一种非侵入式在线负荷分解装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种非侵入式在线负荷分解装置，属于电力系统负荷分解技术领域。
【背景技术】
[0002] 对电力系统而言，电力能耗监测工作是开展节能工作的基础。然而，传统的负荷监 测一般需要在每一个被监测用电设备外安装传感器等硬件设备，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"技术的设计方式， 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非侵入式在线负荷分解装置，以加强对负荷侧的管理。
[0004] 本发明解决上述技术问题提供了一种非侵入式在线负荷分解装置，该负荷分解装 置包括数据采集模块、负荷分解模块、通讯模块和交互接口模块，各模块均采用模块化封 装，所述的数据采集模块输出端与负荷分解模块连接，所述的负荷分解模块通过交互接口 模块用于与电力公司的数据端通信，用于将用户的用电信息传输给电力公司，同时接收电 力推送的最新更新的用电信息数据库，更新符合分解模块的本地数据库，提高对最新型号 用电器的识别精度。
[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] fitness = f\ x f\ = exp /σ,' - d； jσ；')
[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] 所述的负荷分解模块采用Intel Ν2480双核CPU，主频2.16GHz，该负荷分解模块配 USB接口和RS232接口，用于连接数据采集模块和通讯模块。
[0020] 所述的负荷分解模块通过USB接口连接数据采集模块，从220V母线上采集实时的 电压和电流数据，或者连接通讯模块，通过以太网或者RS232总线从智能空开上取得实时的 用电数据。
[0021 ]本发明的有益效果是:本发明负荷分解装置包括数据采集模块、负荷分解模块、 通讯模块和交互接口模块，各模块均采用模块化封装，数据采集模块输出端与负荷分解模 块连接，负荷分解模块通过交互接口模块用于与电力公司的数据端通信，用于将用户的用 电信息传输给电力公司，同时接收电力推送的最新更新的用电信息数据库，更新符合分解 模块的本地数据库，提高对最新型号用电器的识别精度。本发明有助于电力公司进一步了 解用户负荷的构成，加强负荷侧管理；同时，有助于将功率监测深入、细化到负荷内部各主 要用电设备类，为电力系统仿真分析、系统规划提供更准确的数据。
[0022] 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】
[0023] 图1是本发明非侵入式在线负荷分解装置的结构示意图；
[0024] 图2是数据采集模块的结构示意图；
[0025]图3是负荷分解模块的硬件框图；
[0026]图4是显示模块与负荷分解核心模块的通讯架构示意图；
[0027]图5是交互接口与电力公司通讯示意图；
[0028]图6是负荷分解模块所采用的PS0负荷分解算法的流程图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步的说明。
[0030]
[0031] 本发明的非侵入式在线负荷分解装置包括数据采集模块、负荷分解模块、通讯模 块、显示模块、交互接口模块，各模块的结构如图1所示，各模块采用模块化的封装，数据采 集模块从户内220V母线上采集实时电压和电流信息，并通过A/D转换器将采集到的信息转 换为数字信号，通过USB通讯线缆传送到符合分解酶，由负荷分解模块进行实时的计算分 析，实现负荷的在线分解。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 流变送板用于设置在用户电力入口处的220V母线上，电压、电流变送板将采集到的220V电 压和电流信号转换成-5V-5V的弱电信号，并传输给数据采集板，数据采集板通过其内置的 A/D转换器将接收到的弱电信号转换成二进制代码，通过USB通讯芯片将得到的实时数据传 送到负荷分解模块，具体的结构如图2所示。
[0032] 负荷分解模块是整个非侵入式在线负荷分解装置的核心模块，是负荷分解算法运 行与实施的模块，负荷分解模炔基于高性能的嵌入式系统开发，具有较强的数据处理能力、 通讯接口能力和数据存储能力，该模块的硬件结构如图3所示。本实施例中负荷分解模块的 CHJ采用Intel N2480双核CPU，主频2.16GHZ，具有很强的计算能力，能够实时分析采集来的 电压和电流波形，为各种复杂负荷分解算法提供强大的计算支持。模块装备有2G DDR3L低 功耗RAM，为了能够存储更多的负荷分解数据库信息，还配有32G Flash RAM，这些强大的硬 件资源，为符合分解算法的运行提供了强有力的支持。负荷分解模块还配有多个USB接口和 一个RS232接口，通过这些接口，可以和数据采集模块、通讯模块或者是显示模块相连。有了 这些通讯接口的支持，使得系统的配置变得更加灵活。比如数据的来源可以是多种多样的， 既可以使用USB接口连接数据采集模块，直接从220V母线上采集实时的电压和电流数据，也 可以连接通讯模块，通过以太网或者RS232总线从智能空开上取得实时的用电数据。
[0033] 通讯模块，一方面可以与实时用电数据源相连接，获得用户的用电数据，另一方面 可以和显示装置相连，如平板电脑显示装置和智能手机显示装置等，将实时的负荷分解数 据反馈给用电用户。同样，这些通讯接口还可以通过互联网，将用电信息上传到电力公司的 数据中心，为电力公司的用电调度提供数据支持。
[0034] 负荷分解装置的显示模块与负荷分解模块连接通过网络接口，配置灵活多样，可 以是多种显示设备，如智能手机和平板电脑等。显示设备与负荷分解模块的主程序之间通 过TCP协议相连，在负荷分解模块中进行的计算结果，实时通过WIFI传送到用户的显示设备 上，具体的通讯架构如图4所示。
[0035]交互接口模块承担着与电力公司数据中心的通讯任务，负荷分解装置可以与电力 公司的数据中心通过Internet连接起来，进行实时的数据交换活动。如图5所示，主要有以 下几个作用：
[0036] A.电力公司可以随时获得用户的用电信息，不但包含总的用电信息，而且还获得 了用户各个主要用电器的用电信息，这些信息可以为电力公司的负荷预测和调度进行一定 的指导作用。
[0037] B.通过对用户用电信息的分析，电力公司可以为用户的用电行为提供一些指导和 增值服务，比如通过网站或者APP随时向用户推送自己的用电信息，让用户对自己的用电行 为了如指掌，在此基础上，还可以分析用户的用电行为，通过大数据为用户的用电行为进行 指导，提出节电建议。
[0038] C.统一维护用电器特征数据库，通过网络，电力公司可以随时推送最新更新的用 电信息数据库，更新负荷分解模块的本地数据库，从而对最新型号的用电器提高识别精度。
[0039] 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