基于功率连续变化的负载启停识别方法和系统与流程

1.本发明涉及非侵入负载识别领域，尤其涉及一种基于功率连续变化的负载启停识别方法和系统。


背景技术：

2.非侵入负载识别的主要对象为家用电器。传统家用电器，如电水壶、电暖器等属于瞬变负载，其功率在数十毫秒内就有功率的变化。变频技术在家用电器中逐渐广泛使用，如变频空调、变频洗衣机等，其启动过程变得复杂多样，启动时间从数十毫秒到数分钟不等。而且变频电器在启动过程中功率变化不再是简单只有打开和关闭两个状态，它们存在连续缓慢变化、突增突减、交替变化等多种功率变化方式。
3.现有非侵入负载识别判断负载启动的方法，通常是采用固定间隔时间内功率的变化幅度来判断负载启动和停止，这种方法适用于判断瞬变负载，以及固定周期定时运行的负载。对于负载功率缓慢变化、突增突减等变化方式，采用上述方法难以可靠识别电器的启停状态，因此需要一种兼顾判断瞬变和缓变负载启动的方法。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于功率连续变化的负载启停识别方法和系统，用于在非侵入负载识别中判断瞬变和变频负载的启停状态，解决了以往方法对于负载功率缓慢变化、突增突减等变化方式难以可靠的问题。
5.为达到上述目的，本发明的技术方案提供了一种基于功率连续变化的负载启停识别方法，其包括：
6.s1：对电压和电流信号进行定时同步采样，并将采样数据保存至环形队列中，其中：
7.s11：在进行瞬变负载启动的判断时，以t1为时间间隔定时同步采样电压和电流信号，以计算当前有功功率并保存至环形队列，其中，t1《1秒；
8.s12：在进行缓变负载启动的判断时，每分钟计算连续60s有功功率p(m)的平均值p’(m)，并保存到环形队列；
9.s2：通过将当前状态和历史状态的数据进行比较，判断是否使状态机模块跳转工作状态，其中：
10.s21：在进行瞬变负载启动的判断时，通过将第n秒与第n-1秒的有功功率进行比较，或者将第n秒与第n-2秒的有功功率进行比较，来判断是否使状态机模块从m1状态跳转到m3状态，
11.s22：在进行缓变负载启动的判断时，通过将第m分钟的有功功率平均值与环形队列中有功功率平均值进行比较，来判断是否使状态机模块从m1状态跳转到m3状态；
12.s3：如果状态机模块进入m3状态，则进一步判断是否有负载启动，其中：
13.s31：在进行瞬变负载启动的判断时，通过进一步将第n+1秒、n+2秒时的有功功率
与第n-1秒时的有功功率进行比较，来判断是否有负载启动，
14.s32：在进行缓变负载启动的判断时，通过进一步将第m+1分钟、m+2分钟的有功功率平均值与环形队列中有功功率平均值进行比较，来判断是否有负载启动。
15.在进一步的技术方案中，在步骤s21中：
16.在第n秒时，当前有功功率为p(n)，从环形队列中取出第n-1秒时的有功功率p(n-1)，计算两者差值的绝对值|deltap(n-1)|；
17.如果|deltap(n-1)|值大于判定门限pgate1，则状态机模块从m1状态跳转到m3状态，记录p(n-1)为前稳态功率值；
18.如果|deltap(n-1)|值小于等于判定门限pgate1，则从环形队列中取出第n-2秒时有功功率p(n-2)，计算它与p(n)差值的绝对值|deltap(n-2)|，如果|deltap(n-2)|值大于判定门限pgate1，则状态机模块从m1状态跳转到m3状态，记录p(n-2)为前稳态功率值，否则维持m1状态。
19.在进一步的技术方案中，在步骤s22中：在第m分钟，假设环形队列中有k个有功功率平均值，其中，k》2，当前有功功率平均值p’(m)，将此值与环形队列中有功功率平均值计算差值，设deltap’(m-i)＝p’(m)-p’(i)，0≤i≤k，如果|deltap’(m-i)|大于判定门限pgate2，则状态机模块从m1状态跳转到m3状态，并记录前稳态平均有功功率值p’(i)和p’(m)；否则，维持m1状态。
20.在进一步的技术方案中，在步骤s31：
21.假设状态机模块在第n秒进入m3状态，且前稳态有功功率值为p(n-1)，再运行t2秒后，其中，t2＝2*t1，从环形队列中取第n+1和n+2秒时有功功率值p(n+1)和p(n+2)，分别计算这两个功率与前稳态有功功率值p(n-1)的差值绝对值：|deltap(n+1)|和|deltap(n+2)|；
22.如果|deltap(n+1)|和|deltap(n+2)|这两个值都大于pgate1，而且三个差值deltap(n-1)、deltap(n+1)和deltap(n+2)符号相同，则判定有瞬态启动；如果三个差值符号不同，则不做判定，此时状态机模块将跳转到m1状态，进入下一次检测。
23.在进一步的技术方案中，在步骤s32：
24.假设状态机模块在第m分钟进入m3状态，则在第m+2分钟，计算m+1和m+2分钟的平均有功功率与i时刻的平均有功功率p’(i)的差值，即deltap’(m+1-i)和deltap’(m+2-i)，如果此2值与deltap’(m-i)的符号相同，而且此2值的绝对值都大于判定门限pgate2，则判定有负载启动；如果此2值的绝对值有任意一个不大于pgate2，则状态机模块跳转到m1状态；如果此2值的符号与deltap’(m-i)的符号不相同，则状态机模块跳转到m1状态。
25.本发明的实施方式还提供了一种基于功率连续变化的负载启停识别系统，其包括：定时同步采样模块、环形队列模块、状态机模块；其中，
26.定时同步采样模块对电压和电流信号进行定时同步采样，并将采样数据保存至环形队列模块中，其中：在进行瞬变负载启动的判断时，以t1为时间间隔定时同步采样电压和电流信号，以计算当前有功功率并保存至环形队列模块，其中，t1《1秒；在进行缓变负载启动的判断时，每分钟计算连续60s有功功率p(m)的平均值p’(m)，并保存到环形队列模块；
27.通过将当前状态和历史状态的数据进行比较，来判断是否使状态机模块跳转工作状态，其中：在进行瞬变负载启动的判断时，通过将第n秒与第n-1秒的有功功率进行比较，
或者将第n秒与第n-2秒的有功功率进行比较，来判断是否使状态机模块从m1状态跳转到m3状态；在进行缓变负载启动的判断时，通过将第m分钟的有功功率平均值与环形队列中有功功率平均值进行比较，来判断是否使状态机模块从m1状态跳转到m3状态；
28.在状态机模块进入m3状态时，进一步判断是否有负载启动，其中：在进行瞬变负载启动的判断时，通过进一步将第n+1秒、n+2秒时的有功功率与第n-1秒时的有功功率进行比较，来判断是否有负载启动；在进行缓变负载启动的判断时，通过进一步将第m+1分钟、m+2分钟的有功功率平均值与环形队列中有功功率平均值进行比较，来判断是否有负载启动。
29.在进一步的技术方案中，在进行瞬变负载启动的判断时，判断是否使状态机模块是否跳转工作状态包括：
30.在第n秒时，当前有功功率为p(n)，从环形队列中取出第n-1秒时的有功功率p(n-1)，计算两者差值的绝对值|deltap(n-1)|；
31.如果|deltap(n-1)|值大于判定门限pgate1，则状态机模块从m1状态跳转到m3状态，记录p(n-1)为前稳态功率值；
32.如果|deltap(n-1)|值小于等于判定门限pgate1，则从环形队列中取出第n-2秒时有功功率p(n-2)，计算它与p(n)差值的绝对值|deltap(n-2)|，如果|deltap(n-2)|值大于判定门限pgate1，则状态机模块从m1状态跳转到m3状态，记录p(n-2)为前稳态功率值，否则维持m1状态。
33.在进一步的技术方案中，在进行缓变负载启动的判断时，判断是否使状态机模块是否跳转工作状态包括：
34.在第m分钟，假设环形队列中有k个有功功率平均值，其中，k》2，当前有功功率平均值p’(m)，将此值与环形队列中有功功率平均值计算差值，设deltap’(m-i)＝p’(m)-p’(i)，0≤i≤k，如果|deltap’(m-i)|大于判定门限pgate2，则状态机模块从m1状态跳转到m3状态，并记录前稳态平均有功功率值p’(i)和p’(m)；否则，维持m1状态。
35.在进一步的技术方案中，在进行瞬变负载启动的判断时，如果状态机模块进入m3状态，进一步判断是否有负载启动包括：
36.假设第n秒进入m3状态，且前稳态有功功率值为p(n-1)，再运行t2秒后，其中，t2＝2*t1，从环形队列中取第n+1和n+2秒时有功功率值p(n+1)和p(n+2)，分别计算这两个功率与前稳态有功功率值p(n-1)的差值绝对值：|deltap(n+1)|和|deltap(n+2)|；
37.如果|deltap(n+1)|和|deltap(n+2)|这两个值都大于pgate1，而且三个差值deltap(n-1)、deltap(n+1)和deltap(n+2)符号相同，则判定有瞬态启动；如果三个差值符号不同，则不做判定，此时状态机模块将跳转到m1状态，进入下一次检测。
38.在进一步的技术方案中，在进行缓变负载启动的判断时，如果状态机模块进入m3状态，进一步判断是否有负载启动包括：
39.假设状态机模块在第m分钟进入m3状态，则在第m+2分钟，计算m+1和m+2分钟的平均有功功率与i时刻的平均有功功率p’(i)的差值，即deltap’(m+1-i)和deltap’(m+2-i)，如果此2值与deltap’(m-i)的符号相同，而且此2值的绝对值都大于判定门限pgate2，则判定有负载启动；如果此2值的绝对值有任意一个不大于pgate2，则状态机模块跳转到m1状态；如果此2值的符号与deltap’(m-i)的符号不相同，则状态机模块跳转到m1状态。
(m)；否则，维持m1状态。
58.在进一步的技术方案中，在步骤s31：
59.假设状态机模块在第n秒进入m3状态，且前稳态有功功率值为p(n-1)，再运行t2秒后，其中，t2＝2*t1，从环形队列中取第n+1和n+2秒时有功功率值p(n+1)和p(n+2)，分别计算这两个功率与前稳态有功功率值p(n-1)的差值绝对值：|deltap(n+1)|和|deltap(n+2)|；
60.如果|deltap(n+1)|和|deltap(n+2)|这两个值都大于pgate1，而且三个差值deltap(n-1)、deltap(n+1)和deltap(n+2)符号相同，则判定有瞬态启动；如果三个差值符号不同，则不做判定，此时状态机模块将跳转到m1状态，进入下一次检测。
61.在进一步的技术方案中，在步骤s32：
62.假设状态机模块在第m分钟进入m3状态，则在第m+2分钟，计算m+1和m+2分钟的平均有功功率与i时刻的平均有功功率p’(i)的差值，即deltap’(m+1-i)和deltap’(m+2-i)，如果此2值与deltap’(m-i)的符号相同，而且此2值的绝对值都大于判定门限pgate2，则判定有负载启动；如果此2值的绝对值有任意一个不大于pgate2，则状态机模块跳转到m1状态；如果此2值的符号与deltap’(m-i)的符号不相同，则状态机模块跳转到m1状态。
63.本发明的实施方式还提供了一种基于功率连续变化的负载启停识别系统，其包括：定时同步采样模块、环形队列模块、状态机模块；其中，
64.定时同步采样模块对电压和电流信号进行定时同步采样，并将采样数据保存至环形队列模块中，其中：在进行瞬变负载启动的判断时，以t1为时间间隔定时同步采样电压和电流信号，以计算当前有功功率并保存至环形队列模块，其中，t1《1秒；在进行缓变负载启动的判断时，每分钟计算连续60s有功功率p(m)的平均值p’(m)，并保存到环形队列模块；
65.通过将当前状态和历史状态的数据进行比较，来判断是否使状态机模块跳转工作状态，其中：在进行瞬变负载启动的判断时，通过将第n秒与第n-1秒的有功功率进行比较，或者将第n秒与第n-2秒的有功功率进行比较，来判断是否使状态机模块从m1状态跳转到m3状态；在进行缓变负载启动的判断时，通过将第m分钟的有功功率平均值与环形队列中有功功率平均值进行比较，来判断是否使状态机模块从m1状态跳转到m3状态；
66.在状态机模块进入m3状态时，进一步判断是否有负载启动，其中：在进行瞬变负载启动的判断时，通过进一步将第n+1秒、n+2秒时的有功功率与第n-1秒时的有功功率进行比较，来判断是否有负载启动；在进行缓变负载启动的判断时，通过进一步将第m+1分钟、m+2分钟的有功功率平均值与环形队列中有功功率平均值进行比较，来判断是否有负载启动。
67.在进一步的技术方案中，在进行瞬变负载启动的判断时，判断是否使状态机模块是否跳转工作状态包括：
68.在第n秒时，当前有功功率为p(n)，从环形队列中取出第n-1秒时的有功功率p(n-1)，计算两者差值的绝对值|deltap(n-1)|；
69.如果|deltap(n-1)|值大于判定门限pgate1，则状态机模块从m1状态跳转到m3状态，记录p(n-1)为前稳态功率值；
70.如果|deltap(n-1)|值小于等于判定门限pgate1，则从环形队列中取出第n-2秒时有功功率p(n-2)，计算它与p(n)差值的绝对值|deltap(n-2)|，如果|deltap(n-2)|值大于判定门限pgate1，则状态机模块从m1状态跳转到m3状态，记录p(n-2)为前稳态功率值，否则
维持m1状态。
71.在进一步的技术方案中，在进行缓变负载启动的判断时，判断是否使状态机模块是否跳转工作状态包括：
72.在第m分钟，假设环形队列中有k个有功功率平均值，其中，k》2，当前有功功率平均值p’(m)，将此值与环形队列中有功功率平均值计算差值，设deltap’(m-i)＝p’(m)-p’(i)，0≤i≤k，如果|deltap’(m-i)|大于判定门限pgate2，则状态机模块从m1状态跳转到m3状态，并记录前稳态平均有功功率值p’(i)和p’(m)；否则，维持m1状态。
73.在进一步的技术方案中，在进行瞬变负载启动的判断时，如果状态机模块进入m3状态，进一步判断是否有负载启动包括：
74.假设第n秒进入m3状态，且前稳态有功功率值为p(n-1)，再运行t2秒后，其中，t2＝2*t1，从环形队列中取第n+1和n+2秒时有功功率值p(n+1)和p(n+2)，分别计算这两个功率与前稳态有功功率值p(n-1)的差值绝对值：|deltap(n+1)|和|deltap(n+2)|；
75.如果|deltap(n+1)|和|deltap(n+2)|这两个值都大于pgate1，而且三个差值deltap(n-1)、deltap(n+1)和deltap(n+2)符号相同，则判定有瞬态启动；如果三个差值符号不同，则不做判定，此时状态机模块将跳转到m1状态，进入下一次检测。
76.在进一步的技术方案中，在进行缓变负载启动的判断时，如果状态机模块进入m3状态，进一步判断是否有负载启动包括：
77.假设状态机模块在第m分钟进入m3状态，则在第m+2分钟，计算m+1和m+2分钟的平均有功功率与i时刻的平均有功功率p’(i)的差值，即deltap’(m+1-i)和deltap’(m+2-i)，如果此2值与deltap’(m-i)的符号相同，而且此2值的绝对值都大于判定门限pgate2，则判定有负载启动；如果此2值的绝对值有任意一个不大于pgate2，则状态机模块跳转到m1状态；如果此2值的符号与deltap’(m-i)的符号不相同，则状态机模块跳转到m1状态。
78.具体实施例
79.本发明由定时同步采样模块、环形队列模块、状态机模块等三个模块构成。
80.定时同步采样模块负责定时采样电压和电流信号，同步采样可以减小电压电流信号的相位误差，提高功率的计算精度。
81.环形队列模块负责保存采样数据，用于当前状态和历史状态的数据比较，同时可以充分利用有限的ram资源。
82.状态机模块负责管理和判断待测电器的工作状态，使条件分支判断更加清晰，明确指定每个工作状态的进入条件，当前工作状态所完成的任务，以及跳转到下一工作状态的条件。
83.瞬变负载启动的判断流程如图1所示，具体流程如下：
84.1)以t1(t1《1秒)为时间间隔采样电压，电流，计算当前有功功率p，保存到环形队列；
85.2)第n秒时，当前有功功率p(n)，从环形队列中取出第n-1秒时有功功率p(n-1)，计算两者差值的绝对值|deltap(n-1)|。
86.3)如果|deltap(n-1)|值大于判定门限pgate1，则从m1状态跳转到m3状态，记录p(n-1)为前稳态功率值；
87.4)如果|deltap(n-1)|值小于等于判定门限pgate1，则从环形队列中取出第n-2秒
时有功功率p(n-2)，计算它与p(n)差值的绝对值|deltap(n-2)|，如果|deltap(n-2)|值大于判定门限pgate1，则从m1状态跳转到m3状态，记录p(n-2)为前稳态功率值，否则维持m1状态。
88.5)假设第n秒进入m3状态，且前稳态有功功率值为p(n-1)，系统再运行t2(t2＝2*t1)秒后，从环形队列中取第n+1和n+2秒时有功功率值p(n+1)和p(n+2)，分别计算这2个功率与前稳态有功功率值p(n-1)的差值绝对值：|deltap(n+1)|和|deltap(n+2)|。
89.6)如果|deltap(n+1)|和|deltap(n+2)|这两个值都大于pgate1，而且三个差值deltap(n-1)，deltap(n+1)和deltap(n+2)符号相同，则判定有瞬态启动。如果三个差值符号不同，则不做判定。此时系统将跳转到m1状态，进入下一次检测。
90.缓变负载启动的判断流程如图2所示，具体流程如下：
91.1)每分钟计算连续60s有功功率p(m)的平均值p’(m)，保存到环形队列。
92.2)第m分钟，假设环形队列中有k个有功功率平均值(k》2)，当前有功功率平均值p’(m)，将此值分别与环形队列中有功功率平均值计算差值，设deltap’(m-i)＝p’(m)-p’(i)，0≤i≤k，如果|deltap’(m-i)|大于pgate2，则从m1跳转到m3，并记录前稳态平均有功功率值p’(i)和p’(m)；否则，维持m1状态。
93.3)假设系统在第m分钟已经进入m3状态，第m+2分钟，计算m+1和m+2时刻的平均有功功率与i时刻的平均有功功率p’(i)差值，即deltap’(m+1-i)和deltap’(m+2-i)，如果此2值与deltap’(m-i)的符号相同，而且此2值的绝对值都大于pgate2，则判定有负载启动；如果此2值的绝对值有任意一个不大于pgate2，则系统跳转到m1；如果此2值的符号与deltap’(m-i)的符号不相同，则系统跳转到m1。
94.本发明基于功率连续变化进行负载启停的识别方法，用于在非侵入负载识别中判断瞬变和变频负载的启停状态，解决以往方法对于负载功率缓慢变化、突增突减等变化方式难以可靠的问题。
95.以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。