一種網(wǎng)絡(luò)化智能負(fù)載識別裝置及識別方法
【專利說明】一種網(wǎng)絡(luò)化智能負(fù)載識別裝置及識別方法
[0001]本專利得到天津師范大學(xué)校級青年基金項目:非接觸式負(fù)載識別技術(shù)研宄(項目號:52XQ1401)支持。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于應(yīng)用電子產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種針對單項民用交流電負(fù)載設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化智能負(fù)載識別裝置及識別方法，適用于需要對民用單項交流電負(fù)載進(jìn)行識別的應(yīng)用場入口 O
【背景技術(shù)】
[0003]目前針對民用交流電的負(fù)載識別主要分為兩種方法:總功率限定判別法和瞬時功率增量判別法。
[0004]總功率限定判別法，其原理是當(dāng)單項電負(fù)載端用電功率增大，達(dá)到用電負(fù)荷設(shè)定的閾值時，由MCU控制繼電器或斷路器斷開單相電回路，起到大功率負(fù)載識別并切斷供電的目的。目前大部分負(fù)載識別的應(yīng)用場合都采用這種方法進(jìn)行控制，本方法可以初步識別大功率負(fù)載電器，但是對于功率在負(fù)荷閾值以下的負(fù)載則無法判斷。
[0005]瞬時功率增量判別法，其原理是以極小時間單位為間隔進(jìn)行負(fù)載功率采樣，并保存功率數(shù)據(jù)，每次采樣過程結(jié)束后，利用當(dāng)前采樣值與前一次采樣值進(jìn)行作差比較，當(dāng)作差結(jié)果較大時，表示負(fù)載功率有較大變化，即有較大功率負(fù)載接入，起到負(fù)載識別的目的。
[0006]目前基于如上識別方法的負(fù)載識別裝置，均不具有聯(lián)網(wǎng)功能，無法實時查看各識別單元的狀態(tài)，無法對識別單元進(jìn)行遠(yuǎn)程復(fù)位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提供了一種網(wǎng)絡(luò)化智能負(fù)載識別裝置及識別方法，該裝置在識別多種負(fù)載特征參數(shù)的基礎(chǔ)上，完成對用電負(fù)載類型的判別，并具備聯(lián)網(wǎng)功能，便于遠(yuǎn)程集中系統(tǒng)控制。
[0008]本發(fā)明為解決這一問題所采取的技術(shù)方案是:
本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)化智能負(fù)載識別裝置，包括控制芯片、與控制芯片連接的電參數(shù)采集芯片和繼電器、以及電壓采集單元和電流采集單元；電參數(shù)采集芯片分別通過電壓采集單元、電流采集單元和AD轉(zhuǎn)換器與電力線連接，電流采集單元包括環(huán)繞電力線連接的電流互感器和第一低通濾波器，電壓采集單元包括環(huán)繞電力線連接的電壓互感器和第二低通濾波器；控制芯片通過串行總線與集中控制平臺連接。
[0009]其中，電參數(shù)采集芯片采用CS5463芯片，所采集的電參數(shù)包括瞬時電壓、電流、功率、視在功率、有功功率、無功功率、有功基波、有功諧波、無功基波、功率因數(shù)和交流頻率。
[0010]控制芯片采用MSP430F5438，控制芯片還與IXD顯示器和撥碼開關(guān)連接?？刂菩酒梢酝ㄟ^RS485總線與集中控制平臺連接，也可以通過RS485總線、轉(zhuǎn)換接口和TCP/IP協(xié)議總線與集中控制平臺連接。
[0011]一種網(wǎng)絡(luò)化智能負(fù)載識別方法，該方法包括如下步驟:
控制芯片循環(huán)讀取CS5463芯片緩存的采樣數(shù)據(jù)，取總功率、增量功率、諧波風(fēng)量、功率因數(shù)、相位這五個電參數(shù)作為本裝置的判別依據(jù)；
首先、判斷總功率，判別功率的大小，以此識別用電器設(shè)備的功率等級；
其次、判斷增量功率，以單位時間內(nèi)功率的增量識別在多用電器電路中不同功率的電器接入，并以此判斷接入用電器的功率等級；
第三、判斷諧波分量，不用電器接入，由于其自身特性的不可避免會帶來特定諧波分量，以此判斷用電器類別；
第四、判斷功率因數(shù)，基于不同類別用電器，接入電路，產(chǎn)生的功率因數(shù)不同，判斷用電器的類別；
第五、判斷電流與電壓的相位，基于感性電器電壓相位超前于電流相位，容性電器電壓相位滯后于電流相位，阻性電器相位同步的特點，判別電器類別；
通過不同電參數(shù)的判斷，最后通過判別模型，識別出負(fù)載的類型，達(dá)到負(fù)載識別的目的；依據(jù)控制端用電策略，完成繼電器通斷控制，依據(jù)控制命令，及時上傳數(shù)據(jù)。
[0012]本發(fā)明采用高性能處理器芯片和高精度電能采集芯片對民用單項電負(fù)載進(jìn)行電參數(shù)采樣，將采樣得到的多種負(fù)載電參數(shù)進(jìn)行分類算法分析，得到基于不同負(fù)載電參數(shù)的分析結(jié)果，在對不同類型負(fù)載進(jìn)行大量實驗測量的基礎(chǔ)上，建立基于多種電參數(shù)分析結(jié)果的負(fù)載識別模型，依據(jù)此模型，固化程序，最終達(dá)到對單項電負(fù)載智能化識別的目的。
[0013]本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是:
本發(fā)明的采用高性能處理器芯片和高精度電能采集芯片對民用單項電負(fù)載進(jìn)行電參數(shù)采樣，采樣測量負(fù)載電參數(shù)詳細(xì)，包括瞬時電壓、電流、功率、視在功率、有功功率、無功功率、有功基波、有功諧波、無功基波、功率因數(shù)、交流頻率，為后續(xù)的識別算法提供充分的數(shù)據(jù)支持，和功能擴(kuò)展。同時本裝置設(shè)計了 RS485和TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換接口，用于與PC集中控制端進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸；RS485總線具備特定的數(shù)據(jù)格式和校驗方法，保證了數(shù)據(jù)可靠通信，使多機(jī)間具備組網(wǎng)功能，便于實現(xiàn)后臺集中控制。本發(fā)明基于多種電參數(shù)進(jìn)行分析，綜合t吳型判別，極大提尚負(fù)載識別準(zhǔn)確率。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)化智能負(fù)載識別裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
圖2是本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)化智能負(fù)載識別方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0015]以下參照附圖對本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)化智能負(fù)載識別裝置及識別方法進(jìn)行詳細(xì)的說明。下面描述的具體實施例僅是本發(fā)明的最佳實施方式，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0016]圖1是本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)化智能負(fù)載識別裝置的結(jié)構(gòu)框圖。如圖1所示，本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)化智能負(fù)載識別裝置，包括控制芯片、與控制芯片連接的電參數(shù)采集芯片和繼電器、以及電壓采集單元和電流采集單元；電參數(shù)采集芯片分別通過電壓采集單元、電流采集單元和AD轉(zhuǎn)換器與電力線連接，電流采集單元包括環(huán)繞電力線連接的電流互感器和第一低通濾波器，電壓采集單元包括環(huán)繞電力線連接的電壓互感器和第二低通濾波器；控制芯片通過串行總線與集中控制平臺連接。
[0017]其中，電參數(shù)采集芯片采用CS5463芯片，微處理器通過相關(guān)協(xié)議對CS5463芯片進(jìn)行操作，可以自動完成一些列電參數(shù)的采樣測量，其中包括瞬時電壓、電流、功率、視在功率、有功功率、無功功率、有功基波、有功諧波、無功基波、功率因數(shù)、交流頻率。相對于一般的負(fù)載識別裝置，本發(fā)明裝置能夠獲得一些列電能參數(shù)，并對一些列電參數(shù)進(jìn)行分析，最后綜合得出識別結(jié)果。
[0018]控制芯片采用MSP430F5438，MSP430F5438 具有 256K FLASH，16K RAM，32 位單指令周期乘法器，4個USCI，主頻可達(dá)到20MHz。該處理器具有的32位單指令周期乘法器，十分適合本裝置涉及的算法處理，多大4個USCI方便與大都數(shù)外設(shè)進(jìn)行連接，便于擴(kuò)展功能。較大的FLASH存儲器，可以滿足程序設(shè)計的復(fù)雜度。
[0019]控制芯片可以通過RS485總線與集中控制平臺連接，也可以通過RS485總線、轉(zhuǎn)換接口和TCP/IP協(xié)議總線與集中控制平臺連接，實現(xiàn)了設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，支持?jǐn)U展集中控制平臺，集中控制平臺可以實時讀取選定識別裝置的電參數(shù)以及識別結(jié)果，便于做出相應(yīng)的用電策略，同時集中控制平臺可下發(fā)相應(yīng)的識別模式，實現(xiàn)在時間短的靈活用電管理。設(shè)備聯(lián)網(wǎng)、集中控制管理功能是當(dāng)前市面上負(fù)載識別裝置所欠缺的。
[0020]控制芯片還與IXD顯示器和撥碼開關(guān)連接。本裝置采用高性能處理器和高精度電能采集IC對民用單項電負(fù)載進(jìn)行電參數(shù)采樣，將采樣得到的多種負(fù)載電參數(shù)進(jìn)行分類算法分析，得到基于不同負(fù)載電參數(shù)的分析結(jié)果，在對不同類型負(fù)載進(jìn)行大量實驗測量的基礎(chǔ)上，建立基于多種電參數(shù)分析結(jié)果的負(fù)載識別模型，依據(jù)此模型，固化程序，最終達(dá)到對單項電負(fù)載智能化識別的目的。本裝置實現(xiàn)采樣測量一系列負(fù)載電參數(shù)，通過算法分析得到的電參數(shù)，綜合結(jié)果判斷出負(fù)載類型，同時支持多設(shè)備組網(wǎng)，后臺控制中心聯(lián)網(wǎng)控制功能，支持?jǐn)嚯娍刂乒δ堋?br>[0021]本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)化智能負(fù)載識別裝置的工作過程如下:本裝置利用電壓互感器和電流互感器按一定比例互感從民用單項交流220V電力線上采樣得到交流電壓和交流電流，經(jīng)過低通濾波器濾掉可能感應(yīng)得到的高頻分量，保護(hù)芯片CS5463的采樣管