[发明专利]用于瞬时功率分解和估计的系统以及方法

说明书

一种用于分解并估计由单个电插座(10)供电的电负载(4、6、8)的功率消耗的系统(2)。系统包括具有程序(14)的处理器(12)；与处理器协作的电流传感器(16)，用于测量由单个电插座供电的电负载的聚合的电流波形(18)的一个线周期的样本；以及与处理器协作的电压传感器(20)，用于测量由单个电插座供电的电负载的电压波形(22)的一个线周期的样本。处理器程序将所聚合的电流波形和电压波形的一个线周期的所测量的样本转换成单个电插座的聚合的电压‑电流轨迹(24)，以及根据一个线周期的所聚合的电压‑电流轨迹提供多个不同类别的电负载的功率消耗的即时分解。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年6月18日提交的美国专利申请序列号No.13/920,602的优先权和权益，其通过引用并入本文。

本发明在国家能源技术实验室能源部(Department of Energy National EnergyTechnology Laboratory)授予的DE-EE0003911的政府支持下做出。

技术领域

所公开的概念一般涉及电负载，并且特别地涉及确定电负载的功率消耗的方法。所公开的概念还涉及用于确定电负载的功率消耗的系统。

背景技术

在商业建筑使用的主要电量中，大约37％是由插入式电负载(PEL)消耗的，也称为混杂电负载(MEL)。这种使用预期在2008和2030年之间上升78％。将PEL限定为在建筑中的所有非干线连接的电负载，并且PEL包括例如且不限于冰箱、计算机、食物准备电器和空间加热器/电扇的各种电设备。这些“插入式”设备的总能量消耗经常被忽略。

一些研究表明，PEL的有效管理可潜在地提高建筑物节能直到约其使用的10％至30％。然而，发展可广泛应用的PEL的节能方案是困难的，主要是因为现今建筑物中PEL能量使用的受限的可见性。为克服以上困难，需要知道PEL的类型和类别的能量消耗。因此，期望在负载级(也称为“电器级”)上发展具有成本效率的非侵入式电器负载监测和识别技术。

在建筑物中，可将电能通过墙壁插座直接提供到PEL，或通过插入到墙壁插座的电源板提供到PEL以便将电能分配到电源板的多个插座。后一情形是用户为实现墙壁插座同时为多个PEL提供电能而更常采用的。

通常期望能够通过仅测量墙壁插座级的所聚合的电信号来分解/解耦PEL的功率消耗的技术为具有成本效率的非侵入式负载监测和识别(NILM)方案。通过美国专利No.4,858,141公开了在先的示例NILM设备和方法。

世界范围内的许多研究者已经致力于能够提供关于在个体电器或设备级的消耗的分解数据的新一代电测量系统。一般而言，可将用于监测下至电器级或设备级的特征和分解方法分类为三组：(1)检测在聚合实际和无功功率消耗两者中的剧烈变化；(2)电流消耗和启动特性；以及(3)电压标记。

尽管从1980年代已经发展NILM技术，但是仍认为不存在已知的容易部署、准确度高并具有成本效益的在商业上可获得的分解方法。多数已知方法需要若干小时或甚至更长时间的观测，并且一些其它方法需要中央处理单元(CPU)和操作系统来运行人工智能算法，这通常需要昂贵的平台来支持该实施。

存在用于估计多个电负载的功率消耗的方法的改进空间。

同样存在用于估计多个电负载的功率消耗的系统的改进空间。

发明内容

通过所公开概念的实施例来满足这些和其它需求，该实施例测量由单个电插座供电的多个电负载的聚合的电流波形和电压波形的一个线周期的多个样本，将一个线周期的测量的样本转换成单个电插座的聚合的电压-电流轨迹，以及根据一个线周期的聚合的电压-电流轨迹提供多个不同类别的电负载的功率消耗的即时分解。