用于非侵入式電力監(jiān)測的自適應(yīng)負(fù)荷事件檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于非侵入式電力監(jiān)測的自適應(yīng)負(fù)荷事件檢測方法，通過跟蹤數(shù)據(jù)窗內(nèi)負(fù)荷總功率信號的斜率的變化來判斷負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)是否發(fā)生變化來檢測負(fù)荷事件?；诳傌?fù)荷分段，便可根據(jù)需要獲取用電設(shè)備辨識所需的印記特征來最終完成負(fù)荷分解(辨識各用電設(shè)備的工作狀態(tài))。包括數(shù)據(jù)初始化；計算當(dāng)前檢測數(shù)據(jù)窗內(nèi)負(fù)荷功率數(shù)據(jù)的斜率擬合值ki；判斷是否有負(fù)荷事件發(fā)生或結(jié)束；標(biāo)記出總負(fù)荷過渡區(qū)段和穩(wěn)態(tài)區(qū)段的起止點(diǎn)；估算當(dāng)前功率數(shù)據(jù)點(diǎn)之前的功率波動量度σp用于表征總負(fù)荷波動水平；自適應(yīng)的更新檢測閾值Kth；更新檢測數(shù)據(jù)窗，循環(huán)上述過程直至停止檢測。本方法解決了現(xiàn)有負(fù)荷事件檢測技術(shù)中存在的不能準(zhǔn)確有效完成總負(fù)荷分段的問題。
【專利說明】用于非侵入式電力監(jiān)測的自適應(yīng)負(fù)荷事件檢測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種非侵入式電力監(jiān)測的負(fù)荷事件檢測方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 非侵入式電力負(fù)荷監(jiān)測（Non-intrusiveLoadMonitoring,NILM)是一種新穎的 負(fù)荷監(jiān)測方式，相較傳統(tǒng)的侵入式監(jiān)測方式（為每個用電設(shè)備分別安裝獨(dú)立的傳感器），它 具有安裝維護(hù)方便、經(jīng)濟(jì)性好、可靠性高等優(yōu)勢 [1]。如圖1，以單相系統(tǒng)為例，NILM只需在電 力入口處（如居民小區(qū)電源總進(jìn)口處、住戶進(jìn)線總開關(guān)處或工、商業(yè)負(fù)荷總線上）安裝監(jiān)測 設(shè)備，然后通過采集和分析此處的負(fù)荷量測信息（如端電壓和總負(fù)荷電流）來獲得總負(fù)荷 內(nèi)部每個/類用電設(shè)備的用電信息（如工作狀態(tài)，用電功率等），進(jìn)而可以了解負(fù)荷的用電 規(guī)律。
[0003]NILM系統(tǒng)主要包括五部分，分別是：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、負(fù)荷特征提 取模塊、負(fù)荷分解模塊及存儲器模塊，如圖1中框圖所示。其中，負(fù)荷分解模塊是NILM的 核心，其前提是從總負(fù)荷量測信息中準(zhǔn)確提取能夠可靠標(biāo)志每種用電設(shè)備工作狀態(tài)的印記 特征，由于用電設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行過程和工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程分別蘊(yùn)含著性質(zhì)不同的印記特征
[2]，因此，在負(fù)荷特征提取之前，需要進(jìn)行負(fù)荷分段，即確定總負(fù)荷的過渡區(qū)段或穩(wěn)態(tài)區(qū)段 的起止點(diǎn)，以使得有區(qū)分地獲取用電設(shè)備的過渡區(qū)段和穩(wěn)態(tài)區(qū)段印記特征成為可能，這里 總負(fù)荷的穩(wěn)態(tài)區(qū)段內(nèi)所有用電設(shè)備都處于平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)，過渡區(qū)段內(nèi)至少包含一個用電設(shè) 備的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程 [1]。顯然，負(fù)荷分段結(jié)果的好壞會直接影響負(fù)荷分解模塊的最終結(jié) 果[1]_[4]。
[0004]
[0005] 通常，用電設(shè)備工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過程被稱為負(fù)荷事件，包括投入、關(guān)停和功率非零 的工作狀態(tài)間相互轉(zhuǎn)換這三種過程，從而負(fù)荷事件檢測可望實(shí)現(xiàn)負(fù)荷分段。已報道的用于 NILM的負(fù)荷事件檢測方法有作差法[3]、GLR算法[5]_[7]和基于滑動窗雙邊⑶SUM的暫態(tài)事件 檢測算法[8]。其中，作差法雖然具有檢測總負(fù)荷各個過渡區(qū)段或穩(wěn)態(tài)區(qū)段的起止點(diǎn)的功能， 但是其抗負(fù)荷波動性較差，容易產(chǎn)生誤檢；GLR算法和基于滑動窗雙邊CUSUM的暫態(tài)事件檢 測算法的抗擾動性雖然較強(qiáng)，但是它們不能準(zhǔn)確檢測過渡區(qū)段終點(diǎn)或穩(wěn)態(tài)區(qū)段起點(diǎn)，更適 用于過渡區(qū)段長度相對于穩(wěn)態(tài)區(qū)段長度較小或負(fù)荷事件較不頻繁的場合。
[0006] 參考文獻(xiàn)：
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提出了一種用于非侵入式電力監(jiān)測的自適應(yīng)負(fù)荷事件 檢測方法，是采用在線檢測方法--滑動窗斜率擬合法（簡稱為斜率法）。由于任意用電設(shè) 備的負(fù)荷事件的發(fā)生都會引起總負(fù)荷量測信息的相應(yīng)變化，因此負(fù)荷事件檢測通常是以印 記特征或某些特征指標(biāo)的變化量為分析對象的，本發(fā)明中提出的斜率法通過分析總功率信 號斜率（以數(shù)據(jù)窗為單位）的變化來檢測負(fù)荷事件，其能夠準(zhǔn)確地標(biāo)記出總負(fù)荷過渡區(qū)段 和穩(wěn)態(tài)區(qū)段的起止點(diǎn)，基于總負(fù)荷分段，便可根據(jù)需要準(zhǔn)確獲取用電設(shè)備辨識所需的印記 特征（諸如暫態(tài)功率波形、穩(wěn)態(tài)諧波電流差量等特征） [M]來最終完成負(fù)荷分解（辨識各用 電設(shè)備的工作狀態(tài)）。本發(fā)明中還給出了檢測判別閾值的自適應(yīng)變化計算方法。
[0016] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一種用于非侵入式電力監(jiān)測的自適應(yīng)負(fù)荷事件檢 測方法，利用非侵入式電力負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集模塊，包括以下步驟：
[0017] 步驟一、數(shù)據(jù)初始化：設(shè)定用于檢測功率數(shù)據(jù)變化的閾值ΛPth，ΛPth>0,設(shè)定檢測 數(shù)據(jù)窗長度Wd，計算斜率閾值Kth，從數(shù)據(jù)采集模塊中讀取功率數(shù)據(jù)初始化檢測數(shù)據(jù)窗；
[0018]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于非侵入式電力監(jiān)測的自適應(yīng)負(fù)荷事件檢測方法，利用非侵入式電力負(fù)荷監(jiān) 測系統(tǒng)，其特征在于： 包括以下步驟： 步驟一、數(shù)據(jù)初始化：設(shè)定用于檢測功率數(shù)據(jù)變化的閾值A(chǔ)Pth，APth>0,設(shè)定檢測數(shù)據(jù) 窗長度Wd，計算斜率閾值Kth，從非侵入式電力負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊中讀取功率數(shù) 據(jù)初始化檢測數(shù)據(jù)窗；
式（3)中，Wd為檢測數(shù)據(jù)窗長度，{3,4,5，...}，余同； 步驟二、計算當(dāng)前檢測數(shù)據(jù)窗內(nèi)負(fù)荷功率數(shù)據(jù)的斜率擬合值h;
式（1)中，Pi為當(dāng)前檢測數(shù)據(jù)窗的起點(diǎn)，ie{1，2,3，...}，{P」|j=i，i+l，...，i+Wd-l} 為當(dāng)前檢測數(shù)據(jù)窗所含的功率數(shù)據(jù)序列； 步驟三、判斷斜率擬合值h與斜率閾值Kth的大小關(guān)系，進(jìn)而判斷是否有負(fù)荷事件發(fā)生 或結(jié)束： 負(fù)荷事件發(fā)生的判定條件為：
此時，為功率變化數(shù)據(jù)點(diǎn)，該功率變化數(shù)據(jù)點(diǎn)即為負(fù)荷事件的發(fā)生點(diǎn)； 負(fù)荷事件結(jié)束的判定條件為：
式（5)中，j=i-1或i-Wd+l，此時功率數(shù)據(jù)點(diǎn)Pi即為負(fù)荷事件的結(jié)束點(diǎn)； 若滿足負(fù)荷事件發(fā)生或負(fù)荷事件結(jié)束的判定條件，則執(zhí)行步驟四，否則執(zhí)行步驟六； 步驟四、若步驟三獲得的是負(fù)荷事件的發(fā)生點(diǎn)，則將其標(biāo)記為總負(fù)荷過渡區(qū)段起點(diǎn)，并 將該總負(fù)荷過渡區(qū)段起點(diǎn)的前一個數(shù)據(jù)點(diǎn)標(biāo)記為與該總負(fù)荷過渡區(qū)段相鄰的前一個總負(fù) 荷穩(wěn)態(tài)區(qū)段的終點(diǎn)，執(zhí)行步驟五； 否則將步驟三獲得的負(fù)荷事件的結(jié)束點(diǎn)標(biāo)記為總負(fù)荷過渡區(qū)段終點(diǎn)，并將該總負(fù)荷過 渡區(qū)段終點(diǎn)的后一個數(shù)據(jù)點(diǎn)標(biāo)記為與該總負(fù)荷過渡區(qū)段相鄰的后一個總負(fù)荷穩(wěn)態(tài)區(qū)段的 起點(diǎn)，執(zhí)行步驟六； 步驟五、估算當(dāng)前功率數(shù)據(jù)點(diǎn)之前的功率波動量度〇p，該功率波動量度％用于表征 總負(fù)荷波動水平； 根據(jù)式（15)計算所述功率波動量度〇 p:
式（15)中，Pi為當(dāng)前檢測到的總負(fù)荷過渡區(qū)段起點(diǎn)，Ws為用來估計功率波動量度 〇p的數(shù)據(jù)窗長度，若將與Pi相鄰的前一個穩(wěn)態(tài)區(qū)段所含功率數(shù)據(jù)點(diǎn)個數(shù)記為Ns，則有 ffsG{2,3,4,...,NS}； 據(jù)所得功率波動量度〇p，結(jié)合負(fù)荷事件檢測對漏檢概率ak和可靠檢測的最小功率變 化絕對值A(chǔ)Pmin的要求，更新用于檢測功率數(shù)據(jù)變化的斜率閾值Kth;
式（13)中，cKH*)為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)的反函數(shù)，本發(fā)明將本發(fā)明所述用于非侵入 式電力監(jiān)測的自適應(yīng)負(fù)荷事件檢測方法執(zhí)行時，真實(shí)負(fù)荷事件被漏檢的概率記為ak，夂 是與要求可靠檢測的最小功率變化絕對值A(chǔ)Pmin對應(yīng)的斜率值，可根據(jù)下式（2)，令A(yù)P= APmin計算得到；
式（2)中，AP表示功率數(shù)據(jù)變化量； 步驟六、若繼續(xù)執(zhí)行檢測，則從數(shù)據(jù)采集模塊中讀取新功率數(shù)據(jù)，更新檢測數(shù)據(jù)窗，返 回步驟二，否則結(jié)束。
【文檔編號】G01R31/00GK104483575SQ201410812176
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月22日
【發(fā)明者】欒文鵬, 劉博 , 余貽鑫, 陳鴻川 申請人:天津求實(shí)智源科技有限公司