一种即插即用的非侵入式负荷分解装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种即插即用的非侵入式负荷分解装置，属于电力负荷分解技术领 域。
【背景技术】
[0002] 随着科技的发展，传统电力工业向高度集约化、高度知识化、高度技术化方向转 变，用户对电力系统的可靠性、安全性、经济性和稳定性也提出了更高的要求。尤其对于我 国来说，地域广阔，地形复杂，环境气候条件差异较大，整个输配电线路传输距离远、分支 多、故障率高，迫切需要我国电力运行监测系统相高速发展。然而，日渐庞大的电力工业来 说还相对滞后，传统的监测系统往往需要大量的硬件设备，特别是传感器等设备的在线安 装测量，不但需要大量的资金投入，在安装和维护阶段仍需花费大量金钱和时间，而且这些 采用"侵入式"技术设计方式，在安装、维护时，需对供电用户进行短暂停电，容易造成用户 不满或者引起其他经济损失，往往难以满足系统优化、节能、故障检测分析等的需要。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种即插即用的非侵入式负荷分解装置，以实现负荷分解装 置即插即用的安装方式。
[0004] 本发明为解决上述技术问题提供了一种即插即用的非侵入式负荷分解装置，该分 解装置包括数据采集模块、负荷分解模块和通讯模块，所述数据采集模块通过热插拔的方 式用于接入用户家庭电源入口，所述数据采集模块的输出端与负荷分解模块的输入端连 接，负荷分解模块用于根据负荷采集模块采集到的用户家庭用电设备的电压、电流进行负 荷分解，并将负荷分解结果通过通讯模块传输至电力公司决策端和用户数据端。
[0005] 所述的负荷分解模块采用基于PS0最优搜索的非侵入式电力负荷分解算法，该算 法的步骤如下：
[0006] 1)利用数据采集模块采集各用电设备投切时的瞬时电流，引入基函数对其进行分 解，以得到各用电设备投切时的电流幅值；
[0007] 2)以用户电力入口处的电流幅值与各投入用电设备电流幅值之差的最小值为目 标函数，即
[0008]
[0009] s.t.aie{〇,l)
[0010] 其中Iik为用电设备i的k次谐波的电流幅值，Imk表示用户电力入口端k次谐波的电 流幅值，ai表示设备的投切，ai=l表示电力设备i投入，ai = 0表示电力设备i关闭，N为用电 设备的个数，K表示谐波次数；
[0011 ] 3)根据各用电设备功率信息的叠加性，建立优化目标函数，即：
[0012]
[0013] s. t.ai^ {0,1}
[0014] 其中P为测得的当权功率，Pi为电力设备i工作时的功率；
[0015] 4)利用粒子群算法求解所建立的目标函数和优化目标函数，得到的结果即为负荷 分解的结果。
[0016] 所述步骤4)利用粒子群算法算法求解目标函数和优化目标函数的过程中，所选择 的适应度函数为：
[0017]
[0018] 参数其中σ#Ρσ2均为标准差，可根据样本数据库进行设置。
[0019] 所述的数据采集模块包括电压、电流变送板和数据采集板，电压、电流变送板用于 接入用户家庭电源入口处，以采集用电设备投切时瞬时电流、电压，电压、电流变送板的输 出端与数据采集板的输入端连接。
[0020] 所述数据采集模块、负荷分解模块和通讯模块采用模块封装组织结构，均设置一 个箱体内部，各模块之间无强耦合。
[0021] 所述的非侵入式负荷分解装置由用户家庭电源入口处的220V电压母线直接供电， 无需外接独立电源。
[0022]所述的非侵入式负荷分解装置还包括交互接口模块，该交互接口模块用于支持用 户或工程师更改负荷分解模块中的负荷分解算法。
[0023] 所述的通讯模块采用无线通讯模块。
[0024] 本发明的有益效果是:本发明的即插即用的非侵入式负荷分解装置包括数据采集 模块、负荷分解模块和通讯模块，所述数据采集模块通过热插拔的方式用于接入用户家庭 电源入口，所述数据采集模块的输出端与负荷分解模块的输入端连接，负荷分解模块用于 根据负荷采集模块采集到的用户家庭用电设备的电压、电流进行负荷分解，并将负荷分解 结果通过通讯模块传输至电力公司决策端和用户数据端。本发明的即插即用的非侵入式负 荷分解装置内部结构以模块化结构封装组合，对外不依赖独立电源及接线，做到即插即用， 实时分解，确保装置便于安装使用。
[0025] 此外，本发明中的负荷分解模块采用基于PS0最优搜索的非侵入式电力负荷分解 算法，算法能够在线实时得到电力负荷的投切情况，具有较高的精度和较好的稳定性，且计 算速度快。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明即插即用的非侵入式负荷分解装置的框架示意图；
[0027] 图2是即插即用的非侵入式负荷分解装置上位机调试界面人机交互部分算法选择 示意图；
[0028] 图3是即插即用的非侵入式负荷分解装置上位机调试界面分解结果显示示意图；
[0029] 图4是负荷分解模块采用基于PS0的电力负荷分解方法的流程图。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步的说明。
[0031] 本发明的即插即用的非侵入式负荷分解装置如图1所示，包括数据采集模块、负荷 分解模块、通讯模块、显示模块和交互接口模块，其中数据采集模块包括电压、电流变送板 和数据采集板，电压、电流变送板用于接入用户家庭电源入口处，以采集用电设备投切时瞬 时电流、电压，电压、电流变送板的输出端与数据采集板的输入端连接，数据采集板通过USB 与负荷分解模块连接，负荷分解模块通过通信模块连接至电力公司决策端和用户数据端， 其中通信模块采用无线通讯模块。该非侵入式负荷分解装置由用户家庭电源入口处的220V 电压母线直接供电，无需外接独立电源，交互接口模块用于支持用户或工程师更改负荷分 解模块中的负荷分解算法，上述模块均采用模块化封装组织结构，模块之间无强耦合，可以 根据需要重新组合实现新功能，各模块均设置在一个箱体内部，整个负荷分解与监测装置 对外呈现黑箱结构。
[0032] 本发明的即插即用负荷分解装置直接以热插拔的方式接入用户家庭电源入口、更 换用户环境无需其他配置。工作状态下，该装置可实现多线程稳定工作，通过内部集成的电 流电压采集板实现电流电压的同步实时采集，数据存储、数据处理、数据传送三位一体互不 干扰。该装置所得分解结果经过无线网络直接传输至用户数据端及电力公司决策端，用户 端通过下载相关APP来直观了解家庭用电细节，做出用电规划决策，并能够及时得知家电运 行故障，避免用电事故，电力公司决策端通过专业上位机软件了解各区域用电统计信息即 实时记录，分析电网活动的异常情况，以维护电网负荷处于稳定状态。同时本发明的即插即 用非侵入式负荷分解装置支持人机交互功能，用户即工程师可通过上位机更改负荷分解算 法，如图2所示，以进行更为精准的负荷分解功能。同时，该装置还能够通过负荷特征数据 库匹配及相应的软件算法的选择实现非侵入式负荷分解与监测功能，分解结果如图3所示， 由此可以看出，本发明的即插即用非侵入式负荷分解装置能够准确分辨出用电器的工作状 态并直观表示。其中负荷分解模块可采用HMM、KNNs、融合决策方法、专家决策方法和最优化 方法等来实现对所采集电力数据进行负荷分解，本实施例中负荷分解模块采用基于PS0的 最优搜索的非侵入式电力负荷分解方法进行负荷分解，该方法的具体实施过程如下：
[0033] 1.利用数据采集模块采集各用电设备投切时的瞬时电流，引入基函数对其进行分 解，以得到各用电设备投切时的电流幅值。
[0034] 用电设备投切瞬时电流可表示为
[0035] Ia=Iaicos( ω t+9ai)+."+Iakcos(kt〇 t+9ak)+."(l)
[0036] 其中ω为基波角频率，1*为工作电流中第k次谐波分量幅值(k一般跟采样频率有 关）；9ak为工作电流中第k次谐波分量的初相角。从式（1)中看出，由于A/D采样频率的约束， 通常只取前K个谐波分量。
[0037] 为了便于分析，假