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做
出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在如上所述的一个
存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中,包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机,
计算机,服务器,空调器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。