[发明专利]一种非侵入式家庭用电负荷分解方法及装置

说明书

技术领域

本发明提供了一种非侵入式家庭用电负荷分解方法，同时还公开了实现该方法的装置，属于电力计量方法及装置技术领域。

背景技术

最接近的现有技术有两种分别是侵入式电力负荷分解方法和非侵入式负荷分解方法。

1） 侵入式负荷分解；该方法即在各个家用电器的电源端口安装电压、电流传感器，实时获取家电的负荷数据。其优点为得到的数据比较准确；缺点为价格偏高，设备复杂，无法使用现有电表或智能电表进行低速率采样，不适于推广应用。

可见，侵入式负荷分解存在的显著缺点为：投入较大，安装工作需要进入负荷内部，影响电力用户正常的生产和生活，不适宜全面推广。

2） 非侵入式负荷分解；该方法即指在用户的入口安装电压和电流传感器，实时采集电压、电流数据，用软件进行分析，便可得到负荷内部不同用电设备实时的功率消耗比例，从而实现电力负荷分解。这需要负荷检测装置不间断地捕捉电力负荷每一个变化信息，对软、硬件的要求非常高。当出现不同类型用电设备同时启动或退出运行时，这种方法就无法进行有效地负荷跟踪分解，方法存在极大的盲区。

非侵入式分解技术的概念提出后，国内外对其进行了广泛的研究，大致可以分为以下几类：

第一类是基于电器负荷（功率，电压等）特性映射图的分类方法，该方法将电器稳态工作时的负荷特性映射到坐标平面上，由于不同电器的负荷特性会聚类在平面的不同区域，因此可通过聚类分析方法将负荷分类；

第二类是基于短时负荷信号特征的分类方法，这类方法中又可分为以下几种形式，一种是根据不同电器在开启时式会产生不同的暂态脉冲，从而对投入使用的用电设备进行判别。另一种是利用小波分解方法，对短时间内的负荷特性进行分析，进而分解。也有研究者通过电器稳态工作时，电器短时电流（电压）特性的不同，来对负荷进行分解。

第三类是基于统计的负荷分解方法，此方法能较好地适用于电力负荷按行业分类的分解。

以上方法都在一定程度上实现了非侵入式负荷分解的功能，但都存在问题：第一类方法对于多个用电设备同时投入时会造成误判，且只能判断所使用电器类别，不能将负荷分解；第二类方法要求检测设备在短时间内采集大量数据（空调启动时的暂态特性脉冲持续时间只有0.2s，有些甚至更短，而采集电器稳态工作时一个周期的负荷波形，则需要更高的采集频率），现有的常规电力设备无法满足要求；第三类方法是基于历史数据统计的分解方法，对于电网小用户来说，由于用户的用电行为具有很大的随机性，因此统计方法在分解精度方面存在很大问题。

综上分析，非侵入式负荷分解缺点概括为：首先，这种方法依托稍纵即逝的用电设备投/切信息（实测得到的空调投入暂态过程持续时间约为0.2秒左右，一些设备甚至更短），为了不遗漏这些有用投/切信息，需要装置对负荷进行不间断地检测，捕捉每一个变化信息，故监测系统对软、硬件的要求很高；其次，当不同类型的用电设备大量同时投/切时，这种方法就无法有效的进行负荷跟踪分解，其应用存在一定的局限性。

此外，当前通用家用智能电表虽然不同于一般的多功能电能表，其在自动化和智能化的功能上更加丰富、强大，其主要功能为双向计量、双向通信、智能开关控制。但它不存在实现对总体用电负荷的分解及实时显示的功能，而该功能正是制定阶梯电价等需求侧管理的重要基础。

发明内容

本发明公开一种非侵入式家庭用电负荷分解方法，解决了现有家用智能电表对家庭所有电器用电负荷无法分解与显示的不足。

本发明公开一种非侵入式家庭用电负荷分解方法，具体解决方案如下：

基于进制拟合算法的非侵入式负荷分解方法，通过家用智能电表采集电器负荷数据，由最优拟合算法获得各最优参数，最终实现用电负荷的分解。其特征在于是能够准确的计算出电器开启时间、已运行时间和运行模式，并能将同种电器投入使用的情况进行准确分解。

具体步骤如下：

第一步：负荷数据集的建立，存储各家用电器的负荷参数；

第二步：根据用户实际用电情况，进行总负荷数据的采集和处理；

第三步：由用户拥有电器种类，合成拟合信号；

第四步：根据拟合信号和用户总负荷数据信号计算适应函数；

第五步：以最优函数取最大值为最优目标，基于进制拟合算法，对负荷存在系数和负荷开启时间系数进行最优求解；

第六步：根据求得的最优负荷存在系数和负荷开启时间系数，结合数据集中的家电负荷数据，完成对总负荷的分解，并将分解结果显示在LCD屏幕上。

所述的非侵入式家庭用电负荷分解方法，其特征在于：