基于暫態(tài)特征貼近度匹配的家用負荷識別方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于暫態(tài)特征貼近度匹配的家用負荷識別方法及系統(tǒng)，方法包括：在用戶的用電入口處對有功功率以及無功功率進行監(jiān)測；當所述的有功功率以及無功功率發(fā)生變化時，采集變化時刻對應的暫態(tài)波形；從所述的暫態(tài)波形中提取出家用負荷開關對應的暫態(tài)波形；確定家用負荷開關對應的暫態(tài)波形與預設的模板庫中各個家用負荷模板的貼近度；將所述的貼近度組成隸屬度矩陣；根據(jù)所述的隸屬度矩陣識別家用負荷開關對應的暫態(tài)波形所屬的模板。采用以家用負荷的暫態(tài)特征為主，穩(wěn)態(tài)特征為輔的特征量，度量家用負荷與模板庫中負荷的接近程度，可準確識別出家庭常用的較大功率負荷，對于負荷功率的波動具有魯棒性。
【專利說明】基于暫態(tài)特征貼近度匹配的家用負荷識別方法及系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明關于負荷識別【技術領域】，特別是關于家庭用電的負荷識別技術，具體的講是一種基于暫態(tài)特征貼近度匹配的家用負荷識別方法及系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]家庭用電的分類計量是電表智能化的一個必然要求。目前使用的電表僅僅實現(xiàn)了總電量的分時計量，而沒有按照負荷進行分類計量的功能。家用負荷識別就是為了實現(xiàn)電費的分類計量，使用戶的電費清單像電話費清單一樣，各類家用負荷的用電誰多誰少一目了然。這可以使家庭用戶及時了解自己的用電情況，為用戶合理分配各個電器的用電時間及相應的用電量提供一個參考，從而減少電費的支出，有效地降低能源的消耗和浪費。
[0003]現(xiàn)有的家庭用電負荷識別的主要研究方法包括侵入式和非侵入式兩種。其中，侵入式法需要在每個用電系統(tǒng)上安裝計量儀表，該方法得到的數(shù)據(jù)雖然準確，但其由于安裝了計量儀表導致成本很高，且安裝復雜，維護困難。非侵入式法只在用戶的電力供給入口處安裝計量儀表來實時監(jiān)測和采集數(shù)據(jù)，即在一戶一表的基礎上實現(xiàn)負荷的分類計量。該方法成本低易于安裝，適合在線監(jiān)測。相對于侵入式法，非侵入式法對用戶和管理者更有吸引力，是未來家用負荷識別的重要方向之一。但是在非侵入法中，如何通過負荷的不同特征對家用負荷進行識別和計量是當前研究的主要難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中存在的上述技術問題，提出了一種基于家用負荷開關暫態(tài)特征貼近度識別其開啟和關閉的非侵入式方法，采用以家用負荷的暫態(tài)特征為主，穩(wěn)態(tài)特征為輔的特征量，結(jié)合其它家用負荷滿足的時間特征、開關邏輯關系，度量家用負荷與模板庫中負荷的接近程度，可準確識別出家庭常用的較大功率負荷，對于負荷功率的波動具有魯棒性。
[0005]本發(fā)明的目的之一是，提供一種基于暫態(tài)特征貼近度匹配的家用負荷識別方法，包括:在用戶的用電入口處對有功功率以及無功功率進行監(jiān)測；當所述的有功功率以及無功功率發(fā)生變化時，采集變化時刻對應的暫態(tài)波形；從所述的暫態(tài)波形中提取出家用負荷開關對應的暫態(tài)波形；確定家用負荷開關對應的暫態(tài)波形與預設的模板庫中各個家用負荷模板的貼近度；將所述的貼近度組成隸屬度矩陣；根據(jù)所述的隸屬度矩陣識別家用負荷開關對應的暫態(tài)波形所屬的模板。
[0006]本發(fā)明的目的之一是，提供了一種基于暫態(tài)特征貼近度匹配的家用負荷識別系統(tǒng)，包括:監(jiān)測裝置，用于在用戶的用電入口處對有功功率以及無功功率進行監(jiān)測；暫態(tài)波形采集裝置，用于當所述的有功功率以及無功功率發(fā)生變化時，采集變化時刻對應的暫態(tài)波形；家用暫態(tài)波形提取裝置，用于從所述的暫態(tài)波形中提取出家用負荷開關對應的暫態(tài)波形；貼近度確定裝置，用于確定家用負荷開關對應的暫態(tài)波形與預設的模板庫中各個家用負荷模板的貼近度；隸屬度矩陣確定裝置，用于將所述的貼近度組成隸屬度矩陣；家用負荷識別裝置，用于根據(jù)所述的隸屬度矩陣識別家用負荷開關對應的暫態(tài)波形所屬的模板。
[0007]本發(fā)明的有益效果在于，針對現(xiàn)有技術中存在的上述技術問題，通過將家用負荷開關時的暫態(tài)波形和功率變化值作為特征量，將采集的暫態(tài)波形與模板庫中的負荷波形進行匹配，依據(jù)相似度原理確定結(jié)果，對于不易識別的家用負荷則增加局部波形作為特征量進行再匹配，提高了識別效率，可準確識別出家庭常用的較大功率負荷，對于負荷功率的波動具有魯棒性。
[0008]為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0010]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種基于暫態(tài)特征貼近度匹配的家用負荷識別方法的實施方式一的流程圖；
[0011]圖2為本發(fā)明實施例提供的一種基于暫態(tài)特征貼近度匹配的家用負荷識別方法的實施方式二的流程圖；
[0012]圖3為圖1中的步驟S103的具體流程圖；
[0013]圖4為圖1中的步驟S106的具體流程圖；
[0014]圖5為圖4中的步驟S408的具體流程圖；
[0015]圖6為本發(fā)明實施例提供的一種基于暫態(tài)特征貼近度匹配的家用負荷識別系統(tǒng)的實施方式一的結(jié)構(gòu)框圖；
[0016]圖7為本發(fā)明實施例提供的一種基于暫態(tài)特征貼近度匹配的家用負荷識別系統(tǒng)的實施方式二的結(jié)構(gòu)框圖；
[0017]圖8為本發(fā)明實施例提供的一種基于暫態(tài)特征貼近度匹配的家用負荷識別系統(tǒng)中家用暫態(tài)波形提取裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖9為本發(fā)明實施例提供的一種基于暫態(tài)特征貼近度匹配的家用負荷識別系統(tǒng)中家用負荷識別裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖10為本發(fā)明實施例提供的一種基于暫態(tài)特征貼近度匹配的家用負荷識別系統(tǒng)中第二識別模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖11為本發(fā)明提供的具體實施例中15:00至24:00的綜合負荷功率示意圖；
[0021]圖12為圖11的具體實施例中電視機關閉的暫態(tài)波形功率放大圖；
[0022]圖13為本發(fā)明提供的模板庫中電視機關閉的暫態(tài)波形功率放大圖；
[0023]圖14為本發(fā)明提供的模板庫中冰箱關閉的暫態(tài)波形功率放大圖；
[0024]圖15所示為采集的冰箱有功功率暫態(tài)波形示意圖；
[0025]圖16為采集的冰箱無功功率暫態(tài)波形示意圖；
[0026]圖17為冰箱有功功率暫態(tài)波形局部特征波形示意圖；[0027]圖18為冰箱無功功率暫態(tài)波形局部特征波形示意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0029]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種基于暫態(tài)特征貼近度匹配的家用負荷識別方法的實施方式一的流程圖，由圖1可知，在實施方式一中，該方法具體包括:
[0030]SlOl:在用戶的用電入口處對有功功率以及無功功率進行監(jiān)測。如圖11為所示的15:00點至24:00點之間的綜合負荷有功功率示意圖，該圖即為15:00點至24:00點之間對某用戶的有功功率進行監(jiān)測得到的。在具體的實施方式中，該步驟可通過智能電表實現(xiàn)。
[0031]S102:當所述的有功功率以及無功功率發(fā)生變化時，采集變化時刻對應的暫態(tài)波形。發(fā)生擾動或家用負荷的開關時，有功功率以及無功功率會發(fā)生變化。如圖11為所示的15:00點至24:00點之間的綜合負荷功率示意圖上可見,期間有功功率和無功功率發(fā)生數(shù)次變化，對應數(shù)個暫態(tài)波形，這些變化有擾動導致的，也有家用負荷的開關導致的。在具體的實施方式中，可設置觸發(fā)器，當觸發(fā)器動作時，采集暫態(tài)波形。
[0032]S103:從所述的暫態(tài)波形中提取出家用負荷開關對應的暫態(tài)波形，也即該步驟需要將圖11所述的數(shù)個暫態(tài)波形中提取出由于家用負荷開關導致變化的暫態(tài)波形。圖3為圖1中的步驟S103的具體流程圖，由圖3可知，該步驟具體包括:
[0033]S301:從所述的暫態(tài)波形中確定出有功功率以及無功功率的最大值以及最小值。圖12為圖11中箭頭所示處的暫態(tài)波形的放大圖,從圖12中讀取中有功功率和無功功率的
最大值、最小值。
[0034]S302:確定所述有功功率以及無功功率的最大值以及最小值的差值；
[0035]S303:當所述的差值大于預設的擾動閾值時，提取所述的暫態(tài)波形；
[0036]S304:所述的暫態(tài)波形即為家用負荷開關對應的暫態(tài)波形。
[0037]在具體的實施方式中，擾動閾值可根據(jù)具體的使用場景預先設定，通過實際的家用負荷情況和大量的實驗確定，諸如設置T1為100瓦。擾動閾值的設定直接可將由擾動引起的暫態(tài)波形濾除出去，僅提取出由家用負荷開關引起的暫態(tài)波形。
[0038]確定出由家用負荷開關引起的暫態(tài)波形后，即可開始與預設的模板進行匹配，進而識別出當前暫態(tài)波形對應的模板，進而確定出當前暫態(tài)波形對應的具體家用負荷及其開或關。根據(jù)功率的變化差值、開關匹配及時間特征進行預篩選。在本發(fā)明的其他實施方式中，此處還可包括如下步驟:
[0039]根據(jù)所述的差值從預設的模板庫中提取出家用負荷開關對應的暫態(tài)波形的模板子庫。諸如:開關匹配可以排除不合邏輯的情況。如某家用負荷在此之前已經(jīng)打開，則此刻不可能再打開；或者之前還未開啟，則此刻不可能關閉。時間特征檢測則可根據(jù)家用負荷的時間特征對其進行篩選。如冰箱周期性啟停，每隔約80min開啟一次，工作約10-15min，微波爐單次工作時間不會超過30min，不符合該時間范圍的情況予以排除。如此，后續(xù)的步驟S104至S106則可直接與模板子庫中的模板進行匹配。[0040]由圖1可知，在實施方式一中，該方法還包括:
[0041]S104:確定家用負荷開關對應的暫態(tài)波形與預設的模板庫中各個家用負荷模板的貼近度。下面簡述貼近度的具體含義。
[0042]距離用于度量兩個對象的差異程度，最常見的距離測度是歐氏距離。由負荷波形可得到兩個多維向量x、y，其歐氏距離為:
【權利要求】
1.一種基于暫態(tài)特征貼近度匹配的家用負荷識別方法，其特征是，所述的方法包括: 在用戶的用電入口處對有功功率以及無功功率進行監(jiān)測； 當所述的有功功率以及無功功率發(fā)生變化時，采集變化時刻對應的暫態(tài)波形； 從所述的暫態(tài)波形中提取出家用負荷開關對應的暫態(tài)波形； 確定家用負荷開關對應的暫態(tài)波形與預設的模板庫中各個家用負荷模板的貼近度； 將所述的貼近度組成隸屬度矩陣； 根據(jù)所述的隸屬度矩陣識別家用負荷開關對應的暫態(tài)波形所屬的模板。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征是，所述的方法還包括: 預先采集各類家用負荷開關對應的有功功率和無功功率的暫態(tài)波形、穩(wěn)態(tài)功率值以及時間特征； 根據(jù)所述的暫態(tài)波形、穩(wěn)態(tài)功率值以及時間特征建立各類家用負荷開關對應的模板，組成模板庫。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征是，從所述的暫態(tài)波形中提取出家用負荷開關對應的暫態(tài)波形具體包括: 從所述的暫態(tài)波形中確定出有功功率以及無功功率的最大值以及最小值； 確定所述有功功率以及無功功率的最大值以及最小值的差值； 當所述的差值大于預設的擾動閾值時，提取所述的暫態(tài)波形； 所述的暫態(tài)波形即為家用負荷開關對應的暫態(tài)波形。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征是，所述的方法還包括: 根據(jù)所述的差值從預設的模板庫中提取出家用負荷開關對應的暫態(tài)波形的模板子庫。
5.根據(jù)權利要求1或4所述的方法，其特征是，根據(jù)所述的隸屬度矩陣識別家用負荷開關對應的暫態(tài)波形所屬的模板具體包括: 對所述的隸屬度矩陣進行加權，得到綜合隸屬度向量； 從所述的綜合隸屬度向量中選取出最大的分量； 當所述最大的分量大于預設的信任度閾值時，從所述的綜合隸屬度向量中選取出次大的分量； 確定所述最大的分量與所述次大的分量的差值； 當所述的差值大于預設的相似閾值時，所述家用負荷開關對應的暫態(tài)波形所屬的模板即為最大的分量所屬的模板； 否則，對所述的家用負荷開關對應的暫態(tài)波形進行再匹配。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征是，對所述的家用負荷開關對應的暫態(tài)波形進行再匹配具體包括: 從家用負荷開關對應的暫態(tài)波形中選取擴展特征量； 確定所述的擴展特征量與模板庫中各個模板的貼近度； 將所述的貼近度組成擴展隸屬度矩陣； 對所述的擴展隸屬度矩陣進行加權，得到擴展隸屬度向量； 從所述的擴展隸屬度向量中選取出最大的分量； 所述最大的分量所屬的模板即為所述家用負荷開關對應的暫態(tài)波形所屬的模板。
7.一種基于暫態(tài)特征貼近度匹配的家用負荷識別系統(tǒng)，其特征是，所述的系統(tǒng)包括:監(jiān)測裝置，用于在用戶的用電入口處對有功功率以及無功功率進行監(jiān)測； 暫態(tài)波形采集裝置，用于當所述的有功功率以及無功功率發(fā)生變化時，采集變化時刻對應的暫態(tài)波形； 家用暫態(tài)波形提取裝置，用于從所述的暫態(tài)波形中提取出家用負荷開關對應的暫態(tài)波形； 貼近度確定裝置，用于確定家用負荷開關對應的暫態(tài)波形與預設的模板庫中各個家用負荷模板的貼近度； 隸屬度矩陣確定裝置，用于將所述的貼近度組成隸屬度矩陣； 家用負荷識別裝置，用于根據(jù)所述的隸屬度矩陣識別家用負荷開關對應的暫態(tài)波形所屬的模板。
8.根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的系統(tǒng)還包括: 預采集裝置，用于預先采集各類家用負荷開關對應的有功功率和無功功率的暫態(tài)波形、穩(wěn)態(tài)功率值以及時間特征； 模板庫確定裝置，用于根據(jù)所述的暫態(tài)波形、穩(wěn)態(tài)功率值以及時間特征建立各類家用負荷開關對應的模板，組成模板庫。
9.根據(jù)權利要求8所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的家用暫態(tài)波形提取裝置具體包括: 最大最小值確定模塊，用于從所述的暫態(tài)波形中確定出有功功率以及無功功率的最大值以及最小值； 差值確定模塊，用于確定所 述有功功率以及無功功率的最大值以及最小值的差值； 提取模塊，用于當所述的差值大于預設的擾動閾值時，提取所述的暫態(tài)波形，所述的暫態(tài)波形即為家用負荷開關對應的暫態(tài)波形。
10.根據(jù)權利要求9所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的系統(tǒng)還包括: 模板子庫確定裝置，用于根據(jù)所述的差值從預設的模板庫中提取出家用負荷開關對應的暫態(tài)波形的模板子庫。
11.根據(jù)權利要求7或10所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的家用負荷識別裝置具體包括: 加權模塊，用于對所述的隸屬度矩陣進行加權，得到綜合隸屬度向量； 最大分量選取模塊，用于從所述的綜合隸屬度向量中選取出最大的分量； 次大分量選取模塊，用于當所述最大的分量大于預設的信任度閾值時，從所述的綜合隸屬度向量中選取出次大的分量； 差值確定模塊，用于確定所述最大的分量與所述次大的分量的差值； 第一識別模塊，用于當所述的差值大于預設的相似閾值時，所述家用負荷開關對應的暫態(tài)波形所屬的模板即為最大的分量所屬的模板； 第二識別模塊，用于當所述的差值不大于預設的相似閾值時，對所述的家用負荷開關對應的暫態(tài)波形進行再匹配。
12.根據(jù)權利要求11所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的第二識別模塊具體包括: 擴展特征量選取單元，用于從家用負荷開關對應的暫態(tài)波形中選取擴展特征量； 貼近度確定單元，用于確定所述的擴展特征量與模板庫中各個模板的貼近度； 擴展矩陣確定單元，用于將所述的貼近度組成擴展隸屬度矩陣； 擴展向量確定單元，用于對所述的擴展隸屬度矩陣進行加權，得到擴展隸屬度向量；最大分量選取單元，用于從所述的擴展隸屬度向量中選取出最大的分量，所述最大的分量所屬的模板即為所述 家用負荷開關對應的暫態(tài)波形所屬的模板。
【文檔編號】G01R22/06GK103439573SQ201310352829
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月14日 優(yōu)先權日:2013年8月14日
【發(fā)明者】蔡維, 楊洪耕, 賀惠民, 高云, 蔡巍, 王建偉, 鎖娟, 馬鑫晟, 余志森 申請人:國家電網(wǎng)公司, 華北電力科學研究院有限責任公司, 華北電網(wǎng)有限公司, 四川大學