一種即插即用的非侵入式負(fù)荷分解裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種即插即用的非侵入式負(fù)荷分解裝置,屬于電力負(fù)荷分解技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科技的發(fā)展,傳統(tǒng)電力工業(yè)向高度集約化、高度知識化、高度技術(shù)化方向轉(zhuǎn) 變,用戶對電力系統(tǒng)的可靠性、安全性、經(jīng)濟性和穩(wěn)定性也提出了更高的要求。尤其對于我 國來說,地域廣闊,地形復(fù)雜,環(huán)境氣候條件差異較大,整個輸配電線路傳輸距離遠(yuǎn)、分支 多、故障率高,迫切需要我國電力運行監(jiān)測系統(tǒng)相高速發(fā)展。然而,日漸龐大的電力工業(yè)來 說還相對滯后,傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)往往需要大量的硬件設(shè)備,特別是傳感器等設(shè)備的在線安 裝測量,不但需要大量的資金投入,在安裝和維護階段仍需花費大量金錢和時間,而且這些 采用"侵入式"技術(shù)設(shè)計方式,在安裝、維護時,需對供電用戶進行短暫停電,容易造成用戶 不滿或者引起其他經(jīng)濟損失,往往難以滿足系統(tǒng)優(yōu)化、節(jié)能、故障檢測分析等的需要。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種即插即用的非侵入式負(fù)荷分解裝置,以實現(xiàn)負(fù)荷分解裝 置即插即用的安裝方式。
[0004] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題提供了一種即插即用的非侵入式負(fù)荷分解裝置,該分 解裝置包括數(shù)據(jù)采集模塊、負(fù)荷分解模塊和通訊模塊,所述數(shù)據(jù)采集模塊通過熱插拔的方 式用于接入用戶家庭電源入口,所述數(shù)據(jù)采集模塊的輸出端與負(fù)荷分解模塊的輸入端連 接,負(fù)荷分解模塊用于根據(jù)負(fù)荷采集模塊采集到的用戶家庭用電設(shè)備的電壓、電流進行負(fù) 荷分解,并將負(fù)荷分解結(jié)果通過通訊模塊傳輸至電力公司決策端和用戶數(shù)據(jù)端。
[0005] 所述的負(fù)荷分解模塊采用基于PS0最優(yōu)搜索的非侵入式電力負(fù)荷分解算法,該算 法的步驟如下:
[0006] 1)利用數(shù)據(jù)采集模塊采集各用電設(shè)備投切時的瞬時電流,引入基函數(shù)對其進行分 解,以得到各用電設(shè)備投切時的電流幅值;
[0007] 2)以用戶電力入口處的電流幅值與各投入用電設(shè)備電流幅值之差的最小值為目 標(biāo)函數(shù),即
[0008]
[0009] s.t.aie{〇,l)
[0010] 其中Iik為用電設(shè)備i的k次諧波的電流幅值,Imk表示用戶電力入口端k次諧波的電 流幅值,ai表示設(shè)備的投切,ai=l表示電力設(shè)備i投入,ai = 0表示電力設(shè)備i關(guān)閉,N為用電 設(shè)備的個數(shù),K表示諧波次數(shù);
[0011 ] 3)根據(jù)各用電設(shè)備功率信息的疊加性,建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),即:
[0012]
[0013] s. t.ai^ {0,1}
[0014] 其中P為測得的當(dāng)權(quán)功率,Pi為電力設(shè)備i工作時的功率;
[0015] 4)利用粒子群算法求解所建立的目標(biāo)函數(shù)和優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),得到的結(jié)果即為負(fù)荷 分解的結(jié)果。
[0016] 所述步驟4)利用粒子群算法算法求解目標(biāo)函數(shù)和優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的過程中,所選擇 的適應(yīng)度函數(shù)為:
[0017]
[0018] 參數(shù)其中σ#Ρσ2均為標(biāo)準(zhǔn)差,可根據(jù)樣本數(shù)據(jù)庫進行設(shè)置。
[0019] 所述的數(shù)據(jù)采集模塊包括電壓、電流變送板和數(shù)據(jù)采集板,電壓、電流變送板用于 接入用戶家庭電源入口處,以采集用電設(shè)備投切時瞬時電流、電壓,電壓、電流變送板的輸 出端與數(shù)據(jù)采集板的輸入端連接。
[0020] 所述數(shù)據(jù)采集模塊、負(fù)荷分解模塊和通訊模塊采用模塊封裝組織結(jié)構(gòu),均設(shè)置一 個箱體內(nèi)部,各模塊之間無強耦合。
[0021] 所述的非侵入式負(fù)荷分解裝置由用戶家庭電源入口處的220V電壓母線直接供電, 無需外接獨立電源。
[0022]所述的非侵入式負(fù)荷分解裝置還包括交互接口模塊,該交互接口模塊用于支持用 戶或工程師更改負(fù)荷分解模塊中的負(fù)荷分解算法。
[0023] 所述的通訊模塊采用無線通訊模塊。
[0024] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的即插即用的非侵入式負(fù)荷分解裝置包括數(shù)據(jù)采集 模塊、負(fù)荷分解模塊和通訊模塊,所述數(shù)據(jù)采集模塊通過熱插拔的方式用于接入用戶家庭 電源入口,所述數(shù)據(jù)采集模塊的輸出端與負(fù)荷分解模塊的輸入端連接,負(fù)荷分解模塊用于 根據(jù)負(fù)荷采集模塊采集到的用戶家庭用電設(shè)備的電壓、電流進行負(fù)荷分解,并將負(fù)荷分解 結(jié)果通過通訊模塊傳輸至電力公司決策端和用戶數(shù)據(jù)端。本發(fā)明的即插即用的非侵入式負(fù) 荷分解裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)以模塊化結(jié)構(gòu)封裝組合,對外不依賴獨立電源及接線,做到即插即用, 實時分解,確保裝置便于安裝使用。
[0025] 此外,本發(fā)明中的負(fù)荷分解模塊采用基于PS0最優(yōu)搜索的非侵入式電力負(fù)荷分解 算法,算法能夠在線實時得到電力負(fù)荷的投切情況,具有較高的精度和較好的穩(wěn)定性,且計 算速度快。
【附圖說明】
[0026] 圖1是本發(fā)明即插即用的非侵入式負(fù)荷分解裝置的框架示意圖;
[0027] 圖2是即插即用的非侵入式負(fù)荷分解裝置上位機調(diào)試界面人機交互部分算法選擇 示意圖;
[0028] 圖3是即插即用的非侵入式負(fù)荷分解裝置上位機調(diào)試界面分解結(jié)果顯示示意圖;
[0029] 圖4是負(fù)荷分解模塊采用基于PS0的電力負(fù)荷分解方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做進一步的說明。
[0031] 本發(fā)明的即插即用的非侵入式負(fù)荷分解裝置如圖1所示,包括數(shù)據(jù)采集模塊、負(fù)荷 分解模塊、通訊模塊、顯示模塊和交互接口模塊,其中數(shù)據(jù)采集模塊包括電壓、電流變送板 和數(shù)據(jù)采集板,電壓、電流變送板用于接入用戶家庭電源入口處,以采集用電設(shè)備投切時瞬 時電流、電壓,電壓、電流變送板的輸出端與數(shù)據(jù)采集板的輸入端連接,數(shù)據(jù)采集板通過USB 與負(fù)荷分解模塊連接,負(fù)荷分解模塊通過通信模塊連接至電力公司決策端和用戶數(shù)據(jù)端, 其中通信模塊采用無線通訊模塊。該非侵入式負(fù)荷分解裝置由用戶家庭電源入口處的220V 電壓母線直接供電,無需外接獨立電源,交互接口模塊用于支持用戶或工程師更改負(fù)荷分 解模塊中的負(fù)荷分解算法,上述模塊均采用模塊化封裝組織結(jié)構(gòu),模塊之間無強耦合,可以 根據(jù)需要重新組合實現(xiàn)新功能,各模塊均設(shè)置在一個箱體內(nèi)部,整個負(fù)荷分解與監(jiān)測裝置 對外呈現(xiàn)黑箱結(jié)構(gòu)。
[0032] 本發(fā)明的即插即用負(fù)荷分解裝置直接以熱插拔的方式接入用戶家庭電源入口、更 換用戶環(huán)境無需其他配置。工作狀態(tài)下,該裝置可實現(xiàn)多線程穩(wěn)定工作,通過內(nèi)部集成的電 流電壓采集板實現(xiàn)電流電壓的同步實時采集,數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳送三位一體互不 干擾。該裝置所得分解結(jié)果經(jīng)過無線網(wǎng)絡(luò)直接傳輸至用戶數(shù)據(jù)端及電力公司決策端,用戶 端通過下載相關(guān)APP來直觀了解家庭用電細(xì)節(jié),做出用電規(guī)劃決策,并能夠及時得知家電運 行故障,避免用電事故,電力公司決策端通過專業(yè)上位機軟件了解各區(qū)域用電統(tǒng)計信息即 實時記錄,分析電網(wǎng)活動的異常情況,以維護電網(wǎng)負(fù)荷處于穩(wěn)定狀態(tài)。同時本發(fā)明的即插即 用非侵入式負(fù)荷分解裝置支持人機交互功能,用戶即工程師可通過上位機更改負(fù)荷分解算 法,如圖2所示,以進行更為精準(zhǔn)的負(fù)荷分解功能。同時,該裝置還能夠通過負(fù)荷特征數(shù)據(jù) 庫匹配及相應(yīng)的軟件算法的選擇實現(xiàn)非侵入式負(fù)荷分解與監(jiān)測功能,分解結(jié)果如圖3所示, 由此可以看出,本發(fā)明的即插即用非侵入式負(fù)荷分解裝置能夠準(zhǔn)確分辨出用電器的工作狀 態(tài)并直觀表示。其中負(fù)荷分解模塊可采用HMM、KNNs、融合決策方法、專家決策方法和最優(yōu)化 方法等來實現(xiàn)對所采集電力數(shù)據(jù)進行負(fù)荷分解,本實施例中負(fù)荷分解模塊采用基于PS0的 最優(yōu)搜索的非侵入式電力負(fù)荷分解方法進行負(fù)荷分解,該方法的具體實施過程如下:
[0033] 1.利用數(shù)據(jù)采集模塊采集各用電設(shè)備投切時的瞬時電流,引入基函數(shù)對其進行分 解,以得到各用電設(shè)備投切時的電流幅值。
[0034] 用電設(shè)備投切瞬時電流可表示為
[0035] Ia=Iaicos( ω t+9ai)+."+Iakcos(kt〇 t+9ak)+."(l)
[0036] 其中ω為基波角頻率,1*為工作電流中第k次諧波分量幅值(k一般跟采樣頻率有 關(guān));9ak為工作電流中第k次諧波分量的初相角。從式(1)中看出,由于A/D采樣頻率的約束, 通常只取前K個諧波分量。
[0037] 為了便于分析,假