[发明专利]一种基于模板匹配滤波的居民负荷用电识别方法

说明书

技术领域

本发明属于智能用电及能效监测领域，具体涉及一种基于模板匹配滤波的居民负荷用电识别方法。

背景技术

随着智能电网的发展，配用电侧的智能化十分重要，一个坚强的国家电网仅靠特高压、超高压端的巩固是远远不够的，必须对低压的用户终端同步优化，故而用电侧的智能电网技术更值得高度关注。随着电力系统中的用电量与非线性用电负荷的增加，近年来关于负荷状态识别的问题得到了研究人员的广泛关注。负荷特性是指用电设备在工作过程中所表现出的电器行为，每个电器设备在用电过程中都有独特的特性。居民用户负荷主要是家用电器设备，不同类型的用电设备的负荷特性可以很好地描述其具体用电情况。研究表明，不同的符合类型，其负载波形相差很大。不同用电设备的谐波不同，可以通过 FFT来辨别不同的用电设备。负荷特性的研究主要在宏观上进行，而微观特性研究相对较少。因此有必要针对居民用户符合微观层面的负荷特性研究进行深入研究。目前，传统的负荷检测方法通常采用侵入式设计，需要在每个用电设备上都安装传感器等用电信息采集装置，用以得到不同用电设备实时的功率消耗比例。这种方法优点是计量较为准确，缺点是当被监测系统内的用电设备数量较多时，传统的负荷检测方式不仅成本高，并且在传感器装置的安装和系统维护方面也很不方便。采用非侵入式方法能够解决传统方法中的实现瓶颈，即仅在用户的电力入口处进行数据采集，通过辨识与信号分析得到用电负荷的运行状态，从而跟踪负荷的能效状况。非侵入式方法简化了采集与测量机制，但全部负荷的用电数据均综合表现在同一信号中，因此，从采集的整体信号中分析提取单个负荷信息是该方法的技术关键与难点。因此高效的负荷检测机制是至关重要的，设计负荷检测机制应该尽可能做到设备的开销应尽可能地少；检测用电设备的效率应该尽可能地高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于模板匹配滤波的居民负荷用电识别方法，其特征在于，该方法的步骤是：

步骤1：计算每个家用电器的特征电流模板；

独立采集各家用电器运行时通过的电流，计算其频谱并存储作为该家用电器的特征电流模板，第m个家用电器单独运行时通过的电流的频谱即特征电流模板的频谱分量为其中，I_m(t)为第m个家用电器运行时通过的电流，m＝1，2，…，n，n为家用电器总个数，N为电流采样点数，u为频率分量，k为第k 个采样点值；

步骤2：计算多个家用电器共同工作时总电流的频谱；

进入家庭的总电流为各个支路电流之和；其中，L为工作中的家用电器总个数；对采集到的总电流进行离散傅立叶变换后的总电流的频谱分量

步骤3：根据选定的阈值，将特征电流模板的频谱分量与阈值比较，并进行0-1赋值，大于等于阈值的频谱分量赋值为1，小于阈值的频谱分量赋值为0；特征电流模板的频谱分量经过0和1赋值之后所得新的频谱分量即确定为该家用电器的模板滤波器；

步骤4：用该模板滤波器对总电流的频谱进行滤波；滤波过程为模板滤波器的频谱分量与总电流的频谱分量对应相乘，因此模板滤波器为1处，总电流的频谱分量与之相乘后对应的频谱分量得以保留；模板滤波器为0处，总电流的频谱分量与之相乘对应的频谱分量将滤除；

步骤5：在模板滤波器对总电流频谱滤波之后，将所得的频谱分量与该家用电器的特征电流模板的频谱分量进行对比，若对总电流频谱滤波之后所得的频谱分量的保留程度大于95％时，则表明该家用电器处于工作状态；若对总电流频谱滤波之后所得的频谱分量的保留程度小于95％，则表明该家用电器未处于工作状态。

有益效果：

本发明简单可行，实施方便，均可利用FFT实现，运算效率高。本发明能在非侵入用电数据采集条件下，有效地判断居民用电负荷的使用情况，能够解决用电负荷的识别问题，能够从多个负荷同时运行时的混合数据中判断分辨出正在运行的负荷类型，分离出各个单负荷的运行情况，是非侵入式负荷监测技术的有效实现方法，同时，也是负荷能效跟踪的重要基础。

附图说明

图1为本发明一种基于模板匹配滤波的居民负荷用电识别方法的流程图；

图2为单个用电器运行时的输入输出信号示意图；

图3为多个用电器共同运行时的输入输出信号示意图；

图4a-4c为风扇、电视和加湿器的特征电流模板；

图5为总电流的特征电流模板；

图6a-6c为风扇、电视和加湿器的模板滤波器分别对总电流频谱滤波后的频谱。

具体实施方式