一种非侵入式电力负荷分解方法与流程

1.本发明涉及电能计量技术领域，尤其涉及一种非侵入式电力负荷分解方法。


背景技术：

2.目前，许多国家致力于降低电能消耗，使得能源得到高效的利用，实现能源的可持续发展。我们必须找到技术解决方案来减少和优化能源使用。对于业主和住户，实现这一目标的方法是负荷监测技术监控他们的电力消耗。
3.负荷监测技术分为侵入式负荷监测和非侵入式负荷监测与分解。侵入式负荷监测需要为每一台用电设备配备具有通信功能的传感器，通过传感器采集各用电设备的用电信息来分析用户用电行为；非侵入式负荷监测与分解仅需要在用户用电入口处安装一个传感器，采集用电入口处的用电信息来监测每个用电设备的用电情况和工作状态，从而了解用户用电规律和能耗情况。由于非侵入式的方法具有投资少，安装方便，使用简单等特点，因而实际应用性更强。
4.现在的家庭电力负荷分解技术在基于fhmm进行建模的时候总是假设各个设备之间是相互独立的，彼此之间是不产生任何联系，造成负荷上传的时候精度不高。


技术实现要素：

5.本发明为了克服现有技术中家庭各个用电单位之间的用电电荷不能集中计算汇总问题，提供一种非侵入式电力负荷分解方法。
6.1、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种非侵入式电力负荷分解方法，包括一种非侵入式电力负荷分解方法，包括以下步骤：
7.步骤一：当供电电压符合国标规定时，用电设备正常工作的稳态电流(包含基波和谐波)具有一定的统计规律，电流可以表示为：
8.i
a
(t)＝i
al
cos(ωt θ
al
) l i
ak
cos(kωt θ
ak
) l
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
9.i
ak
＝α
ak
.i
al
10.式中∶i
a
(t)为某一用电设备稳态工作电流的瞬时值；i
al
是工作电流中基波分量的幅值；ω为工作电流中基波分量的角频率；θ
al
为工作电流中基波分量的初相角；k为正整数，当k＝1时，表示基波；i
ak
为工作电流中第k次谐波分量的幅值；kω为工作电流中第k次谐波分量的角频率；θ
ak
为工作电流中第k次谐波分量的初相角；α
ak
表示i
ak
和 i
al
比例关系的小于1的非负实；
11.步骤二：为了清晰地表明各种电流分量间的相比例，本文采用标幺值，即所有电流分量采用同一个电流基值
·
故式(1)和后续表达式均应看作是具有向一基值的标幺值表达式；
12.式(1)等号两边同时除以i
al
，可得电流表达式为：
13.i'
a
(t)＝1*cos(ωt θ
al
) l α
ak
.cos(kωt θ
ak
) l
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
14.将i'
a
(t)定义为该类用电设备的单元电流，即其电流基波幅值的标幺值为1时的
电流，同理，电力负荷的单元电流定义为：
15.i'
l
(t)＝1*cos(ωt θ
l1
) l α
lk
.cos(kωt θ
lk
) l
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
16.式中：下标l表示电力负荷α
lk
为电力负荷单元电流第k次谐波分量幅值的比例系数θ
lk
为电力负荷单元电流第k次谐波分量的初相角；将i'
l
(t)定义为电力负荷的单元电流，即电力负荷电流基波幅值的标幺值为1时的电流，当这一电力负荷里面含有n类主要用电设备时 (负荷内部也许还包括其他类型用电设备，但在负荷电流中的比例非常小，可以忽略不计)，其电流可用这n类用电设备电流的线性叠加来近似估计，即：
17.i'
l
(t)＝β1i'
a1
(t) β2i'
a2
(t) l β
n
i'
an
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
18.式中：i'
a1
(t)，i'
a2
(t)，
……
，i'
an
(t)分别为第1,2，
……
，n类用电设备的单元电流；β1，β2，
……
，β
n
∈[0, ∞)分别为第1,2，
……
， n类用电设备的电流权重系数；
[0019]
用相量法描述，式(4)可表示为i
l
＝h
a
β
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0020]
式中：i
l
为负荷端口电流列向量；h
a
为用电设备电流参数矩阵；β为电流权重系数列向量；
[0021]
作为本发明中优选的方案，所述采集模块将收集到的电流电压信号经usb信号线传输至负荷分解处理专用模块，之后经处理器分析将信号通过无线方式传输至路由器，之后再由路由器将编码后的信号传输至平板显示器，从而就可以得知电器负荷分解后的具体数据。
[0022]
作为本发明中优选的方案，所述负荷分解处理专用模块的性能需求为负荷分解处理速度为每5s一次处理；负荷事件检测精度为0.1 安培；工作环境的温度范围为
‑
25℃～55℃，湿度≤90％，且外部接口需符合常用接口标准，例如通信接口；支持以太网、rs485。
[0023]
作为本发明中优选的方案，所述非侵入式电力负荷分解与监测的应用系统架构研究包括负荷特征数据库建立、更新策略和维护方法研究；非侵入式电力负荷分解与监测的软件算法库的建立和管理；负荷分解结果向用户反馈和对多用户共享的系统方案研究；负荷分解结果向电力公司提供的系统方案研究；各功能组件的整合方案和协调管理机制的研究。
[0024]
作为本发明中优选的方案，所述负荷分解结果通过上网查询以及手机查询的方式向用户反馈，客户在手机上安装app即可。
[0025]
作为本发明中优选的方案，所述多用户共享的系统方案包括每个住户的单独非侵入式负荷分解系统将分解信息集中至小区网关，之后再经internet传输至电力公司的数据中心，存入总数据库以便集中分析处理，之后将分析结果和处理方式再传送至小区网关，最后在分配至目标住户并通知住户。
[0026]
作为本发明中优选的方案，所述住户的负荷分解模块经wifi将信号传输给户内路由器，路由器再将数据信息集中至小区网关，最后到达电力公司的数据库，经数据库处理之后，下达命令，在分别进行系统配置和任务管理，之后再读取数值之后再依次进行数据解析和数据过滤，再将结果进行上传和存储，与此同时在将结果经数据接口发送。
[0027]
综上所述，本方案中的有益效果为：
[0028]
1.该种非侵入式电力负荷分解方法，提出了一种快速的智能搜索算法和基于融合决策的辨识方法，提高了算法速度和辨识精度；
[0029]
2.建立了非侵入式负荷分解与监测实用系统架构，能够以更加便捷的方式向供电
企业及用户提供更加丰富的用电信息、更加灵活的监控方式、更加智能的互动服务；
[0030]
3.该种非侵入式电力负荷分解方法所得出的数据，并设计的一系列传输系统，有助于电力公司了解电力用户负荷的组成，合理安排负荷使用时间(“削峰填谷”)，提高电网的利用率和减少电力系统投资，负荷分解数据还可以改善电力负荷预测精度，为电力系统规划提供更准确的依据，电力用户也可以通过对数据分析减少自身不必要的能源开销，从而达到节能降耗的目的，此外，将负荷分解数据向上聚。
附图说明
[0031]
图1为本发明提出的一种非侵入式电力负荷分解方法中分解流程图；
[0032]
图2为本发明提出的一种非侵入式电力负荷分解方法单户的负荷分解示意图；
[0033]
图3为本发明提出的一种非侵入式电力负荷分解方法中用电设备采集电流公式。
具体实施方式
[0034]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0035]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0036]
本实施例中
[0037]
参照图1
‑
3，一种非侵入式电力负荷分解方法，包括以下步骤：
[0038]
步骤一：当供电电压符合国标规定时，用电设备正常工作的稳态电流(包含基波和谐波)具有一定的统计规律，电流可以表示为：
[0039]
i
a
(t)＝i
al
cos(ωt θ
al
) l i
ak
cos(kωt θ
ak
) l
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0040]
i
ak
＝α
ak
.i
al
[0041]
式中∶i
a
(t)为某一用电设备稳态工作电流的瞬时值；i
al
是工作电流中基波分量的幅值；ω为工作电流中基波分量的角频率；θ
al
为工作电流中基波分量的初相角；k为正整数，当k＝1时，表示基波；i
ak
为工作电流中第k次谐波分量的幅值；kω为工作电流中第k次谐波分量的角频率；θ
ak
为工作电流中第k次谐波分量的初相角；α
ak
表示i
ak
和 i
al
比例关系的小于1的非负实；
[0042]
步骤二：为了清晰地表明各种电流分量间的相比例，本文采用标幺值，即所有电流分量采用同一个电流基值
·
故式(1)和后续表达式均应看作是具有向一基值的标幺值表达式；
[0043]
式(1)等号两边同时除以i
al
，可得电流表达式为：
[0044]
i'
a
(t)＝1*cos(ωt θ
al
) l α
ak
.cos(kωt θ
ak
) l
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0045]
将i'
a
(t)定义为该类用电设备的单元电流，即其电流基波幅值的标幺值为1时的电流，同理，电力负荷的单元电流定义为：
[0046]
i'
l
(t)＝1*cos(ωt θ
l1
) l α
lk
.cos(kωt θ
lk
) l
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0047]
式中：下标l表示电力负荷α
lk
为电力负荷单元电流第k次谐波分量幅值的比例系数
θ
lk
为电力负荷单元电流第k次谐波分量的初相角；将i'
l
(t)定义为电力负荷的单元电流，即电力负荷电流基波幅值的标幺值为1时的电流，当这一电力负荷里面含有n类主要用电设备时 (负荷内部也许还包括其他类型用电设备，但在负荷电流中的比例非常小，可以忽略不计)，其电流可用这n类用电设备电流的线性叠加来近似估计，即：
[0048]
i'
l
(t)＝β1i'
a1
(t) β2i'
a2
(t) l β
n
i'
an
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0049]
式中：i'
a1
(t)，i'
a2
(t)，
……
，i'
an
(t)分别为第1,2，
……
，n类用电设备的单元电流；β1，β2，
……
，β
n
∈[0, ∞)分别为第1,2，
……
， n类用电设备的电流权重系数；
[0050]
用相量法描述，式(4)可表示为i
l
＝h
a
β
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0051]
式中：i
l
为负荷端口电流列向量；h
a
为用电设备电流参数矩阵；β为电流权重系数列向量；
[0052]
其中，所述采集模块将收集到的电流电压信号经usb信号线传输至负荷分解处理专用模块，之后经处理器分析将信号通过无线方式传输至路由器，之后再由路由器将编码后的信号传输至平板显示器，从而就可以得知电器负荷分解后的具体数据。
[0053]
其中，所述负荷分解处理专用模块的性能需求为负荷分解处理速度为每5s一次处理；负荷事件检测精度为0.1安培；工作环境的温度范围为
‑
25℃～55℃，湿度≤90％，且外部接口需符合常用接口标准，例如通信接口；支持以太网、rs485。
[0054]
其中，所述非侵入式电力负荷分解与监测的应用系统架构研究包括负荷特征数据库建立、更新策略和维护方法研究；非侵入式电力负荷分解与监测的软件算法库的建立和管理；负荷分解结果向用户反馈和对多用户共享的系统方案研究；负荷分解结果向电力公司提供的系统方案研究；各功能组件的整合方案和协调管理机制的研究。
[0055]
其中，所述负荷分解结果通过上网查询以及手机查询的方式向用户反馈，客户在手机上安装app即可。
[0056]
其中，所述多用户共享的系统方案包括每个住户的单独非侵入式负荷分解系统将分解信息集中至小区网关，之后再经internet传输至电力公司的数据中心，存入总数据库以便集中分析处理，之后将分析结果和处理方式再传送至小区网关，最后在分配至目标住户并通知住户。
[0057]
其中，所述住户的负荷分解模块经wifi将信号传输给户内路由器，路由器再将数据信息集中至小区网关，最后到达电力公司的数据库，经数据库处理之后，下达命令，在分别进行系统配置和任务管理，之后再读取数值之后再依次进行数据解析和数据过滤，再将结果进行上传和存储，与此同时在将结果经数据接口发送。
[0058]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。