本發(fā)明涉及信號(hào)處理，尤其涉及一種基于自適應(yīng)復(fù)合滑動(dòng)濾波的nilm事件檢測裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、在國家“雙碳”目標(biāo)戰(zhàn)略發(fā)展需求和大力發(fā)展智能電網(wǎng)技術(shù)的背景下，非侵入式負(fù)荷監(jiān)測技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的電能管理、精細(xì)的碳排放監(jiān)控，在用能需求側(cè)數(shù)字化管理中的作用愈趨重要。事件檢測是非侵入式負(fù)荷監(jiān)測裝置中的重要環(huán)節(jié)，起到對電力負(fù)載投入與切出事件發(fā)生時(shí)間點(diǎn)的判別作用。

2、現(xiàn)有的事件檢測方法有兩類，分別為變點(diǎn)類檢測類與規(guī)則判定類。變點(diǎn)類檢測類包括了廣義似然比檢測、卡方擬合優(yōu)度、貝葉斯信息準(zhǔn)則、累計(jì)和等概率方法；規(guī)則判定類是根據(jù)設(shè)備的一系列電氣量序列的變化特征完成對電器投切事件的檢測與定位。規(guī)則判定類方法通?；谔囟ǖ囊?guī)則和邏輯，可以根據(jù)用戶需求和環(huán)境變化靈活調(diào)整，但算法的魯棒性不強(qiáng)，容易出現(xiàn)漏檢和誤檢的情況，如基于功率閾值的滑動(dòng)窗檢測，其事件觸發(fā)閾值的合理選取較為困難，特別是對于小功率負(fù)荷的事件觸發(fā)閾值的設(shè)定，通常需要預(yù)先實(shí)驗(yàn)求得。同時(shí)，該方法中采用的單邊滑動(dòng)窗濾波方式容易造成信號(hào)特征丟失，降低了檢測的準(zhǔn)確性和魯棒性?，F(xiàn)有的事件檢測方法僅監(jiān)測電力負(fù)載從電網(wǎng)投切前后線路功率變化的差異，缺少對負(fù)載的諧波特征信息的分析，造成辨識(shí)準(zhǔn)確度差的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，而提供一種基于自適應(yīng)復(fù)合滑動(dòng)濾波的nilm事件檢測裝置及方法，包括數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)判斷模塊和事件檢測模塊，所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)判斷模塊和事件檢測模塊依次連接；

2、所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊包括數(shù)據(jù)采集處理模塊和數(shù)據(jù)濾波模塊，所述數(shù)據(jù)采集處理模塊與數(shù)據(jù)濾波模塊連接；

3、所述數(shù)據(jù)采集處理模塊，與負(fù)荷設(shè)備連接，用于接收負(fù)荷設(shè)備的電壓電流數(shù)據(jù)并根據(jù)電壓電流數(shù)據(jù)計(jì)算瞬時(shí)功率；

4、所述數(shù)據(jù)濾波模塊，用于接收來自數(shù)據(jù)采集處理模塊的電壓電流數(shù)據(jù)以及瞬時(shí)功率，并對電壓電流數(shù)據(jù)以及瞬時(shí)功率進(jìn)行降噪處理，將降噪處理后的輸出電壓電流數(shù)據(jù)以及瞬時(shí)功率給數(shù)據(jù)判斷模塊；

5、所述數(shù)據(jù)判斷模塊，用于根據(jù)來自數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊進(jìn)行降噪處理后的電壓電流數(shù)據(jù)產(chǎn)生電壓電流的相位差，并根據(jù)相位差判斷這一時(shí)間段的負(fù)荷類型，且將負(fù)荷類型輸出給事件檢測模塊；

6、所述事件檢測模塊，包括選擇模塊、功率閾值雙邊滑動(dòng)窗口檢測模塊和總諧波畸變雙邊滑動(dòng)窗口檢測模塊、輸出模塊，所述選擇模塊根據(jù)來自數(shù)據(jù)判斷模塊判斷的負(fù)荷類型選擇功率閾值雙邊滑動(dòng)窗口檢測模塊或總諧波畸變雙邊滑動(dòng)窗口檢測模塊來對暫態(tài)事件進(jìn)行檢測，當(dāng)功率閾值雙邊滑動(dòng)窗口檢測模塊或總諧波畸變雙邊滑動(dòng)窗口檢測模塊檢測到裝置發(fā)生了暫態(tài)事件時(shí)，所述輸出模塊輸出負(fù)荷投切區(qū)間及其特征信息。

7、優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)濾波模塊包括butterworth濾波器、滑動(dòng)窗口平均模塊和savitzky-golay濾波器；所述butterworth濾波器，用于接收來自數(shù)據(jù)采集處理模塊的電壓電流數(shù)據(jù)并對電壓電流數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪；所述滑動(dòng)窗口平均模塊，用于接收來自數(shù)據(jù)采集模塊的瞬時(shí)功率并對瞬時(shí)功率進(jìn)行降噪和平滑處理；所述savitzky-golay濾波器，用于接收來自數(shù)據(jù)采集模塊的瞬時(shí)功率并對瞬時(shí)功率進(jìn)行平滑處理。

8、優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)判斷模塊包括歸一化處理模塊和相位差判斷模塊，所述歸一化處理模塊輸入端與數(shù)據(jù)濾波模塊電連接，所述歸一化處理模塊輸出端與相位差判斷模塊的輸入端連接，所述相位差判斷模塊的輸出端與事件檢測模塊輸入端電連接；

9、所述歸一化處理模塊用于根據(jù)來自數(shù)據(jù)濾波模塊處理后的電壓電流數(shù)據(jù)并對該電壓電流數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，將處理后的電壓電流數(shù)據(jù)傳輸給相位差判斷模塊；

10、所述相位差判斷模塊用于根據(jù)來自數(shù)據(jù)濾波模塊處理后的電壓電流數(shù)據(jù)來計(jì)算電壓電流數(shù)據(jù)的相位差，并判斷出這一時(shí)間段的負(fù)荷類型，將負(fù)荷類型輸出給事件檢測模塊。

11、優(yōu)選地，當(dāng)負(fù)荷類型為阻性負(fù)荷時(shí)，所述選擇模塊選擇功率閾值雙邊滑動(dòng)窗口檢測模塊與相位差判斷模塊電連接；當(dāng)負(fù)荷類型為感性或容性負(fù)荷時(shí)，所述選擇模塊選擇總諧波畸變雙邊滑動(dòng)窗口檢測模塊與相位差判斷模塊電連接。

12、優(yōu)選地，所述功率閾值雙邊滑動(dòng)窗口檢測模塊和總諧波畸變雙邊滑動(dòng)窗口檢測模塊均用于根據(jù)pm窗口和lm窗口之間的偏移量是否大于設(shè)定的兩種閾值來判斷裝置是否發(fā)生了暫態(tài)事件；

13、若檢測到暫態(tài)事件，所述功率閾值雙邊滑動(dòng)窗口檢測模塊或總諧波畸變雙邊滑動(dòng)窗口檢測模塊則輸出暫態(tài)事件區(qū)間、暫態(tài)事件類別以及暫態(tài)事件區(qū)間前后的穩(wěn)態(tài)特征。

14、優(yōu)選地，所述功率閾值雙邊滑動(dòng)窗口檢測模塊用于將計(jì)算窗口的采樣序列均值之差作為pm窗口和lm窗口之間的偏移量；所述總諧波畸變雙邊滑動(dòng)窗口檢測模塊用于將計(jì)算窗口的thd值之差作為pm窗口和lm窗口之間的偏移量。

15、優(yōu)選地，一種基于自適應(yīng)復(fù)合滑動(dòng)濾波的nilm事件檢測方法，包括：數(shù)據(jù)采集處理模塊根據(jù)負(fù)荷設(shè)備的電壓電流數(shù)據(jù)計(jì)算瞬時(shí)功率，并輸出電壓電流數(shù)據(jù)和瞬時(shí)功率至數(shù)據(jù)濾波模塊；

16、所述數(shù)據(jù)濾波模塊接收并電壓電流數(shù)據(jù)和瞬時(shí)功率，并對電壓電流數(shù)據(jù)以及瞬時(shí)功率進(jìn)行降噪處理，輸出進(jìn)行降噪處理后的電壓電流數(shù)據(jù)以及瞬時(shí)功率至數(shù)據(jù)判斷模塊；

17、所述數(shù)據(jù)判斷模塊根據(jù)降噪處理后的電壓電流數(shù)據(jù)產(chǎn)生電壓電流的相位差，并根據(jù)相位差判斷這一時(shí)間段的負(fù)荷類型，輸出負(fù)荷類型至選擇模塊；

18、所述選擇模塊根據(jù)負(fù)荷類型選擇功率閾值雙邊滑動(dòng)窗口檢測模塊或總諧波畸變雙邊滑動(dòng)窗口檢測模塊來對暫態(tài)事件進(jìn)行檢測，輸出檢測結(jié)果至輸出模塊；

19、當(dāng)檢測結(jié)果為負(fù)荷設(shè)備產(chǎn)生了暫態(tài)事件，所述輸出模塊輸出負(fù)荷投切區(qū)間及其特征信息。

20、發(fā)明的有益效果：通過數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊對電流和電壓以及瞬時(shí)功率消除噪聲并保留信號(hào)細(xì)節(jié)，同時(shí)通過雙邊滑動(dòng)窗口檢測模塊引入總諧波失真作為除功率外第二個(gè)判別依據(jù)，利用諧波失真度和功率兩個(gè)維度的互補(bǔ)性信息自適應(yīng)判斷電力負(fù)荷類型，完成對電力負(fù)載投入與切出事件發(fā)生時(shí)間點(diǎn)的判別，提高事件檢測裝置的可靠性。

技術(shù)特征：

1.一種基于自適應(yīng)復(fù)合滑動(dòng)濾波的nilm事件檢測裝置，其特征在于：包括數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)判斷模塊和事件檢測模塊，所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)判斷模塊和事件檢測模塊依次連接；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)復(fù)合滑動(dòng)濾波的nilm事件檢測裝置，其特征在于：所述數(shù)據(jù)濾波模塊包括butterworth濾波器、滑動(dòng)窗口平均模塊和savitzky-golay濾波器；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)復(fù)合滑動(dòng)濾波的nilm事件檢測裝置，其特征在于：所述數(shù)據(jù)判斷模塊包括歸一化處理模塊和相位差判斷模塊，所述歸一化處理模塊輸入端與數(shù)據(jù)濾波模塊電連接，所述歸一化處理模塊輸出端與相位差判斷模塊的輸入端連接，所述相位差判斷模塊的輸出端與事件檢測模塊輸入端電連接；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)復(fù)合滑動(dòng)濾波的nilm事件檢測裝置，其特征在于：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于自適應(yīng)復(fù)合滑動(dòng)濾波的nilm事件檢測裝置，其特征在于：所述功率閾值雙邊滑動(dòng)窗口檢測模塊和總諧波畸變雙邊滑動(dòng)窗口檢測模塊均用于根據(jù)pm窗口和lm窗口之間的偏移量是否大于設(shè)定的兩種閾值來判斷裝置是否發(fā)生了暫態(tài)事件；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于自適應(yīng)復(fù)合滑動(dòng)濾波的nilm事件檢測裝置，其特征在于：

7.一種基于自適應(yīng)復(fù)合滑動(dòng)濾波的nilm事件檢測方法，其特征在于：所述基于自適應(yīng)復(fù)合滑動(dòng)濾波的nilm事件檢測方法用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)基于自適應(yīng)復(fù)合滑動(dòng)濾波的nilm事件檢測裝置；包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于自適應(yīng)復(fù)合滑動(dòng)濾波的NILM事件檢測裝置及方法，數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊用于對電壓電流數(shù)據(jù)計(jì)算瞬時(shí)功率，對其進(jìn)行降噪處理；數(shù)據(jù)判斷模塊根據(jù)電壓電流數(shù)據(jù)產(chǎn)生電壓電流的相位差，并判斷這一時(shí)間段的負(fù)荷類型；事件檢測模塊用于根據(jù)負(fù)荷類型自適應(yīng)地選擇功率閾值雙邊滑動(dòng)窗口檢測模塊或總諧波畸變雙邊滑動(dòng)窗口檢測模塊來對暫態(tài)事件進(jìn)行檢測，并輸出負(fù)荷投切區(qū)間及其特征信息。如此設(shè)置，通過數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊對電壓電流數(shù)據(jù)消除噪聲并保留信號(hào)細(xì)節(jié)，同時(shí)通過雙邊滑動(dòng)窗口檢測模塊引入總諧波失真作為除功率外第二個(gè)判別依據(jù)，利用諧波失真度和功率兩個(gè)維度的互補(bǔ)性信息自適應(yīng)判斷電力負(fù)荷類型，提高事件檢測裝置的可靠性。

技術(shù)研發(fā)人員：魏皓磊,趙升,阮雅晴,鄭東毅,余艷楠,錢鴻波,江宣玘,戚佳瑄
受保護(hù)的技術(shù)使用者：溫州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30