[发明专利]通过分析负载瞬时状态实现非介入测定装置消耗电能的方法和装置

说明书

本发明涉及通过分析负载瞬时状态实现非介入测定装置消耗电能的方法和装置。

目前，由交流电压网络提供的用户装置所消耗电能以及对应的电能消耗可从装置物理参数的直接测量中测定，例如供给电压、传输的电流强度、传输电流和供给电压之间的相移。

通常，电子模块可以根据上述电压、电流及相移的数值来计算消耗的有功和无功电能，并且通过对一个给定时间范围的连续电能数值的积分来计算所消耗的电能。

上述电子模块通常都安装在测量表中，例如电表，并且在某些情况下可以传输上述测量数值和/或功率数值或最终消耗的能量数值。

上述测量表都是令人十分满意的。

然而，它们存在着缺点，都需要将上述电子模块安装在测量表中，并因此该表在多数情况下都在用户的私人房产内，即更普遍的是在用户的住所中。

为了从用户的私人房产中移出所述装置并且测量功率或电能，已经提出了各种不同的改进方法。

例如，一种方法包括通过分析电表或电表上行线路的装置的整体负载曲线，在用户私人住所外测量在用户装置分支上的供给电压和传输电流，从采用非介入处理过程的观点来看，称之为NIALM(即，Non-Intrusive Appliance Load Monitoring＝非介入式负载检测应用)。

上述非介入处理过程明显有益于面临能量成本预测、网络发展和降低能耗挑战的电能的提供者、分销商以及消费者。

NIALM处理过程显示了非介入的几个阶段，包括器具的自动训练阶段，正如专利文献US 4858141所阐述的；包括器具的人工训练阶段，正如专利文献US 5483153所阐述的。

人工NIALM处理过程证明比自动NIALM处理过程更加精确，因为以不同的能耗阶段来收集器具的能耗信号。

然而，这种半介入形式对于用户来说十分恼火，而对于电能的分销商或提供商来说也没有任何吸引力。

在人工NIALM处理的情况下，可以根据在各个器具上的电流传感器来构建电接收器具的数据库。

在自动NIALM处理的情况下，基于电表所测量到的功率来构建随时间改善的电接收器具的库。

上述库实际上有可能识别各个电器及其能耗，并且已经提升对这些电器使用的识别或者甚至这些电器用户的使用习惯或电器能耗的识别。

因此，对使用的识别提出了各种不同的处理方式：

-根据电流强度变化的识别，正如专利申请FR 2645968所描述的。将这种变化与家用负载连接/断开情况下的阈值典型数值相比较。该阈值数值列在数据库中；

-根据在稳定状态中装置的有功和无功功率和/或导纳的变化测量，正如专利文献US4858141所描述的。与库所存储的市场现有各种不同电器的参考表进行比较；

-根据基频及其谐波的电流测量，正如专利文献US6816078所描述的。通过电器所产生并在库中分类的谐波(通过频率变化FFT)来识别各个电器。可通过验证形成总电流所存在的最高谐波频率来评估该电器的操作；

-根据在瞬变条件中的装置的有功和无功功率的测量，正如专利文献5483153所描述的。瞬变的轮廓与用于负载识别的数据库进行比较；

-根据连接着电网的电器所发出的启动高频脉冲的提示，正如专利文献EP1136829和US7078982B2所描述的。如果需要，这个过程需要在各个被检测的电器上进行，其适用于在公共网络中产生高频信号的装置以及使用能放大高频信号的接收器或中继器。尽管描述为非介入式，但当识别装置第一次安装的时候，这一过程就需要电器经历多次逐一的接通和断开；

-根据对电流和电压所进行的测量来确定装置的负载阻抗随时间的变化，正如专利文件WO93/04377所描述的。但是，这样的过程仍旧是介入式的。在电表中的大量存储组件必需由员工定期的更换。

上述所有的处理过程都包括介入的层级，这与大量家用电器所呈现出的大规模应用是不相符的。

上述过程可以使用更能保证电网提供纯正弦电压的参数和数值，例如：视在功率、无功功率、有功功率，电流和电压的有效值，并因为它们不适合越来越多的电器会产生叠加在基频分量上的电子干扰和噪声，因此在广泛使用众的多个用户装置的情况下，它们被破坏。

上述过程都为本领域的技术人员所熟知的，用于分析信号的快速傅立叶变换(FFT)类型的频率处理过程。

这种类型的处理过程需要正在处理的信号的相对较大的观察窗，以便于有效地辨别正在处理的信号的各种不同分量，50Hz或60Hz的基频以及谐波频率，以满足上述叠加在基频分量上的噪声分量的处理。