本發(fā)明屬于智能用電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于功率及時(shí)間特性的電烤箱非侵入辨識(shí)方法。

背景技術(shù)：

我國(guó)居民用電目前呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：第一，增速高，2016年居民占新增用電量的比例高達(dá)38％；第二，行為復(fù)雜，由于個(gè)體眾多，同時(shí)家用電器種類(lèi)繁多，居民用戶的用電行為非常復(fù)雜；第三，綜合能耗高，居民用戶的綜合能耗遠(yuǎn)高于日本等發(fā)達(dá)國(guó)家水平。居民電力負(fù)荷監(jiān)測(cè)分解技術(shù)是一門(mén)新興的智能電網(wǎng)基礎(chǔ)支撐技術(shù)，與目前智能電表僅量測(cè)用戶總功率不同，它以監(jiān)測(cè)并分解出居民戶內(nèi)所有電器的啟動(dòng)時(shí)間、工作狀態(tài)、能耗情況為目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)更加可靠、精確的電能量管理。電力負(fù)荷監(jiān)測(cè)分解技術(shù)使用戶的電費(fèi)清單像電話費(fèi)清單一樣，各類(lèi)家用電器的用電量一目了然，從而使用戶及時(shí)了解自己的用電情況，為合理分配各個(gè)電器的用電時(shí)間及相應(yīng)的用電量提供參考，最終能夠有效減少電費(fèi)支出和電能浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，如果家庭用戶能夠及時(shí)了解住宅電器的詳細(xì)用電信息，就能使每月電費(fèi)開(kāi)支下降5％～15％。如果全美國(guó)有一半家庭每個(gè)月節(jié)省這么多開(kāi)支，減少的碳排放量相當(dāng)于減少800萬(wàn)輛汽車(chē)的使用。

目前，居民電力負(fù)荷監(jiān)測(cè)分解技術(shù)主要分為侵入式監(jiān)測(cè)分解(intrusiveloadmonitoringanddecomposition，ilmd)和非侵入式監(jiān)測(cè)分解(non-intrusiveloadmonitoringanddecomposition，nilmd)兩大類(lèi)：

(1)侵入式負(fù)荷監(jiān)測(cè)分解技術(shù)(ilmd)：侵入式負(fù)荷監(jiān)測(cè)將帶有數(shù)字通信功能的傳感器安裝在每個(gè)電器與電網(wǎng)的接口，可以準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)每個(gè)負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)和功率消耗。但大量安裝監(jiān)測(cè)傳感器造成建設(shè)和維護(hù)的成本較高，最重要的是侵入式負(fù)荷監(jiān)測(cè)需要進(jìn)入居民家中進(jìn)行安裝調(diào)試，容易造成用戶抵制心理。

(2)非侵入式負(fù)荷監(jiān)測(cè)分解技術(shù)(nilmd)：僅在用戶入口處安裝一個(gè)傳感器，通過(guò)采集和分析入口總電流、電壓等信息來(lái)判斷戶內(nèi)每個(gè)或每類(lèi)電器的用電功率和工作狀態(tài)(例如，空調(diào)具有制冷、制熱、待機(jī)等不同工作狀態(tài))，從而得出居民的用電規(guī)律。和侵入式負(fù)荷分解相比，由于只需要安裝一個(gè)監(jiān)測(cè)傳感器，非侵入負(fù)荷分解方案的建設(shè)成本和后期維護(hù)難度都大幅降低；另外，傳感器安裝位置可以選擇在用戶電表箱處，完全不會(huì)侵入居民戶內(nèi)進(jìn)行施工?？梢哉J(rèn)為，nilmd以分解算法代替ilmd系統(tǒng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)，具有簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠、數(shù)據(jù)完整和易于迅速推廣應(yīng)用等優(yōu)勢(shì)，有望發(fā)展成為高級(jí)量測(cè)體系(ami)中新一代核心技術(shù)(成熟后，nilmd算法也可以融合到智能電表的芯片內(nèi))，支持需求側(cè)管理、定制電力等智能用電的高級(jí)功能，也適用于臨時(shí)性的負(fù)荷用電細(xì)節(jié)監(jiān)測(cè)與調(diào)查。

電烤箱是利用電熱元件發(fā)出的輻射熱烤制食物的廚房電器，有效容積從13升到34升都有，功率大約在1000w-2000w之間，但是烤箱工作時(shí)不是始終通電，所以大功率烤箱不一定比小功率烤箱更費(fèi)電。電烤箱的加熱方式可分為上火、下火單獨(dú)加熱和上下同時(shí)加熱三種，溫度一般可在50-250℃范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。

綜上所述，nilmd技術(shù)已經(jīng)逐漸成為一個(gè)研究熱點(diǎn)，相關(guān)技術(shù)的突破和產(chǎn)業(yè)化對(duì)全社會(huì)的節(jié)能減排的目標(biāo)具有重要意義。但目前nilmd技術(shù)的研究還停留在理論研究階段，間斷運(yùn)行負(fù)荷尤其是電吹風(fēng)的分解辨識(shí)方法等關(guān)鍵技術(shù)還有待突破。

因此，亟待解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種可精準(zhǔn)感測(cè)電吹風(fēng)運(yùn)行狀態(tài)和額定功率的基于功率及時(shí)間特性的電烤箱非侵入辨識(shí)方法。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明公開(kāi)了一種基于功率及時(shí)間特性的電烤箱非侵入辨識(shí)方法，該辨識(shí)方法包括如下步驟：

(1)在一定采樣頻率范圍內(nèi)，對(duì)總電源進(jìn)線的電壓和電流信號(hào)進(jìn)行采樣，形成電壓信號(hào)采樣序列u(k)和電流信號(hào)采樣序列i(k)，k為采樣點(diǎn)編號(hào)；

(2)掃描采集到的電壓信號(hào)采樣序列u(k)和電流信號(hào)采樣序列i(k)，計(jì)算實(shí)時(shí)平均有功功率序列p(i)和實(shí)時(shí)平均無(wú)功功率序列q(i)；

(3)在一定計(jì)算時(shí)間窗口內(nèi)，掃描實(shí)時(shí)平均有功功率序列p(i)和實(shí)時(shí)平均無(wú)功功率序列q(i)，計(jì)算有功功率變化量δp(i)和無(wú)功功率δq(i)；

(4)檢測(cè)有功功率變化量δp(i)是否大于1000，若δp(i)>1000則判定功率抬升，抬升時(shí)刻為ton(i)，有功功率的抬升值記為δpu，無(wú)功功率的抬升值記為δqu，并將δpu、δqu、ton(i)記入啟動(dòng)電器表；

(5)檢測(cè)有功功率變化量δp(i)是否小于-1000，若是δp(i)<-1000則判定功率跌落，記錄跌落時(shí)刻toff(i)，有功功率的跌落值δpd，無(wú)功功率的跌落值δqd，遍歷啟動(dòng)電器表，當(dāng)滿足以下判據(jù)：|δpu|≈|δpd|>1000，|δqu|≈|δqd|≈0，轉(zhuǎn)到步驟(6)

(6)計(jì)算電器運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)δt(i)＝toff(i)-ton(i)，如果滿足60s<δt<70s，δt1≈δt2≈…≈δtn，則判定電烤箱運(yùn)行，并計(jì)算電烤箱的近似額定功率，否則返回步驟(2)。

其中，所述步驟(1)中的采樣頻率范圍為f＝0.5khz～2khz。

優(yōu)選的，所述步驟(2)中所述實(shí)時(shí)平均有功功率序列p(i)和實(shí)時(shí)平均無(wú)功功率序列q(i)的的計(jì)算公式分別為

其中，m為計(jì)算時(shí)間窗口所含工頻周期的數(shù)目，取m＝5，k為采樣點(diǎn)編號(hào)，n為一個(gè)工頻周期包含的采樣點(diǎn)數(shù)目，n＝1000×(f/50)。

再者，所述步驟(3)中有功功率變化量δp(i)和無(wú)功功率δq(i)的計(jì)算公式分別為：δp(i)＝p(i+1)-p(i),δq(i)＝q(i+1)-q(i)，其中i＝1,2,3…。

進(jìn)一步，所述步驟(1)中分別采用電壓傳感器和電流傳感器對(duì)總電源進(jìn)線的電壓和電流信號(hào)進(jìn)行采樣。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明提供了基于功率及時(shí)間特性的電烤箱非侵入辨識(shí)方法，解決了目前家用電器中間斷運(yùn)行的負(fù)荷較多，如電吹風(fēng)、電烤箱、微波爐等，電烤箱的穩(wěn)態(tài)特性與其他電器相似，無(wú)明顯的暫態(tài)特性等難題，通過(guò)功率變化和運(yùn)算時(shí)長(zhǎng)能夠準(zhǔn)確感知電烤箱的運(yùn)行及所處狀態(tài)，并提供電烤箱的近似額定功率，為實(shí)現(xiàn)電烤箱的非侵入辨識(shí)提供了技術(shù)支撐。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的流程示意圖；

圖2為基于負(fù)荷間斷運(yùn)行的電烤箱運(yùn)行非侵入辨識(shí)方法中實(shí)時(shí)平均有功功率的計(jì)算結(jié)果圖；

圖3為基于負(fù)荷間斷運(yùn)行的電烤箱運(yùn)行非侵入辨識(shí)方法中實(shí)時(shí)平均無(wú)功功率的計(jì)算結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1、圖2所示，本發(fā)明公開(kāi)了一種基于功率及時(shí)間特性的電烤箱非侵入辨識(shí)方法，具體的流程步驟如下：

(1)取采樣頻率f＝0.8khz，使用電流傳感器和電壓傳感器對(duì)總電源進(jìn)線的電壓和電流進(jìn)行采樣，形成電壓信號(hào)采樣序列u(k)和電流信號(hào)采樣序列i(k)，k為采樣點(diǎn)編號(hào)。

(2)取計(jì)算時(shí)間窗口m＝5個(gè)工頻周期，一個(gè)工頻周期包含的采樣點(diǎn)數(shù)目n＝16，計(jì)算總電源進(jìn)線處的實(shí)時(shí)平均有功功率序列p(i)和無(wú)功功率序列q(i)，其中

p(i)的計(jì)算公式為

q(i)的計(jì)算公式為

如圖2所示，電烤箱的運(yùn)行方式為間斷運(yùn)行，并且各段運(yùn)行時(shí)間大致相等，一次運(yùn)行時(shí)間大致為60s至70s左右，在電烤箱整個(gè)工作過(guò)程中有多段間歇運(yùn)行過(guò)程。

(3)在一定計(jì)算時(shí)間窗口內(nèi)掃描實(shí)時(shí)平均有功功率序列p(i)和實(shí)時(shí)平均無(wú)功功率序列q(i)，計(jì)算有功功率變化量δp(i)和無(wú)功功率δq(i)，δp(i)的計(jì)算公式為δp(i)＝δp(i+1)-δp(i)，δq(i)的計(jì)算公式為δq(i)＝δq(i+1)-δq(i)，其中i＝1,2,3…

如圖2所示，電烤箱在運(yùn)行期間功率一直在變化，有功功率間歇出現(xiàn)階躍型啟停過(guò)程，有功功率的變化量為1080w左右，而無(wú)功功率在0至-12w內(nèi)波動(dòng)，根據(jù)計(jì)算公式求得δp(i)和δq(i)的值。

(4)檢測(cè)有功功率變化量δp(i)是否大于1000，若是δp(i)>1000則判定功率抬升，抬升時(shí)刻為ton(i)，有功功率的抬升值記為δpu，無(wú)功功率的抬升值記為δqu，并且將δpu、δqu、ton(i)記入啟動(dòng)電器表；

具體為通過(guò)檢測(cè)δp(i)值的大小來(lái)鑒定負(fù)荷是否為功率抬升，若非功率抬升則進(jìn)入步驟(5)，否則將抬升時(shí)刻記為ton(i)，有功功率抬升值記為δpu，無(wú)功功率抬升值記為δqu，并且將δpu、δqu、ton(i)記入啟動(dòng)電器表。

如圖2和圖3所示，電烤箱在運(yùn)行期間階躍上升時(shí)刻的δp值為1080w，大于判據(jù)中的閾值1000w，故可以判定為功率抬升，將抬升時(shí)刻記為ton(i)，如圖所示的ton(1)、ton(2)，有功功率的抬升值記為δpu(i)，無(wú)功功率的抬升值記為δqu(i)，并且將δpu(i)、δqu(i)、ton(i)記入啟動(dòng)電器表。

(5)檢測(cè)有功功率變化量δp(i)是否小于-1000，若是δp(i)<-1000則判定功率跌落，記跌落時(shí)刻為toff(i)，有功功率跌落值為δpd，無(wú)功功率跌落值為δqd，遍歷啟動(dòng)電器表，當(dāng)滿足以下判據(jù)：|δpu|≈|δpd|>1000，|δqu|≈|δqd|≈0，轉(zhuǎn)到步驟(6)；

具體為通過(guò)檢測(cè)δp(i)值的大小來(lái)鑒定負(fù)荷是否為功率跌落，若非功率跌落則返回步驟(2)，否則將跌落時(shí)刻記為toff(i)，有功功率跌落值記為δpd，無(wú)功功率跌落值記為δqd，并且將δpd、δqd記入啟動(dòng)電器表。

如圖2和圖3所示，ton(1)時(shí)刻的有功功率抬升值記為δpu(1)，無(wú)功功率抬升值記為δqu(1)，toff(1)時(shí)刻的有功功率跌落值記為δpd(1)，無(wú)功功率跌落值記為δqd(1)；ton(2)時(shí)刻的有功功率抬升值記為δpu(2)，無(wú)功功率抬升值記為δqu(2)，toff(2)時(shí)刻的有功功率跌落值記為δpd(1)，無(wú)功功率跌落值記為δqd(1)，可得|δpu(1)|≈|δpd(1)|>1000，|δpu(2)|≈|δpd(2)|>1000，而無(wú)功功率波動(dòng)很小可近似等于0，滿足判據(jù)：|δpu|≈|δpd|>1000，|δqu|≈|δqd|≈0，轉(zhuǎn)到步驟(6)。

(6)計(jì)算電器運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)δt(i)＝toff(i)-ton(i)，如果滿足60s<δt<70s，δt1≈δt2≈…≈δtn，則判定電烤箱運(yùn)行，并計(jì)算電烤箱的近似額定功率，否則返回步驟(2)。

具體為按公式計(jì)算電烤箱的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)，如圖2和圖3所示，δt(1)＝toff(1)-ton(1)，δt(2)＝toff(2)-ton(2)，電器近似等間隔運(yùn)行，每次間歇運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)為60s至70s，則可以判斷為電烤箱運(yùn)行，并可以得到電烤箱的近似額定功率pss。

如圖2和圖3所示，60s≤δt1＝δt2…＝δtn≤70s，則可以認(rèn)為有電烤箱運(yùn)行，電烤箱的近似額電功率為1080w。

應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。