[发明专利]一种电网负载电器类型识别和不同电器电量统计的方法及其装置

摘要

本发明公开了一种电网负载电器类型识别与不同电器电量统计的方法及其装置。本发明对电网一侧的高压信号和大电流信号进行采样，并对采用数据进行数据分析，从而识别出电网中正在使用的用电器，并实时监测每种用电器的用电量，根据监测结果找到浪费电能的设备，从而采取进一步的措施去实现节能减排。

主权项

一种电网负载电器类型识别和不同电器电量统计的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：1）对电网总线一侧的高压信号和大电流信号进行采样；2）将步骤1）中采集的高压信号通过电压互感器或电压霍尔传感器转换成第一电压信号，并对该第一电压信号进行比较检测信号过零点，为后续信号分析提供时间基准；将步骤1）中采集的大电流信号通过电流互感器或电流霍尔传感器转换成第二电压信号，并对该第二电压信号进行跟随隔离、程控放大；3）将步骤2）中的第一电压信号和第二电压信号转换成数字信号；4）将步骤3）中的数字信号进行FFT变换获取当前电网信号的频谱特性和电力参数，频谱特性包括电流基波、电流谐波幅值、电流谐波相位、电压基波、电压谐波幅值、电压谐波相位，电力参数包括电流峰值、电流有效值、电压峰值、电压有效值、频率、相位角、有功功率、视在功率、功率因数；5）根据步骤4）中的频谱特性和电力参数对电网中的电器接入、断开情况进行综合分析，识别电器的接入情况和统计不同电器的功耗值，再与已经存储的电器数据库中的特征点进行匹配搜索，如果搜索到近似的相关匹配点就输出电器识别的结果，如果没有相关匹配点的特征就提示是否进行数据库电器添加，然后用户根据提示进行数据库添加操作，添加电器数据完成后，装置将新特征点存入存储器中，便于之后的电器识别和功耗统计；数字信号进行FFT变换以获取频谱特性和电力参数的方法：XHz的电网中的单位节拍时间为（1/X）s，每一个节拍中对电流进行FFT变换获取一组傅里叶变换数据组，取奇数次1、3、5、7、9次的FFT变换的实部、虚部组成特征向量A，A的实部记为R1，R3，R5，R7，R9，虚部记为I1，I3，I5，I7，I9，则奇数次的特征向量A=（R1，R3，R5，R7，R9，I1，I3，I5，I7，I9），为了突出前几次谐波的重要性，在进行距离计算时，设定1、3、5、7、9次谐波的所乘系数分别为9、7、5、3、1，特征向量长度公式为：特征向量A的长度LA=（（R1+I1）*9+（R3+I3）*7+（R5+I5）*5+（R7+I7）*3+（R9+I9））/25；同理，取另一个特征向量B=（R1b，R3b，R5b，R7b，R9b，I1b，I3b，I5b，I7b，I9b），两向量距离公式为：特征向量B到特征向量A的距离LBA=(|R1‑R1b|*9+|R3‑R3b|*7+|R5‑R5b|*5+|R7‑R7b|*3+|R9‑R9b|+|I1‑I1b|*9+|I3‑I3b|*7+|I5‑I5b|*5+|I7‑I7b|*3+|I9‑I9b|）/25；利用特征向量构建电器特征路径的方法：电器启动过程中，获取每个节拍的特征向量依次为A1~An，设定最小间隔距离Lmin，当特征向量Ai的长度（利用特征向量长度公式）大于Lmin时，记对应的特征点并保存该特征点的特征向量A1，接着依次计算Ai以后的特征向量与特征向量A1的距离（利用两向量距离公式），如果距离大于Lmin，则记录A1之后的特征向量A2，以此类推获取新接入电器从启动至关闭的全部特征向量序列，组成路径特征向量组A1~An，且每个特征点的特征向量与其前、后特征点的特征向量的距离大于Lmin；特征路径训练方法：以时间和特征向量作为因数建立特征路径统计组，初始化统计组为0，在新电器启动时，实时计算每个节拍的当前特征向量Ai与已保存的特征路径向量Ti之间的距离，当找到距离值小于Lmin时，记录此时特征点的特征向量Ti，将Ti处统计值累加，然后通过多次启动同一电器，统计特征路径的特征点的出现频率，将将出现频率较低的特征点从特征向量组T1~Tn中剔除掉，更新特征向量组；电器稳态特征分解规律方法：某一节拍内电网中总的特征特征向量D，在该节拍内，单个独立电器的稳态特征向量分别为D1、D2…Dn，则D=D1+D2+…Dn；新接入电器路径匹配及识别方法：从电器稳态特征分解规律中提取出新接入电器的变化路径向量组，M1~Mn；逐个计算变化路径向量组与电器数据库中路径特征向量组之间的相交距离，若电器E记录在数据库内的特征向量组为T1~Tn，当Mi与Ti之间距离小于Lmin，则记为1个相近点，若变化路径向量组与新接入电器特征向量组之间相近点数量大于5个，则判定为新接入电器即为电器E，并对电器E进行特征路径训练；当匹配完毕后，若没有找到5个以上相近点，则进行新增电器添加提示，并将变化路径向量组依据特征向量构建电器特征路径的方法添加至电器路径特征数据库中；不同电器的功耗统计采用时间段分类计算方法：某一时间段内仅有一个电器则对该电器功耗进行直接统计，并记录更新该电器的功率，某一时间段内有多个电器，则将该时间段内电器总功耗以不同电器的功率比进行分配，并分别统计各个电器的功耗；多个电器功耗统计的方法为：监测步骤4）中的频谱特性和电力参数的信号波形，当某一时间有新接入电器时，信号波形会产生第一突变点，记录时间点为t1，接着提取t1之前的第二突变点和t1之后的第三突变点，并记录第二突变点对应的时间点t0和第三突变点对应的时间点t2，提取t0、t1、t2之间的频谱特性和电力参数并计算出t0至t1时间段中的总功耗w1，t1至t2时间段中的总功耗w2，从而计算出新接入电器的功率P=w2/（t2‑t1）‑w1/(t1‑t0)。