[發明專利]一種基于有限狀態機的非侵入式住宅用電負荷分解方法

有效

• 申請號: 201611261491.0
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106651658B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 張榴晨;姜波;茆美琴;張濤
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

本發明公開了一種基于有限狀態機的非侵入式住宅用電負荷分解方法，其特征是利用智能電表采集住宅中共計N個用電負荷在t時刻的有功總功率為P_總(t)，分別建立N個用電負荷的有限狀態機模型，根據有功總功率P_總(t)和N個用電負荷的有限狀態機模型，利用優化算法分解得到用電負荷l在t時刻處于狀態χ的有功功率，進而通過計算分別獲得時長T內各用電負荷的消耗能量。本發明利用負荷數據對住宅用電負荷建模進而實現住宅用電負荷的分解，有效提高了現有NILM分解技術的適用性以及非侵入式住宅用電負荷分解的精度與穩定性。

技術領域

本發明涉及應用于住宅中用電負荷的建模與分解方法，更具體地說是一種非侵入式住宅用電負荷建模與分解方法。

背景技術

隨著住宅中智能電表的逐步普及，使用非侵入式負荷監測(NILM)系統實現住宅用電負荷分解的方法開始廣受關注。相較于侵入式住宅用電負荷分解方法，非侵入式住宅用電負荷分解方法不會中斷負荷供電，易于被用戶接受，不需要安裝大量的檢測設備，節省了購買、安裝和維護這些硬件設備所需的投資和時間，因此成為近年來的研究重點。

雖然目前對非侵入式住宅用電負荷分解方法已進行了大量的研究，但是尚未提出一種可推廣的NILM解決方案。其原因是在現有所提出的非侵入式住宅用電負荷分解方法中，對住宅用電負荷建模時通常作出如下假設：(a)假定住宅用電負荷為雙狀態機，即僅表現出接通和斷開兩種狀態；(b)假設在同一時刻僅有一種住宅用電負荷發生狀態轉換；(c)假設住宅用電負荷的每一次狀態轉換對應的功率變化值均相同。這些假設與實際中絕大多數住宅用電負荷所表現出的更加復雜的行為不符。因此，為提出一種可推廣的NILM解決方案，需要建立一種更為精確的住宅用電負荷模型。HMM模型和HMM變體模型是目前比較常用的住宅用電負荷模型，但在建模過程中，其均需依賴手動設置住宅用電負荷的先驗分布參數，這在許多實際情況下是不可行。

發明內容

本發明針對現有技術中的缺陷，提供了一種基于有限狀態機的非侵入式住宅用電負荷分解方法，利用住宅用電負荷的運行數據自動學習生成住宅用電負荷的有限狀態機模型，進而實現住宅用電負荷分解，以提高現有NILM分解技術的適用性以及非侵入式住宅用電負荷分解的精度與穩定性。

本發明為解決技術問題采用如下技術方案：

本發明基于有限狀態機的非侵入式住宅用電負荷分解方法的特點是：

利用智能電表采集住宅中用電負荷1、用電負荷2、……、和用電負荷N，記為用電負荷l，l＝1,2,…,N，共N個用電負荷在t時刻的有功總功率為P_總(t)，分別建立所述N個用電負荷的有限狀態機模型，根據所述有功總功率P_總(t)和所述N個用電負荷的有限狀態機模型，利用優化算法分解得到所述用電負荷l在t時刻處于狀態χ的有功功率P_lχ(t)，進而通過計算分別獲得時長T內所述用電負荷1、用電負荷2、……、和用電負荷N的消耗能量。

本發明基于有限狀態機的非侵入式住宅用電負荷分解方法的特點也在于：所述用電負荷l的有限狀態機模型是按如下步驟建立：

步驟1：通過采樣分別獲得用電負荷l在t_i時刻的消耗功率P_i，以及用電負荷l在t_i+1時刻的消耗功率P_i+1，則，用電負荷l的消耗功率變化值ΔP_i為：ΔP_i＝P_i+1-P_i，構造集合A₁為：

A₁＝{ΔP_i}，i＝1,2,…,n,n∈N₊；