本发明属于电力监测装置检测技术领域，具体地说是一种针对非侵入式家居电力负荷监测装置的检测平台。
背景技术：
随着人们对生活质量要求的不断提高，智能家居越来越受到关注，智能家居的用电总量也正在逐年增加，今后将成为电力系统重要的用电对象。智能家居的一个用电特点是可以控制每个家用电器的用电，这就为智能家居电力负荷监测及用电细节管控提供了可能性。传统的家居电力负荷监测通常采取侵入式方法，即在用户各家用电器上都安装监测装置以记录其用电情况。侵入式方法监测数据准确可靠，但实施成本高，很难得到广泛的推广。非侵入式家居电力负荷监测技术是一种全新的负荷监测技术，它通过负荷辨识计算分析将用户总的电力负荷信息分解为各家用电器的用电信息，进而得到各家用电器的能耗及用电规律等用电信息。由于非侵入式装置仅需在用户用电入口处安装就可以对所有的家用电器的电力负荷进行监测，相较于传统的侵入式负荷监测装置,它具有安装简单、成本低、安全性好的特点，因此越来越受到人们的关注，今后将成为家居电力负荷监测的发展趋势之一。
非侵入式家居电力负荷监测装置通常通过预先测量各个家用电器的负荷特性，然后根据负荷特性提取识别特征值,再利用负荷识别算法实现非侵入式家居各家用电器电力负荷识别的功能。对于非侵入式负荷识别算法的研究，目前国内外已有不少的专利和文献报道，较常见的非侵入式负荷识别算法有基于神经网络的负荷识别算法、基于决策树的负荷识别算法、基于加权欧式距离的负荷识别算法等。在进行负荷识别算法研究时可采用离线仿真验证的方法，即将已知的几种家用电器负荷特性进行组合，模拟家居电力负荷的通断等运行情况，产生虚拟的用户用电入口处的电压和电流波形数据，用于验证负荷识别算法，这种方法可以初步验证负荷识别算法的有效性，但无法对非侵入式家居电力负荷监测装置的性能进行整体的检测。另一种直接有效的方法是进行实物验证，即同时通过对多个家用电器的通断运行控制，提供家用电器各种用电组合的实际家居用电环境，从而可以检测非侵入式家居电力负荷监测装置的性能，但是这种实物试验方式具有实验成本高、实验场地大、不能包括市面上所有家用电器等缺点。因此提出一种针对非侵入式家居电力负荷监测装置的检测平台,该检测平台能根据各种家用电器的用电特性，通过家用电器的任意用电组合来模拟家居电力负荷，在此基础上产生模拟电压和模拟电流，提供非侵入式家居电力负荷监测装置相应的检测运行环境。同时还能根据设定的家居电力负荷和非侵入式家居电力负荷监测装置的监测结果进行分析，判断非侵入式家居电力负荷监测装置的性能好坏，该检测平台为非侵入式家居电力负荷监测装置的研究提供有效的实验手段。目前这样的一种针对非侵入式家居电力负荷监测装置的检测平台未见有专利和文献报道。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题：提出一种针对非侵入式家居电力负荷监测装置的检测平台，该平台能够根据各种家用电器的用电特性，通过虚拟家用电器的任意用电组合来模拟家居电力负荷，并提供非侵入式家居电力负荷监测装置相应的检测运行环境，同时能够自动分析非侵入式家居电力负荷监测装置识别结果的正确性。
本发明的技术方案如下：一种针对非侵入式家居电力负荷监测装置的检测平台，它包括程控电源、第一隔离变压器、全桥整流电路、逆变电路、第一电阻、第二隔离变压器、模拟电压采样电路、模拟电流采样电路、信号采集与处理模块、控制与分析平台、控制与驱动电路、人机交互界面和非侵入式家居电力负荷监测装置。逆变电路由第一电容、第二电容、第一功率开关、第二功率开关、第一续流二极管、第二续流二极管、电感和第三电容组成；模拟电压采样电路由第二电阻、第三电阻和第四电容组成；模拟电流采样电路由第四电阻、第五电阻、第六电阻、第五电容和第六电容组成。程控电源的一端分别与第一隔离变压器的一次侧同名端和第二隔离变压器的一次侧同名端相连，程控电源的另一端分别与第一隔离变压器的一次侧非同名端和第二隔离变压器的一次侧非同名端相连；第一隔离变压器的二次侧同名端和非同名端分别与全桥整流电路的两个输入端相连，全桥整流电路的正输出端分别与第一电容的一端、第一功率开关的集电极和第一续流二极管的负极相连，全桥整流电路的负输出端分别与第二电容的一端、第二功率开关的发射极和第二续流二极管的正极相连，第一电容的另一端分别与第二电容的另一端和电感的一端相连，第一功率开关的发射极分别与第二功率开关的集电极、第一续流二极管的正极、第二续流二极管的负极、第三电容的一端、第二隔离变压器的二次侧同名端、第二电阻的一端、第四电阻的一端和第五电阻的一端相连，电感的另一端分别与第三电容的另一端和第一电阻的一端相连，第一电阻的另一端与非侵入式家居电力负荷监测装置的火线输出端相连；第二隔离变压器的二次侧非同名端分别与第四电容的一端、第三电阻的一端、信号采集与处理模块模拟电压采样端口的一端、非侵入式家居电力负荷监测装置的零线输入端和电位参考端相连，第二电阻的另一端分别与第四电容的另一端、第三电阻的另一端和信号采集与处理模块的模拟电压采样信号端口的另一端相连，第四电阻的另一端分别与第六电阻的一端和非侵入式家居电力负荷监测装置的火线输入端相连，第五电阻的另一端分别与第五电容的一端和信号采集与处理模块的模拟电流采样信号端口的一端相连，第六电阻的另一端分别与第六电容的一端和信号采集与处理模块的模拟电流采样信号端口的另一端相连，第五电容的另一端分别与第六电容的另一端和电位参考端相连；第四电容、第二电阻与第三电阻构成分压电路，输出模拟电压采样信号；第五电阻、第六电阻、第五电容与第六电容构成了抗混叠滤波电路，抗混叠滤波电路差分输出模拟电流流过第四电阻时产生的电压信号；可在人机交互界面设定家居用电电压并选择模拟家用电器用电组合，对应的用电电压及目标家居负荷数据发送至控制与分析平台，控制与分析平台将用电电压数据发送给程控电源，程控电源通过第二隔离变压器输出模拟电压，控制与分析平台根据目标家居负荷数据以及用电电压数据产生目标用电电流数据，目标用电电流数据由控制与分析平台发送给控制与驱动电路，控制与驱动电路根据目标用电电流数据控制逆变电路输出端口的模拟电流，将模拟电压和模拟电流分别加到非侵入式家居电力负荷监测装置的电压和电流输入端口，用以检测非侵入式家居电力负荷监测装置的性能，信号采集与处理模块对模拟电流采样电路和模拟电压采样电路的输出信号进行信号调理及模数转换，并将相应的数字信号输入控制与分析平台以及控制与驱动电路，控制与驱动电路利用模拟电流采样数字信号对模拟电流进行闭环控制，控制与分析平台通过通讯接口读入非侵入式家居电力负荷监测装置的负荷监测结果；控制与分析平台根据设定的模拟家用电器用电组合以及得到的模拟电压、模拟电流数字信号与接收到的非侵入式家居电力负荷监测装置的识别结果进行比较，验证非侵入式家居电力负荷监测装置的运行性能，同时控制与分析平台将模拟电压、模拟电流数字信号、接收到的非侵入式家居电力负荷监测装置的识别结果以及验证的结果发送至人机交互界面供查看。
作为优选，第一电阻由五个阻值为5ω、最大功率为130w的精度为0.05％的功率电阻并联而成，第二电阻由五个阻值为200kω的精度为0.05％的纯阻性精密电阻串联而成，第三电阻、第五电阻和第六电阻均采用阻值为1kω的精度为0.05％的纯阻性精密电阻，第四电阻采用阻值为1mω，精度为0.1％的锰铜电阻。
作为优选，电感采用电感值为1.5mh的锰锌电感，第一电容和第二电容均采用电容值为1000μf的电解电容，第三电容采用电容值为16.8μf的cbb电容，第四电容、第五电容和第六电容均采用电容值为33nf的陶瓷电容。
作为优选，第一功率开关和第二功率开关均采用最大允许电压500v，最大允许电流25a的n沟道型mosfet功率开关管，全桥整流电路采用最大电压允许为1000v，最大电流允许为30a的整流桥堆。
作为优选，第一隔离变压器采用额定容量为3kva、变比为11:3的隔离变压器，第二隔离变压器采用额定容量为0.5kva、变比为1:1的隔离变压器。
作为优选，平台产生的模拟电压为220v/50hz的交流电压。
本发明一种针对非侵入式家居电力负荷监测装置的检测平台用于监测功率为10w至5kw、电流谐波最大次数为9次、用电电压范围为180v至250v、频率为50hz或60hz的单相非侵入式家居电力负荷监测装置的性能检测。该检测平台能模拟各种家用电器的用电特性，并能进行家用电器用电的任意组合，同时产生相应的模拟电压与模拟电流供非侵入式家居电力负荷监测装置性能检测使用，该检测平台模拟电压的控制准确度为1级，模拟电流的控制准确度为1级，用电负荷检测准确度为3级。
本发明带来的效益是：(1)一种针对非侵入式家居电力负荷监测装置的检测平台，它主要包括程控电源、全桥整流电路、逆变电路、模拟电流采样电路、模拟电压采样电路、信号采集与处理模块、控制与分析平台、控制与驱动电路和待检非侵入式家居电力负荷监测装置，该平台能通过产生模拟电压和模拟电流来模拟实际家居用电环境，为非侵入式家居电力负荷监测装置的研究和性能验证提供可靠的实验平台；(2)该平台可以设定任意家用电器的用电组合，并产生相应的家居用电负荷数据，根据该家居用电负荷数据，可产生模拟电压和模拟电流，从而实际模拟设定的家居用电负荷的用电环境供非侵入式家居电力负荷监测装置使用；(3)该平台具备各种现有家用电器用电负荷特征数据，同时能随时补充新出现的家用电器用电负荷特征数据，因此适应性强；(4)该平台占地面积小且能耗小，为非侵入式家居电力负荷监测装置的研究与验证提供了便利。
附图说明
图1为一种针对非侵入式家居电力负荷监测装置的检测平台的结构图。
图中：1是程控电源、2是第一隔离变压器、3是全桥整流电路、4是逆变电路、5是第一电阻、6是第二隔离变压器、7是模拟电压采样电路、8是模拟电流采样电路、9是信号采集与处理模块、10是控制与分析平台、11是控制与驱动电路、12是人机交互界面、13是非侵入式家居电力负荷监测装置、14是第一电容、15是第二电容、16是第一功率开关、17是第二功率开关、18是第一续流二极管、19是第二续流二极管、20是电感、21是第三电容、22是第二电阻、23是第三电阻、24是第四电容、25是第四电阻、26是第五电阻、27是第六电阻，28是第五电容、29是第六电容。
具体实施方式
本发明提出的一种针对非侵入式家居电力负荷监测装置的检测平台，它包括程控电源1、第一隔离变压器2、全桥整流电路3、逆变电路4、第一电阻5、第二隔离变压器6、模拟电压采样电路7、模拟电流采样电路8、信号采集与处理模块9、控制与分析平台10、控制与驱动电路11、人机交互界面12和非侵入式家居电力负荷监测装置13。逆变电路4由第一电容14、第二电容15、第一功率开关16、第二功率开关17、第一续流二极管18、第二续流二极管19、电感20和第三电容21组成；模拟电压采样电路7由第二电阻22、第三电阻23和第四电容24组成；模拟电流采样电路8由第四电阻25、第五电阻26、第六电阻27、第五电容28和第六电容29组成。程控电源1的一端分别与第一隔离变压器2的一次侧同名端和第二隔离变压器6的一次侧同名端相连，程控电源1的另一端分别与第一隔离变压器2的一次侧非同名端和第二隔离变压器6的一次侧非同名端相连；第一隔离变压器2的二次侧同名端和非同名端分别与全桥整流电路3的两个输入端相连，全桥整流电路3的正输出端分别与第一电容14的一端、第一功率开关16的集电极和第一续流二极管18的负极相连，全桥整流电路3的负输出端分别与第二电容15的一端、第二功率开关17的发射极和第二续流二极管19的正极相连，第一电容14的另一端分别与第二电容15的另一端和电感20的一端相连，第一功率开关16的发射极分别与第二功率开关17的集电极、第一续流二极管18的正极、第二续流二极管19的负极、第三电容21的一端、第二隔离变压器2的二次侧同名端、第二电阻22的一端、第四电阻25的一端和第五电阻26的一端相连，电感20的另一端分别与第三电容21的另一端和第一电阻5的一端相连，第一电阻5的另一端与非侵入式家居电力负荷监测装置13的火线输出端相连；第二隔离变压器6的二次侧非同名端分别与第四电容24的一端、第三电阻23的一端、信号采集与处理模块9模拟电压采样端口的一端、非侵入式家居电力负荷监测装置13的零线输入端和电位参考端相连，第二电阻22的另一端分别与第四电容24的另一端、第三电阻23的另一端和信号采集与处理模块9的模拟电压采样信号端口的另一端相连，第四电阻25的另一端分别与第六电阻27的一端和非侵入式家居电力负荷监测装置13的火线输入端相连，第五电阻26的另一端分别与第五电容28的一端和信号采集与处理模块9的模拟电流采样信号端口的一端相连，第六电阻27的另一端分别与第六电容29的一端和信号采集与处理模块9的模拟电流采样信号端口的另一端相连，第五电容28的另一端分别与第六电容29的另一端和电位参考端相连；第四电容24、第二电阻22与第三电阻23构成分压电路，输出模拟电压采样信号；第五电阻26、第六电阻27、第五电容28与第六电容29构成了抗混叠滤波电路，抗混叠滤波电路差分输出模拟电流流过第四电阻25时产生的电压信号；可在人机交互界面12设定家居用电电压并选择模拟家用电器用电组合，对应的用电电压及目标家居负荷数据发送至控制与分析平台10，控制与分析平台10将用电电压数据发送给程控电源1，程控电源1通过第二隔离变压器2输出模拟电压，控制与分析平台10根据目标家居负荷数据以及用电电压数据产生目标用电电流数据，目标用电电流数据由控制与分析平台10发送给控制与驱动电路11，控制与驱动电路11根据目标用电电流数据控制逆变电路4输出端口的模拟电流，将模拟电压和模拟电流分别加到非侵入式家居电力负荷监测装置13的电压和电流输入端口，用以检测非侵入式家居电力负荷监测装置13的性能，信号采集与处理模块9对模拟电流采样电路8和模拟电压采样电路7的输出信号进行信号调理及模数转换，并将相应的数字信号输入控制与分析平台10以及控制与驱动电路11，控制与驱动电路11利用模拟电流采样数字信号对模拟电流进行闭环控制，控制与分析平台10通过通讯接口读入非侵入式家居电力负荷监测装置13的负荷监测结果；控制与分析平台10根据设定的模拟家用电器用电组合以及得到的模拟电压、模拟电流数字信号与接收到的非侵入式家居电力负荷监测装置13的识别结果进行比较，验证非侵入式家居电力负荷监测装置13的运行性能，同时控制与分析平台10将模拟电压、模拟电流数字信号、接收到的非侵入式家居电力负荷监测装置13的识别结果以及验证的结果发送至人机交互界面12供查看。
本实施例具体设计参数为：本发明一种针对非侵入式家居电力负荷监测装置的检测平台用于监测功率为10w至5kw、电流谐波最大次数为9次、用电电压范围为180v至250v、频率为50hz的单相非侵入式家居电力负荷监测装置13的性能检测，第一电阻5由五个阻值为5ω、最大功率为130w的精度为0.05％的功率电阻并联而成，第二电阻22由五个阻值为200kω的精度为0.05％的纯阻性精密电阻串联而成，第三电阻23、第五电阻26和第六电阻27均采用阻值为1kω的精度为0.05％的纯阻性精密电阻，第四电阻25采用阻值为1mω，精度为0.1％的锰铜电阻，第一电感20采用电感值为1.5mh的锰锌电感，第一电容14和第二电容15均采用电容值为1000μf的电解电容，第三电容21采用电容值为16.8μf的cbb电容，第四电容24、第五电容28和第六电容29均采用电容值为33nf的陶瓷电容；第一功率开关16和第二功率开关17均采用型号为2sk2372、内部含有续流二极管的mosfet功率开关管，全桥整流电路3采用型号为gbj2510的整流桥堆；第一隔离变压器2采用容量为3kva、变比为11:3的隔离变压器，第二隔离变压器6采用容量为0.5kva、变比为1:1的隔离变压器；控制与分析平台10和控制与驱动系统11均采用stm32f103rct6微处理芯片进行运算和控制，控制与驱动系统11采用ir2110l4驱动芯片驱动第一功率开关16和第二功率开关17。
本发明说明书中未做详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
应该理解到的是：上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。