一种负荷辨识电能表的集成调试方法及装置与流程

1.本发明涉及智能电网领域，更具体地，涉及一种负荷辨识电能表的集成调试方法及装置。


背景技术：

2.在大数据、人工智能、物联网等新技术为代表的第四次工业革命的驱动下，智能电网等相关领域的建设正在高速发展。在一个高速可靠、稳定的通信网络之上，将自动控制技术、传感器技术、监测技术、通信技术、数据分析技术、电网调度技术和管理能力高度融合，建设成具有信息化，互动性优秀的，具有自调节能力的坚强电网体系，从而保证整个电力系统在发电和用电环节均稳定可靠，是智能电网的发展目标。
3.近年来，电力负荷监测技术由于能够实现电力公司和居民用户之间的双向信息互动，因此成为智能电网的关键技术。在这一技术下，用于实现负荷辨识的新型电能表能够采集居民用户用电信息中具体的负荷信息，从而帮助电力公司了解到居民用户或者整个小区的用电习惯，以此来制定调度策略，调节峰谷。
4.同时，电力用户也可经由电力公司从负荷辨识电能表中辨识到的信息来在权限范围内实现户内空调、热水器、洗衣机等用电设备的开启时段、功率大小、持续时间的主动调节，同时还能够获取具体的用电信息，从而了解居民个人用户的能耗结构，从而参与到科学合理用电、节约能源的过程中。
5.以上技术的发展均对负荷辨识类电能表的采集精确度提出了较高要求。然而，现有技术中，负荷辨识电能表中数据检测的精确度仍然无法达到电力负荷监测技术的要求，其辨识准确率较低，存在各类系统误差或测量误差，辨识的时间延迟较大，无法实时准确获取电器设备的功率调整情况。
6.针对上述问题，亟需一种负荷辨识电能表的集成调试方法及装置。


技术实现要素：

7.为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种负荷辨识电能表的集成调试方法及装置，通过对单相和三相电能表的数据采集、功率源用电负荷的采集获得了负荷辨识电能表的实际误差，并基于对电器启停事件的辨识，实现了启停补偿控制。
8.本发明采用如下的技术方案。
9.本发明第一方面，涉及一种负荷辨识电能表的集成调试方法，其中，方法包括以下步骤：步骤1，对于多个单相电能表和多个三相电能表的用电数据进行采集，并基于标准电能表实现多个单相电能表和多个三相电能表中用电数据的校准；步骤2，对于校准后的用电数据中的电器启停事件进行提取，并判定当前电器启停事件的电器类型、启停辨识时间，同时获取当前电器启停时间的实际启停时间；步骤3，基于电器类型、启停辨识时间和实际启停时间生成当前电器启停事件的启停补偿，并生成启停补偿的控制指令。
10.优选的，基于模拟单元对功率源负荷曲线进行采集，并将采集到的负荷曲线聚合
为多个单相电能表和多个三相电能表中任意一个电能表的用电曲线；利用标准电能表对用电曲线进行测量，并采用校准单元对用电曲线和多个单相电能表和多个三相电能表的用电数据进行比较，以实现误差校准。
11.优选的，基于存储单元中存储的历史用电数据，分析校准后的用电曲线，并对用电数据中的电器启停事件进行提取。
12.优选的，基于电器启停事件发生前后的功率差，判定电器类型，基于电器启停事件发生的时间，确定启停辨识时间。
13.优选的，实际启停时间与启停辨识时间之间存在测量误差，测量误差包括电能表的辨识误差和电网响应误差。
14.本发明第二方面，涉及一种负荷辨识电能表的集成调试装置，装置包括控制单元、标准电能表、校准单元和接入单元；其中，控制单元，用于获取实际启停时间，并转发启停补偿的控制指令；标准电能表，分别与控制单元和校准单元连接，基于控制单元的控制实现对模拟单元中用电曲线的采集；接入单元与多个单相电能表和多个三相电能表实现连接，同时连接校准单元，并采集用电数据；校准单元，对用电曲线和用电数据进行分析并实现误差校准。
15.优选的，装置中还包括模拟单元，模拟单元分别与功率源、标准电能表连接，用于基于功率源的负荷曲线生成用电曲线以供标准电能表测量。
16.优选的，装置中还包括存储单元和辨识单元，其中，存储单元，与控制单元连接，用于对多个单相电能表和多个三相电能表中的历史用电数据进行存储；辨识单元与存储单元、校准单元和控制单元连接，用于采集历史用电数据，分析校准后的用电数据，实现对电器启停事件的辨识，并将启停补偿的控制指令发送至控制单元中。
17.优选的，控制单元中还包括上位计算机和三相电压电流功率放大器。
18.优选的，接入单元中包括单相电能表和三相电能表的接入表位；模拟单元中包括功率源的接入表位。
19.本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中一种负荷辨识电能表的集成调试方法及装置，能够通过对单相和三相电能表的数据采集、功率源用电负荷的采集获得了负荷辨识电能表的实际误差，并基于对电器启停事件的辨识，实现了启停补偿控制。本发明为电力负荷监测技术的发展提供了可靠的设备保障，通过集成化的方式，实现了误差校准、启停辨识等功能的综合，使得负荷辨识电能表的高精度、低延迟监测成为可能。
20.本发明的有益效果还包括：
21.1、采用模拟单元对于多个功率源直接接入，测量并合并运算多个功率源的准确用电数据，通过校准单元将准确用电数据和负荷辨识电能表的测量数据进行比较，极大程度上降低了负荷辨识电能表的采集误差，提高了原始用电数据的准确性。在此基础上进行的各类数据分析的准确度更高。
22.2、本发明能够将历史采集的用电数据进行存储，并通过辨识模块以历史用电数据为参考，实现电器启停事件的准确辨识。通过这种方式消除了现有的电力负荷监测技术中难以准确采集和评估电器实际启停时间的问题，通过补偿的方式使得电器在电网中实际的供电和耗电量分析更加准确。
附图说明
23.图1为本发明一种负荷辨识电能表的集成调试方法的步骤示意图；
24.图2为本发明一种负荷辨识电能表的集成调试装置的结构示意图；
25.图3为本发明一种负荷辨识电能表的集成调试装置面板结构示意图。
具体实施方式
26.下面结合附图对本技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本技术的保护范围。
27.图1为本发明一种负荷辨识电能表的集成调试方法的步骤示意图。如图1所示，本发明第一方面，涉及一种负荷辨识电能表的集成调试方法，其中，方法包括步骤1至步骤3。
28.步骤1，对于多个单相电能表和多个三相电能表的用电数据进行采集，并基于标准电能表实现多个单相电能表和多个三相电能表中用电数据的校准。
29.首先，本发明中需要对于各种不同类型的负荷辨识电能表上采集到的用电数据进行收集。具体来说，现有技术中经常采用的负荷辨识电能表主要包括单相电能表和三相电能表两种类型。尽管单相电能表和三相电能表还具有多种不同的型号，本发明中并不考虑这些内容。由于本发明中需要采用相关的装置接入多个负荷辨识电能表，所以根据接入时的不同，将负荷辨识电能表主要分为单相和三相两类。
30.本发明中首先对于单相电能表和三相电能表上的用电数据进行采集，在采集后，还需要通过校准的方式来实现对这些用电数据中误差的消除。
31.具体来说，本发明可以采用的误差消除方法是采用一个标准电能表来对负荷辨识电能表所采集的多个功率源的信息直接进行采集，从而获得一个标准的用电数据，再将标准的用电数据与三相电能表的数据进行比较后，获得对误差的校准。
32.优选的，基于模拟单元3对功率源负荷曲线进行采集，并将采集到的负荷曲线聚合为多个单相电能表和多个三相电能表的所述用电曲线；利用标准电能表对用电曲线进行测量，并采用校准单元对标准电能表的用电曲线和多个单相电能表和多个三相电能表的用电数据进行比较，以实现误差校准。
33.本发明中，可以采用一个模拟单元3，对多个功率源的用电测量端进行连接，以实现单一的多个功率源用电信息的准确测量，在获得多个单一的功率源用电信息后，就可以根据每一个负荷辨识电能表所对应的功率源的信息来实现对于多个功率源的负荷曲线的合并计算。该模拟单元3通过模拟多个负荷曲线合并后的用电曲线，就能够准确的获得多个功率源实际上的用电量了。这个实际上的用电量与负荷辨识电表所间接采集到的用电曲线会存在一定的不同。这里所述的误差主要是指电能表的系统误差，例如单相或三相电能表自身的系统误差、测量误差、多个电器与电能表之间的数据采集误差和数据传输误差等等。这一误差可以根据模拟功率源和标准电能表来进行避免。由于模拟功率源提供的实时功率数据可以准确的模拟出某一个电器在某一适当功率下的真实运行情况，而标准电能表则可以准确获得对模拟功率源的合成信号的电压、电流和功率等信息，从而避免了电能表的误差，以及传输线路上的误差，使得测量结果更加准确。
34.通过比较标准电能表的用电曲线和某一个负荷辨识电能表的用电数据，可以准确的获取负荷辨识电能表的测量误差，同时可还可以实现误差的校准。本发明中的后续步骤
均是基于对校准后的用电数据进行运算实现的。因此，经过本发明中的误差校准过程后，用电数据的准确性非常高，后续步骤中对电器启停事件等信息的判定准确度也很高。
35.步骤2，对于校准后的用电数据中的电器启停事件进行提取，并判定当前电器启停事件的电器类型、启停辨识时间，同时获取当前电器启停时间的实际启停时间。
36.本发明中，对于校准后的用电数据，可以采集其中的电器启停事件。
37.优选的，基于存储单元中存储的历史用电数据，分析校准后的用电曲线，并对用电数据中的电器启停事件进行提取。
38.可以理解的是，本发明中，可以将多个负荷辨识电能表的数据进行采集，并在采集的过程中采用上文中提到的类似的方法对于数据进行校准。因此，本发明中的存储单元所存储的历史用电数据既可以包括负荷辨识电能表直接采集到的数据，也可以包括经过校准后的用电数据。同时，由于模拟单元3对于多个功率源的用电数据也进行了持续的采集，因此本发明中的历史用电数据还可以包括每个功率源单独运行时的负荷曲线等数据内容。另外，由于功率源的负荷曲线与多个负荷辨识电能表的用电曲线之间存在一定的对应关系。因此，历史用电数据中也包括对于这部分对应关系的存储。
39.由于历史用电数据中所包含的数据内容丰富准确，能够充分实现对于当前用电曲线的分析。具体来说，本发明中，可以根据校准后的当前的用电曲线中出现的功率突然升高或突然降低的情况进行提取。当发现用电曲线中出现瞬时的上升沿、下降沿后，或者当发现用电曲线中出现持续时间较短的功率逐步升高或逐步降低的情况，则说明某一个家用电器，也就是本发明中的功率源出现了启动、停止或者是工作档位变化的情形。
40.由于历史用电数据中还记载了单个功率源的历史用电情况，所以根据上升沿、下降沿、或者逐步升高、逐步降低的用电曲线中具体的功率变化值和功率变化速度，就能够准确的判断出是哪个家用电器出现了怎样的功率调节行为，本发明中将家用电器的功率调节行为统称为电器启停事件。
41.优选的，基于电器启停事件发生前后的功率差，判定电器类型，基于电器启停事件发生的时间，确定启停辨识时间。
42.本发明中的方法，可以对于电器启停事件进行判断，通常来说根据提取出来的当前用电曲线中事件前后出现的功率差，从多个功率源的历史用电数据中寻找类似的功率差事件，如果寻找到吻合的功率差，则能够具体判断出当前事件的电器类型。
43.另外，本发明中，根据启停事件发生的时间，能够提取到启停辨识时间。这一时间并不一定完全等同于电器的实际启停时间，这一时间只是负荷辨识电能表所识别到的该电器出现启停事件的时间。
44.优选的，实际启停时间与启停辨识时间之间存在测量误差，测量误差包括电能表的辨识误差和电网的响应误差。
45.具体来说，电能表的辨识误差可以为电能表对电器功率发生变化时的测量延迟，而电网的响应误差，则可以根据电网的实际情况，提供一个常量作为经验值以估计电网的响应延迟。
46.步骤3，基于电器类型、启停辨识时间和实际启停时间生成当前电器启停事件的启停补偿，并生成启停补偿的控制指令。
47.在采集到启停事件的相关参数后，本发明就可以基于相关参数来实现对于电器的
启停补偿。具体来说，如果某种大功率电器参与到电网的需求响应中后，电网的需求响应相关的系统，会根据其发出的调节指令来预先计算该电器接入电网参与需求响应时所供给的总电量或者是所消耗的总电能。对于每个电器的供给电量或消耗的电能进行计算后，电网再实现发电侧或储能的调节。由于这种调节通常会预先实现，并且较为依赖每个大功率电器的实际响应情况，因此，当电器并未根据电网的需求响应指令立刻投入启停事件时，例如电器实际上出现较大的启停延迟时，其消耗的电能和供给的电量则并非是电网原始预测的那样。如果误差较大，会很大程度上影响电网的运行。
48.因此，可以采用本发明中的方法或装置，根据某种电器类型响应电网中的启停命令的延迟，对于启停时间进行补偿。例如，当本发明方法监测到某个家用电器在t1时刻接收到电网的启动指令后，于t2时刻才开始启动，那么本发明就会记录这一个时间差，并生成控制指令，同时将启停补偿的控制指令发送至电网中，以使得电网在针对该电器的下一个指令，例如停止指令也延后发出。
49.进一步的，如果本发明方法发现停止指令发出后，该电器立刻停止了运行状态，则无需再次补偿。而如果本发明方法发现停止指令发出后，该电器经过了另一个较长的时间差才停止运行，则本发明也可以将这一个时间差作为控制指令的一部分发送给电网。
50.经过本发明装置的测量后，电网就能够知悉某个或某一类型的功率源启停时间的响应时间误差，从而提前实现补偿，并从电网侧修改启停命令发出的时间。
51.图2为本发明一种负荷辨识电能表的集成调试装置的结构示意图。如图2所示，一种负荷辨识电能表的集成调试装置，其中，装置包括控制单元1、标准电能表、校准单元和接入单元2；控制单元1，用于获取实际启停时间，并转发启停补偿的控制指令；标准电能表，分别与控制单元1和校准单元连接，基于控制单元1的控制实现对模拟单元3中用电曲线的采集；接入单元2与多个单相电能表和多个三相电能表实现连接，同时连接校准单元，并采集用电数据；校准单元，对用电曲线和用电数据进行分析并实现误差校准。
52.本发明中的装置，可以将控制单元1、标准电能表、校准单元集成在装置的机箱内部。而接入单元2则可以通过面板的方式设置在机箱的表面，实现与多个单相电能表或三相电能表的直接连接。
53.图3为本发明一种负荷辨识电能表的集成调试装置面板结构示意图。如图3所示，本发明一实施例中，接入单元2包括多个单相负荷辨识电能表测试表位和多个三相负荷辨识电能表测试表位进行连接，采用多排多列的方式布置。
54.优选的，装置中还包括模拟单元3，模拟单元3分别与功率源、标准电能表连接，用于基于功率源的负荷曲线生成用电曲线以供标准电能表测量。
55.具体来说，本发明中的模拟单元3可以通过与功率源、标准电能表的连接实现对功率源的负荷曲线的采集。因此该模拟单元3也包括置于机箱面板上的表位部分。具体来说，该单元中可以设置60个测试表位，每个测试表位上配置一路单相载波，60路单相载波有选择的通过串口服务器后被标准电能表实现接收。60个测试表位采用6排10列的方式实现布置。
56.另外，无论是接入单元2还是模拟单元3，其上的任意一个表位都可实现便捷的拆卸或安装，因此在实际使用过程中，可以根据测量的需求，选择装配适当数量的测试表位，这也进一步的节约了测试成本。
57.优选的，装置中还包括存储单元和辨识单元，其中，存储单元，与控制单元1连接，用于对多个单相电能表和多个三相电能表中的历史用电数据进行存储；辨识单元与存储单元、校准单元和控制单元1连接，用于采集历史用电数据，分析校准后的用电数据，实现对电器启停事件的辨识，并将启停补偿的控制指令发送至控制单元1中。
58.优选的，控制单元1中还包括上位计算机和三相电压电流功率放大器。
59.本发明中，上位计算机可以实现对于各类数据的汇总运算，同时控制单元1发出的指令也能够通过三相电压电流功率放大器来对于各种指令信号进行放大并发出。
60.优选的，接入单元2中包括单相电能表和三相电能表的接入表位；模拟单元3中包括功率源的接入表位。
61.如上文中所述，接入单元2中的测试表位用于对负荷辨识电能表进行接入，而模拟单元3中的测试表位则用于接入功率源。
62.本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中一种负荷辨识电能表的集成调试方法及系统，能够通过对单相和三相电能表的数据采集、功率源用电负荷的采集获得了负荷辨识电能表的实际误差，并基于对电器启停事件的辨识，实现了启停补偿控制。本发明为电力负荷监测技术的发展提供了可靠的设备保障，通过集成化的方式，实现了误差校准、启停辨识等功能的综合，使得负荷辨识电能表的高精度、低延迟监测成为可能。
63.本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。