[發(fā)明專利]一種基于電流分解的非侵入式負(fù)載監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210579563.1
• 申請(qǐng)日: 2012-12-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103018611A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉晶杰;徐志偉;聶磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G01R31/00
• 分類號(hào): G01R31/00;G01R19/14
• 代理公司: 北京律誠(chéng)同業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11006
• 代理人: 祁建國(guó);梁揮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于電流分解的非侵入式負(fù)載監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

2008年IBM提出智慧地球的概念，將智慧地球描述為“更透徹的感知、更全面的互聯(lián)互通、更深入的智能化”。美國(guó)政府在智慧地球提出不久之后也將智能電網(wǎng)作為其“新能源救市計(jì)劃”中的重要部分提上日程。與我們熟知的傳統(tǒng)電網(wǎng)比較起來(lái)，智能電網(wǎng)意味著盡可能獲取更多信息，更注重于使用者間的交互，通過(guò)解析信息提供更到位的服務(wù)。智能電表等用戶端設(shè)備直接與用戶接觸，指導(dǎo)用戶用電行為，是智能電網(wǎng)不同于傳統(tǒng)電網(wǎng)的重要體現(xiàn)。通過(guò)給出有關(guān)設(shè)備上的詳細(xì)用電情況，能夠有效的減小用戶對(duì)用電行為的認(rèn)識(shí)偏差，優(yōu)化用戶的使用習(xí)慣，從而得到更好的節(jié)電效果。

因此，有效獲取用電環(huán)境（家庭、生產(chǎn)環(huán)境等）中有關(guān)設(shè)備上的詳細(xì)用電信息，是智能電網(wǎng)領(lǐng)域用戶端信息采集的關(guān)鍵技術(shù)。在不影響用電環(huán)境的情況下，從外部獲取各個(gè)設(shè)備上的詳細(xì)用電信息的監(jiān)測(cè)技術(shù)，被稱為非侵入式負(fù)載監(jiān)測(cè)（NILM）技術(shù)。到目前為止，非侵入式負(fù)載監(jiān)測(cè)技術(shù)主要包括兩大類：

1.基于穩(wěn)態(tài)分析的負(fù)載監(jiān)測(cè)技術(shù)：此類技術(shù)首先為每個(gè)用電設(shè)備定義多個(gè)運(yùn)行狀態(tài)（穩(wěn)態(tài)），并在訓(xùn)練階段為每個(gè)運(yùn)行狀態(tài)建立對(duì)應(yīng)的特征；在開(kāi)始監(jiān)測(cè)后，通過(guò)將采集到的全局信息與已知的特征集合的比對(duì)，獲取當(dāng)前狀態(tài)下所有用電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；最終根據(jù)預(yù)先定義的運(yùn)行狀態(tài)，給出有關(guān)設(shè)備上的詳細(xì)用電信息。

2.基于暫態(tài)事件的負(fù)載監(jiān)測(cè)技術(shù)：此類技術(shù)首先為每個(gè)用電設(shè)備定義多個(gè)暫態(tài)事件，并在訓(xùn)練階段為每個(gè)暫態(tài)事件建立對(duì)應(yīng)的特征；在開(kāi)始監(jiān)測(cè)后，通過(guò)將采集到的全局信息與已知的特征集合的比對(duì)，判斷當(dāng)前狀態(tài)下是否發(fā)生暫態(tài)事件；當(dāng)有暫態(tài)事件發(fā)生時(shí)，根據(jù)事件定義，修改對(duì)應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，最終給出有關(guān)設(shè)備上的詳細(xì)用電信息。

雖然上述兩種技術(shù)都支持非侵入式負(fù)載監(jiān)測(cè)，滿足智能電網(wǎng)領(lǐng)域用戶端信息采集的需求，但是這兩種技術(shù)都對(duì)用電設(shè)備做出了類似的假設(shè)：設(shè)備具有相對(duì)穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，確定運(yùn)行狀態(tài)后可以根據(jù)已知的信息，獲得設(shè)備的詳細(xì)用電信息。而隨著時(shí)代進(jìn)步，用電設(shè)備的行為日益彈性化，使得這一假設(shè)不再適用，不能獲得準(zhǔn)確的用電信息。例如：在同樣時(shí)間段中，運(yùn)行游戲程序的電腦相對(duì)于單純?yōu)g覽網(wǎng)頁(yè)消耗更多的電力，空閑與繁忙的功耗差異可能超過(guò)30%。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)用電設(shè)備的彈性用電行為，本方法對(duì)通過(guò)設(shè)備的電流的相空間建模，直接將采集到的總電流分解到各個(gè)設(shè)備上。不再對(duì)復(fù)雜的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)，直接利用電流信息計(jì)算有關(guān)設(shè)備上的詳細(xì)用電信息。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于電流分解的非侵入式負(fù)載監(jiān)測(cè)方法，該方法包括：

步驟1，對(duì)每一個(gè)用電設(shè)備進(jìn)行訓(xùn)練，獲得所述每一個(gè)用電設(shè)備的統(tǒng)計(jì)流形，并將所述統(tǒng)計(jì)流形存入數(shù)據(jù)庫(kù)；

步驟2，在電網(wǎng)入口處安裝采集單元，實(shí)時(shí)獲取所有用電設(shè)備的用電數(shù)據(jù)，并將所述用電數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成計(jì)算統(tǒng)計(jì)流形的向量表示，獲得總電流的向量集合；

步驟3，計(jì)算單元載入所述每一個(gè)用電設(shè)備的統(tǒng)計(jì)流形，根據(jù)所述統(tǒng)計(jì)流形分解所述總統(tǒng)計(jì)流形，從而獲得每一個(gè)用電設(shè)備的實(shí)時(shí)電流向量。

進(jìn)一步的，所述步驟1包括：

步驟11，采集每一個(gè)用電設(shè)備正常工作時(shí)的電流與電壓信號(hào)；

步驟12，將所述電流與電壓信號(hào)向量化，獲得每一個(gè)用電設(shè)備的向量集合；

步驟13，根據(jù)所述向量集合，構(gòu)造出該用電設(shè)備的統(tǒng)計(jì)流形，直到完成所有用電設(shè)備的訓(xùn)練。

進(jìn)一步的，所述步驟2包括：

步驟21，所述采集單元實(shí)時(shí)獲取所有用電設(shè)備的電流與電壓信號(hào)；

步驟22，所述計(jì)算單元將所述電流與電壓信號(hào)向量化，獲得總電流的向量集合。

進(jìn)一步的，所述步驟3包括：

步驟31，所述計(jì)算單元載入各個(gè)用電設(shè)備的統(tǒng)計(jì)流形，根據(jù)統(tǒng)計(jì)流形的性質(zhì)選取分解時(shí)使用的最優(yōu)化算法；

步驟32，使用所述最優(yōu)化算法，結(jié)合所述各個(gè)用電設(shè)備的統(tǒng)計(jì)流形，對(duì)所述總電流的向量集合進(jìn)行分解，得到各個(gè)設(shè)備上的電流。

所述非侵入式負(fù)載監(jiān)測(cè)方法還包括：

步驟4，完成分解后，對(duì)分解結(jié)果進(jìn)行誤差分析；

步驟5，如果誤差在接受范圍內(nèi)，所述計(jì)算單元根據(jù)所述每一個(gè)用電設(shè)備的實(shí)時(shí)電流向量計(jì)算每一個(gè)用電設(shè)備的功率，并將所述功率傳入顯示單元；否則進(jìn)行異常處理。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種基于電流分解的非侵入式負(fù)載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

訓(xùn)練模塊，對(duì)每一個(gè)用電設(shè)備進(jìn)行訓(xùn)練，獲得所述每一個(gè)用電設(shè)備的統(tǒng)計(jì)流形，并將所述統(tǒng)計(jì)流形存入數(shù)據(jù)庫(kù)；