[發明專利]基于變點檢測和改進KNN算法的非侵入式負荷識別方法

有效

• 申請號: 202110317472.X
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN112949563B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 孫耀杰;胡敏政;延菲;李昕然;馬磊;孫潔
• 申請（專利權）人: 復旦大學;珠海復旦創新研究院
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

本發明為基于變點檢測和改進KNN算法的非侵入式負荷識別方法，首先利用變點檢測方法進行用電器投切時間點的判別，然后利用定位到的具體時間點，將時間點前后電流電壓做差；接著利用得到的電流電壓差值進行特征提取，最后計算未知負荷與已經建立特征集中各類用電器的綜合相似度，取相似度最大的作為未知負荷的判別結果。本發明考慮到了實際工程應用中非侵入式負荷檢測的算力需求。本發明采用算力需求較低的變點檢測方法以及模式識別算法，并且非侵入式負荷檢測所需要的傳感器數量低，能夠降低家庭用能管理的成本，對于制定用電設備和儲能系統的調度策略、減少用電費用的同時實現削峰填谷、促進區域電網的安全穩定運行有著重要意義。

技術領域

本發明屬于電氣工程領域，具體為一種基于變點檢測和改進KNN算法的非侵入式負荷識別方法。

背景技術

家庭能源管理系統作為智能電網在居民側的延伸，是智能電網的重要組成部分，智能電網眾多功能的實現都需要家庭能源管理系統的支持。非侵入式負荷監測(Non-intrusive Load Monitoring,NILM)，只需要在進戶線總開關處安裝測量裝置，采集用戶端電壓和總電流，然后利用數據分析技術將總能耗信息分配到每一個用電設備，通過對分析算法的不斷改進，NILM能夠滿足分析整體用戶用電行為的要求，實施和維護的成本低，更適合于在居民用戶側大規模推廣。因此，對于家庭能源管理系統，高準確度、低成本和適用于復雜實際場景的非侵入式負荷識別方法仍然十分重要，平衡算法的算力需求與安裝維護成本的矛盾仍然是家庭能源管理系統的一個難題。

發明內容

本發明的目的在于提出一種快速、低成本、高精確度以及魯棒性強的基于變點檢測和改進KNN算法的非侵入式負荷識別方法，顯著提升非侵入式負荷分解的快速性和經濟性，并達到與95％以上的負荷分解準確率。

本發明提出的一種基于變點檢測和改進KNN算法的非侵入式負荷識別方法，具體步驟如下：

(1)所述非侵入式負荷識別方法由非侵入式負荷識別系統實現，所述系統由供電系統、電信號采集系統、總線分線器、負荷分解模塊和各類待測用電器組成，供電系統通過第一斷路器連接電信號采集系統，電信號采集系統連接負荷分解模塊，電信號采集系統連接總線分線器，總線分線器通過不同斷路器分別連接各類待測用電器，供電系統用于電信號采集系統的供電；各個斷路器用于分別控制用電器切入和投出動作；電信號采集系統用于采集總線分線器處的電壓、電流等電信號數據；待測用電器可選擇多種不同種類的用電器，用于特征集建立以及測試；總線分線器用于將不同各類待測用電器并入總線，實現負荷的混疊，模擬實際用電場景；

(2)建立特征集，將單一用電器投入非侵入式負荷識別系統，使用上述電信號測量系統，測量該單一用電器穩定運行時的電壓數據u(t)、電流數據i(t)，對一個周期的用電器數據進行傅里葉變換，取基波電壓相位為0作為基準點，提取一個周期內的電壓瞬時值u(t)、該周期的電流瞬時值數據i(t)，得到該周期內電壓數據u_T(t)、該周期內電壓數據i_T(t)，依據u_T(t)，i_T(t)，做出V-I軌跡，并提取高次諧波、有功功率以及無功功率，將二值化的V-I軌跡、高次諧波、有功功率以及無功功率作為該用電器的特征集；對不同種用電器重復該步驟，可分別得到不同用電器特征集；

(3)多種用電器混疊投入測試，在一段時間t內，將多種用電器投入或切出，通過電信號采集系統，得到t秒內的該周期的電壓瞬時采樣離散值U(i)、該周期的電流瞬時采樣離散值I(i)，計算有功功率，公式(1)為有功功率的定義表達式，公式(2)為離散數據下的有功功率計算方法；

其中：P為該周期內的有功功率，T為周期，u(t)、i(t)分別為該周期的電壓和電流瞬時值；

此步驟采用的有功功率計算方法為公式(2)所示：