一種非侵入式在線負(fù)荷分解裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種非侵入式在線負(fù)荷分解裝置，屬于電力系統(tǒng)負(fù)荷分解技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 對電力系統(tǒng)而言，電力能耗監(jiān)測工作是開展節(jié)能工作的基礎(chǔ)。然而，傳統(tǒng)的負(fù)荷監(jiān) 測一般需要在每一個被監(jiān)測用電設(shè)備外安裝傳感器等硬件設(shè)備，不但需要大量的資金投 入，在安裝和維護(hù)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)的設(shè)計方式， 在安裝、維護(hù)時，需對供電用戶進(jìn)行短暫停電，容易造成用戶不滿或者引起其他經(jīng)濟(jì)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非侵入式在線負(fù)荷分解裝置，以加強對負(fù)荷側(cè)的管理。
[0004] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題提供了一種非侵入式在線負(fù)荷分解裝置，該負(fù)荷分解裝 置包括數(shù)據(jù)采集模塊、負(fù)荷分解模塊、通訊模塊和交互接口模塊，各模塊均采用模塊化封 裝，所述的數(shù)據(jù)采集模塊輸出端與負(fù)荷分解模塊連接，所述的負(fù)荷分解模塊通過交互接口 模塊用于與電力公司的數(shù)據(jù)端通信，用于將用戶的用電信息傳輸給電力公司，同時接收電 力推送的最新更新的用電信息數(shù)據(jù)庫，更新符合分解模塊的本地數(shù)據(jù)庫，提高對最新型號 用電器的識別精度。
[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(jìn)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] fitness = f\ x f\ = exp /σ,' - d； jσ；')
[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(jìn)行設(shè)置。
[0019] 所述的負(fù)荷分解模塊采用Intel Ν2480雙核CPU，主頻2.16GHz，該負(fù)荷分解模塊配 USB接口和RS232接口，用于連接數(shù)據(jù)采集模塊和通訊模塊。
[0020] 所述的負(fù)荷分解模塊通過USB接口連接數(shù)據(jù)采集模塊，從220V母線上采集實時的 電壓和電流數(shù)據(jù)，或者連接通訊模塊，通過以太網(wǎng)或者RS232總線從智能空開上取得實時的 用電數(shù)據(jù)。
[0021 ]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明負(fù)荷分解裝置包括數(shù)據(jù)采集模塊、負(fù)荷分解模塊、 通訊模塊和交互接口模塊，各模塊均采用模塊化封裝，數(shù)據(jù)采集模塊輸出端與負(fù)荷分解模 塊連接，負(fù)荷分解模塊通過交互接口模塊用于與電力公司的數(shù)據(jù)端通信，用于將用戶的用 電信息傳輸給電力公司，同時接收電力推送的最新更新的用電信息數(shù)據(jù)庫，更新符合分解 模塊的本地數(shù)據(jù)庫，提高對最新型號用電器的識別精度。本發(fā)明有助于電力公司進(jìn)一步了 解用戶負(fù)荷的構(gòu)成，加強負(fù)荷側(cè)管理；同時，有助于將功率監(jiān)測深入、細(xì)化到負(fù)荷內(nèi)部各主 要用電設(shè)備類，為電力系統(tǒng)仿真分析、系統(tǒng)規(guī)劃提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。
[0022] 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】
[0023] 圖1是本發(fā)明非侵入式在線負(fù)荷分解裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖2是數(shù)據(jù)采集模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3是負(fù)荷分解模塊的硬件框圖；
[0026]圖4是顯示模塊與負(fù)荷分解核心模塊的通訊架構(gòu)示意圖；
[0027]圖5是交互接口與電力公司通訊示意圖；
[0028]圖6是負(fù)荷分解模塊所采用的PS0負(fù)荷分解算法的流程圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做進(jìn)一步的說明。
[0030]
[0031] 本發(fā)明的非侵入式在線負(fù)荷分解裝置包括數(shù)據(jù)采集模塊、負(fù)荷分解模塊、通訊模 塊、顯示模塊、交互接口模塊，各模塊的結(jié)構(gòu)如圖1所示，各模塊采用模塊化的封裝，數(shù)據(jù)采 集模塊從戶內(nèi)220V母線上采集實時電壓和電流信息，并通過A/D轉(zhuǎn)換器將采集到的信息轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號，通過USB通訊線纜傳送到符合分解酶，由負(fù)荷分解模塊進(jìn)行實時的計算分 析，實現(xiàn)負(fù)荷的在線分解。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 流變送板用于設(shè)置在用戶電力入口處的220V母線上，電壓、電流變送板將采集到的220V電 壓和電流信號轉(zhuǎn)換成-5V-5V的弱電信號，并傳輸給數(shù)據(jù)采集板，數(shù)據(jù)采集板通過其內(nèi)置的 A/D轉(zhuǎn)換器將接收到的弱電信號轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼，通過USB通訊芯片將得到的實時數(shù)據(jù)傳 送到負(fù)荷分解模塊，具體的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
[0032] 負(fù)荷分解模塊是整個非侵入式在線負(fù)荷分解裝置的核心模塊，是負(fù)荷分解算法運 行與實施的模塊，負(fù)荷分解模炔基于高性能的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)，具有較強的數(shù)據(jù)處理能力、 通訊接口能力和數(shù)據(jù)存儲能力，該模塊的硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。本實施例中負(fù)荷分解模塊的 CHJ采用Intel N2480雙核CPU，主頻2.16GHZ，具有很強的計算能力，能夠?qū)崟r分析采集來的 電壓和電流波形，為各種復(fù)雜負(fù)荷分解算法提供強大的計算支持。模塊裝備有2G DDR3L低 功耗RAM，為了能夠存儲更多的負(fù)荷分解數(shù)據(jù)庫信息，還配有32G Flash RAM，這些強大的硬 件資源，為符合分解算法的運行提供了強有力的支持。負(fù)荷分解模塊還配有多個USB接口和 一個RS232接口，通過這些接口，可以和數(shù)據(jù)采集模塊、通訊模塊或者是顯示模塊相連。有了 這些通訊接口的支持，使得系統(tǒng)的配置變得更加靈活。比如數(shù)據(jù)的來源可以是多種多樣的， 既可以使用USB接口連接數(shù)據(jù)采集模塊，直接從220V母線上采集實時的電壓和電流數(shù)據(jù)，也 可以連接通訊模塊，通過以太網(wǎng)或者RS232總線從智能空開上取得實時的用電數(shù)據(jù)。
[0033] 通訊模塊，一方面可以與實時用電數(shù)據(jù)源相連接，獲得用戶的用電數(shù)據(jù)，另一方面 可以和顯示裝置相連，如平板電腦顯示裝置和智能手機顯示裝置等，將實時的負(fù)荷分解數(shù) 據(jù)反饋給用電用戶。同樣，這些通訊接口還可以通過互聯(lián)網(wǎng)，將用電信息上傳到電力公司的 數(shù)據(jù)中心，為電力公司的用電調(diào)度提供數(shù)據(jù)支持。
[0034] 負(fù)荷分解裝置的顯示模塊與負(fù)荷分解模塊連接通過網(wǎng)絡(luò)接口，配置靈活多樣，可 以是多種顯示設(shè)備，如智能手機和平板電腦等。顯示設(shè)備與負(fù)荷分解模塊的主程序之間通 過TCP協(xié)議相連，在負(fù)荷分解模塊中進(jìn)行的計算結(jié)果，實時通過WIFI傳送到用戶的顯示設(shè)備 上，具體的通訊架構(gòu)如圖4所示。
[0035]交互接口模塊承擔(dān)著與電力公司數(shù)據(jù)中心的通訊任務(wù)，負(fù)荷分解裝置可以與電力 公司的數(shù)據(jù)中心通過Internet連接起來，進(jìn)行實時的數(shù)據(jù)交換活動。如圖5所示，主要有以 下幾個作用：
[0036] A.電力公司可以隨時獲得用戶的用電信息，不但包含總的用電信息，而且還獲得 了用戶各個主要用電器的用電信息，這些信息可以為電力公司的負(fù)荷預(yù)測和調(diào)度進(jìn)行一定 的指導(dǎo)作用。
[0037] B.通過對用戶用電信息的分析，電力公司可以為用戶的用電行為提供一些指導(dǎo)和 增值服務(wù)，比如通過網(wǎng)站或者APP隨時向用戶推送自己的用電信息，讓用戶對自己的用電行 為了如指掌，在此基礎(chǔ)上，還可以分析用戶的用電行為，通過大數(shù)據(jù)為用戶的用電行為進(jìn)行 指導(dǎo)，提出節(jié)電建議。
[0038] C.統(tǒng)一維護(hù)用電器特征數(shù)據(jù)庫，通過網(wǎng)絡(luò)，電力公司可以隨時推送最新更新的用 電信息數(shù)據(jù)庫，更新負(fù)荷分解模塊的本地數(shù)據(jù)庫，從而對最新型號的用電器提高識別精度。
[0039] 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(jìn)行負(fù)荷分解，本實施例