[發明專利]通過分析負載瞬時狀態實現非介入測定裝置消耗電能的方法和裝置

有效

• 申請號: 200980148027.2
• 申請日: 2009-10-02
• 公開（公告）號: CN102224425A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 發明（設計）人: 阿利奧內·迪奧普;西埃里·喬安內特;克哈利爾·埃爾克哈姆利奇德里西;哈拉·納吉梅丁
• 申請（專利權）人: 法國電力公司;布萊茲巴斯卡爾克萊蒙第二大學;蘭迪斯+GYR公司;國家科學研究中心
• 主分類號: G01R22/00
• 分類號: G01R22/00;G01R22/10
• 代理公司: 上海天協和誠知識產權代理事務所 31216
• 代理人: 張恒康

本發明涉及通過分析負載瞬時狀態實現非介入測定裝置消耗電能的方法和裝置。

目前，由交流電壓網絡提供的用戶裝置所消耗電能以及對應的電能消耗可從裝置物理參數的直接測量中測定，例如供給電壓、傳輸的電流強度、傳輸電流和供給電壓之間的相移。

通常，電子模塊可以根據上述電壓、電流及相移的數值來計算消耗的有功和無功電能，并且通過對一個給定時間范圍的連續電能數值的積分來計算所消耗的電能。

上述電子模塊通常都安裝在測量表中，例如電表，并且在某些情況下可以傳輸上述測量數值和/或功率數值或最終消耗的能量數值。

上述測量表都是令人十分滿意的。

然而，它們存在著缺點，都需要將上述電子模塊安裝在測量表中，并因此該表在多數情況下都在用戶的私人房產內，即更普遍的是在用戶的住所中。

為了從用戶的私人房產中移出所述裝置并且測量功率或電能，已經提出了各種不同的改進方法。

例如，一種方法包括通過分析電表或電表上行線路的裝置的整體負載曲線，在用戶私人住所外測量在用戶裝置分支上的供給電壓和傳輸電流，從采用非介入處理過程的觀點來看，稱之為NIALM(即，Non-Intrusive?Appliance?Load?Monitoring＝非介入式負載檢測應用)。

上述非介入處理過程明顯有益于面臨能量成本預測、網絡發展和降低能耗挑戰的電能的提供者、分銷商以及消費者。

NIALM處理過程顯示了非介入的幾個階段，包括器具的自動訓練階段，正如專利文獻US?4858141所闡述的；包括器具的人工訓練階段，正如專利文獻US?5483153所闡述的。

人工NIALM處理過程證明比自動NIALM處理過程更加精確，因為以不同的能耗階段來收集器具的能耗信號。

然而，這種半介入形式對于用戶來說十分惱火，而對于電能的分銷商或提供商來說也沒有任何吸引力。

在人工NIALM處理的情況下，可以根據在各個器具上的電流傳感器來構建電接收器具的數據庫。

在自動NIALM處理的情況下，基于電表所測量到的功率來構建隨時間改善的電接收器具的庫。

上述庫實際上有可能識別各個電器及其能耗，并且已經提升對這些電器使用的識別或者甚至這些電器用戶的使用習慣或電器能耗的識別。

因此，對使用的識別提出了各種不同的處理方式：

-根據電流強度變化的識別，正如專利申請FR?2645968所描述的。將這種變化與家用負載連接/斷開情況下的閾值典型數值相比較。該閾值數值列在數據庫中；

-根據在穩定狀態中裝置的有功和無功功率和/或導納的變化測量，正如專利文獻US4858141所描述的。與庫所存儲的市場現有各種不同電器的參考表進行比較；

-根據基頻及其諧波的電流測量，正如專利文獻US6816078所描述的。通過電器所產生并在庫中分類的諧波(通過頻率變化FFT)來識別各個電器。可通過驗證形成總電流所存在的最高諧波頻率來評估該電器的操作；

-根據在瞬變條件中的裝置的有功和無功功率的測量，正如專利文獻5483153所描述的。瞬變的輪廓與用于負載識別的數據庫進行比較；

-根據連接著電網的電器所發出的啟動高頻脈沖的提示，正如專利文獻EP1136829和US7078982B2所描述的。如果需要，這個過程需要在各個被檢測的電器上進行，其適用于在公共網絡中產生高頻信號的裝置以及使用能放大高頻信號的接收器或中繼器。盡管描述為非介入式，但當識別裝置第一次安裝的時候，這一過程就需要電器經歷多次逐一的接通和斷開；

-根據對電流和電壓所進行的測量來確定裝置的負載阻抗隨時間的變化，正如專利文件WO93/04377所描述的。但是，這樣的過程仍舊是介入式的。在電表中的大量存儲組件必需由員工定期的更換。

上述所有的處理過程都包括介入的層級，這與大量家用電器所呈現出的大規模應用是不相符的。

上述過程可以使用更能保證電網提供純正弦電壓的參數和數值，例如：視在功率、無功功率、有功功率，電流和電壓的有效值，并因為它們不適合越來越多的電器會產生疊加在基頻分量上的電子干擾和噪聲，因此在廣泛使用眾的多個用戶裝置的情況下，它們被破壞。

上述過程都為本領域的技術人員所熟知的，用于分析信號的快速傅立葉變換(FFT)類型的頻率處理過程。

這種類型的處理過程需要正在處理的信號的相對較大的觀察窗，以便于有效地辨別正在處理的信號的各種不同分量，50Hz或60Hz的基頻以及諧波頻率，以滿足上述疊加在基頻分量上的噪聲分量的處理。