一种非侵入式电力负荷暂态过程辨识方法及系统与流程

技术特征：

1.一种非侵入式电力负荷暂态过程辨识方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

第一步，获取受监测电力负荷内部所含的各种用电设备在各种暂态过程下的暂态功率波形特征参数样本，并将获取到的暂态功率波形特征参数样本作为暂态功率波形特征参数模板保存到预先建立的用电设备暂态功率波形特征数据库内，

其中，所述暂态功率波形特征参数模板，根据受监测电力负荷内部所含用电设备种类和性质，包括用电设备发生暂态过程时产生的某次或某几次谐波有功功率时间序列和\或某次或某几次谐波无功功率时间序列；

第二步，采集电力负荷的供电端电压和用电总电流，对采集到的电压和电流信号进行降噪、异常值修正和相位校正处理，并根据受监测电力负荷内部所含用电设备种类和性质，分析处理后的电压和电流信号获得某次或某几次实测谐波有功总功率数据和\或某次或某几次实测谐波无功总功率数据，

其中，不同时刻获得的各次谐波有功总功率数据点和各次谐波无功总功率数据点分别共同构成各次谐波有功总功率时间序列和各次谐波无功总功率时间序列，所述获得的实测谐波有功总功率和实测谐波无功总功率的谐波次数与所述暂态功率波形特征参数模板中谐波有功功率和谐波无功功率的谐波次数相一致；

第三步，检测电力负荷的暂态过程，并确定检测到的电力负荷暂态过程的起点时刻和终点时刻，分别从已经得到的电力负荷各次谐波有功总功率和无功总功率时间序列中提取暂态过程起点时刻和终点时刻之间的功率数据点，构成暂态功率时间序列，所得若干功率时间序列共同作为表征未知电力负荷暂态过程的暂态功率波形特征参数样本；

第四步，在利用动态时间规整算法量度功率时间序列之间相似性的基础上，采用最近邻分类技术，对所述已经获得的未知电力负荷暂态过程功率波形特征样本进行分类辨识，以确定该功率波形特征样本是由哪种用电设备在发生何种工作状态变换时产生的，最终确定相关用电设备的工作状态。

2.根据权利要求1所述的一种非侵入式电力负荷暂态过程辨识方法，其特征在于，步骤四中所述采用最近邻分类技术，建立如下判别式：

$T^{*}=\underset{\∀T_{mn}^{i,j}\∈T}{\arg \min }\left(D\right(T_{mn}^{i,j},T_l\left(t_1,t_2\right)\left)\right)$

式中，表示用电设备i在第m个工作状态向第n个工作状态转换下的第j个暂态功率波形特征参数模板；i∈{1,2,3,…,L}，L∈Z⁺，表示负荷特征数据库内所含用电设备种类的总数目，Z⁺表示正整数域；m,n∈{0}∪{1,2,3,…,Nⁱ}，且m≠n，Nⁱ∈Z⁺，表示用电设备i所具有的功率非零的工作状态的总数目；用电设备i在第m个工作状态向第n个工作状态转换下的暂态功率波形特征模板总数，m＝0或n＝0表示用电设备处于停机状态；T_l(t₁,t₂)表示电力负荷l发生起止于时刻t₁和t₂的暂态过程时所产生的暂态功率波形特征参数样本；表示用电设备暂态功率波形特征参数模板与电力负荷暂态功率波形特征参数样本T_l(t₁,t₂)之间的综合距离；argmin(·)表示针对既定的T_l(t₁,t₂)使取得最小值时的

3.根据权利要求2所述的一种非侵入式电力负荷暂态过程辨识方法，其特征在于，

综合距离的计算方案，以所需各次暂态谐波有功功率波形时间序列和/或各次暂态谐波无功功率波形时间序列并列组成的多维暂态功率波形特征参数时间序列表征用电设备的暂态过程，综合距离按下式计算：

$D(T_{mn}^{i,j},T_l(t_1,t_2\left)\right)=DTW(T_z,T_e)$

式中，DTW(T_z,T_e)表示利用动态时间规整算法计算得到的T_z和T_e之间的动态规整距离；T_z表示由所述负荷特征数据库中已知暂态功率波形特征参数模板时间序列构成的已知多维暂态功率波形特征参数模板时间序列，T_e表示由未知电力负荷暂态过程的暂态功率波形特征参数样本时间序列构成的未知多维暂态功率波形特征参数样本时间序列，T_z和T_e的具体形式如下式：

$T_z=\left(\begin{array}{cccc}\mathrm{......}& P_{mn}^{i,j,vp}& Q_{mn}^{i,j,vq}& \mathrm{......}\end{array}\right)$

$T_e=\left(\begin{array}{cccc}\mathrm{......}& P_l^{vp}\left(t_1,t_2\right)& Q_l^{vq}\left(t_1,t_2\right)& \mathrm{......}\end{array}\right)$

式中，Ωp表示多维暂态功率波形特征参数时间序列中实际用于电力暂态过程辨识的有功功率的谐波组成，Ωq表示多维暂态功率波形特征参数时间序列中实际用于电力暂态过程辨识的无功功率的谐波组成，H表示实际考虑的最高谐波次数。

4.根据权利要求2所述的一种非侵入式电力负荷暂态过程辨识方法，其特征在于，

综合距离的计算方案，以所需各次暂态谐波有功功率波形时间序列和/或各次暂态谐波无功功率波形时间序列首尾相接串联组成拓展一维暂态功率波形特征参数时间序列表征用电设备的暂态过程，综合距离按下式计算：

$D(T_{mn}^{i,j},T_l(t_1,t_2\left)\right)=DTW(\stackrel{\‾}{T_z},\stackrel{\‾}{T_e})$

式中，表示利用动态时间规整算法计算得到的和之间的动态规整距离；表示由所述负荷特征数据库中已知暂态功率波形特征参数模板时间序列构成的已知拓展一维暂态功率波形特征参数模板时间序列，表示由未知电力负荷暂态过程的暂态功率波形特征参数样本时间序列构成的未知拓展一维暂态功率波形特征参数样本时间序列，和的具体形式如下式：

$\stackrel{\‾}{T_z}={\left[\begin{array}{cccc}\mathrm{......}& {\left(P_{mn}^{i,j,vp}\right)}^T& {\left(Q_{mn}^{i,j,vq}\right)}^T& \mathrm{......}\end{array}\right]}^T$

$\stackrel{\‾}{T_e}={\left[\begin{array}{cccc}\mathrm{......}& {\left(P_l^{vp}\left(t_1,t_2\right)\right)}^T& {\left(Q_l^{vq}\left(t_1,t_2\right)\right)}^T& \mathrm{......}\end{array}\right]}^T$

5.根据权利要求2所述的一种非侵入式电力负荷暂态过程辨识方法，其特征在于，

综合距离的计算方案，对所需各次暂态谐波有功功率波形时间序列和/或各次暂态谐波无功功率波形时间序列单独考虑，综合距离按下式计算：

$\begin{array}{c}D\left(T_{mn}^{i,j},T_l\left(t_1,t_2\right)\right)=\\ {\mathrm{\Σ}}_{vp\∈\mathrm{\Ω}p}{\mathrm{\ω}}_{p,mn}^{i,vp}\·DTW\left(P_{mn}^{i,j,vp},P_l^{vp}\left(t_1,t_2\right)\right)+{\mathrm{\Σ}}_{vq\∈\mathrm{\Ω}q}{\mathrm{\ω}}_{q,mn}^{i,vq}\·DTW\left(Q_{mn}^{i,j,vq},Q_l^{vq}\left(t_1,t_2\right)\right)\end{array}$

式中，表示利用动态时间规整算法计算得到的和之间的动态时间规整距离，表示利用动态时间规整算法计算得到的和之间的动态时间规整距离，和其中，权重系数分别表示对用电设备i由第m个工作状态向第n个工作状态转换时发生的暂态过程进行辨识时，第vp次谐波暂态有功和第vq次谐波暂态无功功率波形特征在计算时的重要性，权重系数和取值可以利用目标场景中有标签实测数据通过训练确定，也可根据相似场景的经验确定。

6.一种非侵入式电力负荷暂态过程辨识系统，其特征在于，包括用电设备暂态功率波形特征参数获取与存储模块、电力负荷用电功率数据获取模块、电力负荷暂态过程检测与表示模块、电力负荷暂态过程辨识模块：

用电设备暂态功率波形特征参数获取与存储模块，用于获取和保存被监测电力负荷内部所含的各种用电设备在各种暂态过程下的暂态功率波形特征参数，所述暂态功率波形特征参数模板作为电力负荷暂态过程辨识的依据；

电力负荷用电功率数据获取模块，用于实时获取电力负荷暂态功率波形时间序列；

电力负荷暂态过程检测与表示模块，用于在已经生成的功率波形时间序列中检测电力负荷暂态过程，并以适合电力负荷暂态过程辨识的方式表示电力负荷暂态过程；

电力负荷暂态过程辨识模块，用于在利用动态时间规整算法量度功率时间序列之间相似性的基础上，采用最近邻分类技术，对所述已经获得的未知电力负荷暂态过程功率波形特征样本进行分类辨识，以确定该功率波形特征样本是由哪种用电设备在发生何种工作状态变换时产生的，得到电力负荷暂态过程辨识结果，并最终确定相关用电设备的工作状态；

还包括辨识结果输出与显示模块、辨识结果存储模块、数据传输与信息通信模块；

辨识结果输出与显示模块，用于根据应用需要，输出与显示电力负荷暂态过程的辨识结果，以及电力负荷暂态过程发生后，电力负荷内部每种用电设备的工作状态；

辨识结果存储模块，用于根据应用需要，存储电力负荷暂态过程的辨识结果，以及电力负荷暂态过程发生后，电力负荷内部每种用电设备的工作状态；

数据传输与信息通信模块，根据需要，用于系统中不同功能模块之间的数据与信息交互。

7.根据权利要求6所述的一种非侵入式电力负荷暂态过程辨识系统，其特征在于，所述电力负荷用电功率数据获取模块包括

原始数据采集模块，用于实时采集电力负荷供电端电压和用电总电流；

原始数据预处理模块，用于对采集到的电压和电流信号进行波形降噪、异常值修正和相位校正处理；

功率数据生成模块，用于根据受监测电力负荷内部所含用电设备种类和性质，分析处理后的电压和电流信号以获得电力负荷暂态过程辨识所需的某次或某几次实测谐波有功总功率数据和\或某次或某几次实测谐波无功总功率数据；

功率波形时间序列生成模块，用于将不同时刻获得的各次谐波有功总功率数据点和各次谐波无功总功率数据点分别共同构成各次谐波有功总功率时间序列和各次谐波无功总功率时间序列。

8.根据权利要求6所述的一种非侵入式电力负荷暂态过程辨识系统，其特征在于，所述电力负荷暂态过程检测与表示模块包括

电力负荷分段模块，用于将电力负荷划分为过渡区段和稳态区段，电力负荷的过渡区段的起点和终点即为电力负荷暂态过程的起点和终点；

暂态功率波形特征参数样本生成模块，用于分别从已经得到的电力负荷各次谐波有功总功率时间序列和各次谐波无功总功率时间序列中提取暂态过程起点时刻和终点时刻之间的功率数据点，构成暂态功率时间序列，所得若干暂态功率时间序列共同作为表征(未知)电力负荷暂态过程的暂态功率波形特征参数样本。

9.根据权利要求6所述的一种非侵入式电力负荷暂态过程辨识系统，其特征在于，所述电力负荷暂态过程辨识模块包括

综合距离计算模块，用于利用动态时间规整算法，采用所选方案计算电力负荷暂态功率波形特征参数样本时间序列与所述用电设备暂态功率波形特征参数模板时间序列之间的综合距离；

判别搜索模块，用于根据综合距离的计算结果，判断电力负荷暂态功率波形特征参数序列样本与不同用电设备暂态功率波形特征参数模板之间的相似性，确定与采集到的电力负荷暂态功率波形特征参数样本时间序列最相似的用电设备暂态功率波形特征参数模板时间序列；

用电设备的工作状态确定模块，以所述判别搜索模块的搜索结果确定对应用电设备在电力负荷暂态过程发生前后的工作状态。

10.根据权利要求6所述的一种非侵入式电力负荷暂态过程辨识系统，其特征在于，所述用电设备暂态功率波形特征参数获取与存储模块包括

用电设备暂态功率波形特征参数模板获取模块，用于获取被监测电力负荷内部所含的各种用电设备在各种暂态过程下的暂态功率波形特征参数样本若干，并根据样本的代表性，从中选择暂态功率波形特征参数模板；

用电设备暂态功率波形特征数据库模块，用于存储所述用电设备暂态功率波形特征参数模板获取模块获得的暂态功率波形特征参数模板。