基于功率及时间特性的电烤箱非侵入辨识方法与流程

本发明属于智能用电技术领域，尤其涉及基于功率及时间特性的电烤箱非侵入辨识方法。

背景技术：

我国居民用电目前呈现以下特点：第一，增速高，2016年居民占新增用电量的比例高达38％；第二，行为复杂，由于个体众多，同时家用电器种类繁多，居民用户的用电行为非常复杂；第三，综合能耗高，居民用户的综合能耗远高于日本等发达国家水平。居民电力负荷监测分解技术是一门新兴的智能电网基础支撑技术，与目前智能电表仅量测用户总功率不同，它以监测并分解出居民户内所有电器的启动时间、工作状态、能耗情况为目标，从而实现更加可靠、精确的电能量管理。电力负荷监测分解技术使用户的电费清单像电话费清单一样，各类家用电器的用电量一目了然，从而使用户及时了解自己的用电情况，为合理分配各个电器的用电时间及相应的用电量提供参考，最终能够有效减少电费支出和电能浪费。据统计数据显示，如果家庭用户能够及时了解住宅电器的详细用电信息，就能使每月电费开支下降5％～15％。如果全美国有一半家庭每个月节省这么多开支，减少的碳排放量相当于减少800万辆汽车的使用。

目前，居民电力负荷监测分解技术主要分为侵入式监测分解(intrusiveloadmonitoringanddecomposition，ilmd)和非侵入式监测分解(non-intrusiveloadmonitoringanddecomposition，nilmd)两大类：

(1)侵入式负荷监测分解技术(ilmd)：侵入式负荷监测将带有数字通信功能的传感器安装在每个电器与电网的接口，可以准确监测每个负荷的运行状态和功率消耗。但大量安装监测传感器造成建设和维护的成本较高，最重要的是侵入式负荷监测需要进入居民家中进行安装调试，容易造成用户抵制心理。

(2)非侵入式负荷监测分解技术(nilmd)：仅在用户入口处安装一个传感器，通过采集和分析入口总电流、电压等信息来判断户内每个或每类电器的用电功率和工作状态(例如，空调具有制冷、制热、待机等不同工作状态)，从而得出居民的用电规律。和侵入式负荷分解相比，由于只需要安装一个监测传感器，非侵入负荷分解方案的建设成本和后期维护难度都大幅降低；另外，传感器安装位置可以选择在用户电表箱处，完全不会侵入居民户内进行施工。可以认为，nilmd以分解算法代替ilmd系统的传感器网络，具有简单、经济、可靠、数据完整和易于迅速推广应用等优势，有望发展成为高级量测体系(ami)中新一代核心技术(成熟后，nilmd算法也可以融合到智能电表的芯片内)，支持需求侧管理、定制电力等智能用电的高级功能，也适用于临时性的负荷用电细节监测与调查。

电烤箱是利用电热元件发出的辐射热烤制食物的厨房电器，有效容积从13升到34升都有，功率大约在1000w-2000w之间，但是烤箱工作时不是始终通电，所以大功率烤箱不一定比小功率烤箱更费电。电烤箱的加热方式可分为上火、下火单独加热和上下同时加热三种，温度一般可在50-250℃范围内调节。

综上所述，nilmd技术已经逐渐成为一个研究热点，相关技术的突破和产业化对全社会的节能减排的目标具有重要意义。但目前nilmd技术的研究还停留在理论研究阶段，间断运行负荷尤其是电吹风的分解辨识方法等关键技术还有待突破。

因此，亟待解决上述问题。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是提供一种可精准感测电吹风运行状态和额定功率的基于功率及时间特性的电烤箱非侵入辨识方法。

技术方案：为实现以上目的，本发明公开了一种基于功率及时间特性的电烤箱非侵入辨识方法，该辨识方法包括如下步骤：

(1)在一定采样频率范围内，对总电源进线的电压和电流信号进行采样，形成电压信号采样序列u(k)和电流信号采样序列i(k)，k为采样点编号；

(2)扫描采集到的电压信号采样序列u(k)和电流信号采样序列i(k)，计算实时平均有功功率序列p(i)和实时平均无功功率序列q(i)；

(3)在一定计算时间窗口内，扫描实时平均有功功率序列p(i)和实时平均无功功率序列q(i)，计算有功功率变化量δp(i)和无功功率δq(i)；

(4)检测有功功率变化量δp(i)是否大于1000，若δp(i)>1000则判定功率抬升，抬升时刻为ton(i)，有功功率的抬升值记为δpu，无功功率的抬升值记为δqu，并将δpu、δqu、ton(i)记入启动电器表；

(5)检测有功功率变化量δp(i)是否小于-1000，若是δp(i)<-1000则判定功率跌落，记录跌落时刻toff(i)，有功功率的跌落值δpd，无功功率的跌落值δqd，遍历启动电器表，当满足以下判据：|δpu|≈|δpd|>1000，|δqu|≈|δqd|≈0，转到步骤(6)

(6)计算电器运行时长δt(i)＝toff(i)-ton(i)，如果满足60s<δt<70s，δt1≈δt2≈…≈δtn，则判定电烤箱运行，并计算电烤箱的近似额定功率，否则返回步骤(2)。

其中，所述步骤(1)中的采样频率范围为f＝0.5khz～2khz。

优选的，所述步骤(2)中所述实时平均有功功率序列p(i)和实时平均无功功率序列q(i)的的计算公式分别为

其中，m为计算时间窗口所含工频周期的数目，取m＝5，k为采样点编号，n为一个工频周期包含的采样点数目，n＝1000×(f/50)。

再者，所述步骤(3)中有功功率变化量δp(i)和无功功率δq(i)的计算公式分别为：δp(i)＝p(i+1)-p(i),δq(i)＝q(i+1)-q(i)，其中i＝1,2,3…。

进一步，所述步骤(1)中分别采用电压传感器和电流传感器对总电源进线的电压和电流信号进行采样。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：本发明提供了基于功率及时间特性的电烤箱非侵入辨识方法，解决了目前家用电器中间断运行的负荷较多，如电吹风、电烤箱、微波炉等，电烤箱的稳态特性与其他电器相似，无明显的暂态特性等难题，通过功率变化和运算时长能够准确感知电烤箱的运行及所处状态，并提供电烤箱的近似额定功率，为实现电烤箱的非侵入辨识提供了技术支撑。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为基于负荷间断运行的电烤箱运行非侵入辨识方法中实时平均有功功率的计算结果图；

图3为基于负荷间断运行的电烤箱运行非侵入辨识方法中实时平均无功功率的计算结果图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1、图2所示，本发明公开了一种基于功率及时间特性的电烤箱非侵入辨识方法，具体的流程步骤如下：

(1)取采样频率f＝0.8khz，使用电流传感器和电压传感器对总电源进线的电压和电流进行采样，形成电压信号采样序列u(k)和电流信号采样序列i(k)，k为采样点编号。

(2)取计算时间窗口m＝5个工频周期，一个工频周期包含的采样点数目n＝16，计算总电源进线处的实时平均有功功率序列p(i)和无功功率序列q(i)，其中

p(i)的计算公式为

q(i)的计算公式为

如图2所示，电烤箱的运行方式为间断运行，并且各段运行时间大致相等，一次运行时间大致为60s至70s左右，在电烤箱整个工作过程中有多段间歇运行过程。

(3)在一定计算时间窗口内扫描实时平均有功功率序列p(i)和实时平均无功功率序列q(i)，计算有功功率变化量δp(i)和无功功率δq(i)，δp(i)的计算公式为δp(i)＝δp(i+1)-δp(i)，δq(i)的计算公式为δq(i)＝δq(i+1)-δq(i)，其中i＝1,2,3…

如图2所示，电烤箱在运行期间功率一直在变化，有功功率间歇出现阶跃型启停过程，有功功率的变化量为1080w左右，而无功功率在0至-12w内波动，根据计算公式求得δp(i)和δq(i)的值。

(4)检测有功功率变化量δp(i)是否大于1000，若是δp(i)>1000则判定功率抬升，抬升时刻为ton(i)，有功功率的抬升值记为δpu，无功功率的抬升值记为δqu，并且将δpu、δqu、ton(i)记入启动电器表；

具体为通过检测δp(i)值的大小来鉴定负荷是否为功率抬升，若非功率抬升则进入步骤(5)，否则将抬升时刻记为ton(i)，有功功率抬升值记为δpu，无功功率抬升值记为δqu，并且将δpu、δqu、ton(i)记入启动电器表。

如图2和图3所示，电烤箱在运行期间阶跃上升时刻的δp值为1080w，大于判据中的阈值1000w，故可以判定为功率抬升，将抬升时刻记为ton(i)，如图所示的ton(1)、ton(2)，有功功率的抬升值记为δpu(i)，无功功率的抬升值记为δqu(i)，并且将δpu(i)、δqu(i)、ton(i)记入启动电器表。

(5)检测有功功率变化量δp(i)是否小于-1000，若是δp(i)<-1000则判定功率跌落，记跌落时刻为toff(i)，有功功率跌落值为δpd，无功功率跌落值为δqd，遍历启动电器表，当满足以下判据：|δpu|≈|δpd|>1000，|δqu|≈|δqd|≈0，转到步骤(6)；

具体为通过检测δp(i)值的大小来鉴定负荷是否为功率跌落，若非功率跌落则返回步骤(2)，否则将跌落时刻记为toff(i)，有功功率跌落值记为δpd，无功功率跌落值记为δqd，并且将δpd、δqd记入启动电器表。

如图2和图3所示，ton(1)时刻的有功功率抬升值记为δpu(1)，无功功率抬升值记为δqu(1)，toff(1)时刻的有功功率跌落值记为δpd(1)，无功功率跌落值记为δqd(1)；ton(2)时刻的有功功率抬升值记为δpu(2)，无功功率抬升值记为δqu(2)，toff(2)时刻的有功功率跌落值记为δpd(1)，无功功率跌落值记为δqd(1)，可得|δpu(1)|≈|δpd(1)|>1000，|δpu(2)|≈|δpd(2)|>1000，而无功功率波动很小可近似等于0，满足判据：|δpu|≈|δpd|>1000，|δqu|≈|δqd|≈0，转到步骤(6)。

(6)计算电器运行时长δt(i)＝toff(i)-ton(i)，如果满足60s<δt<70s，δt1≈δt2≈…≈δtn，则判定电烤箱运行，并计算电烤箱的近似额定功率，否则返回步骤(2)。

具体为按公式计算电烤箱的运行时长，如图2和图3所示，δt(1)＝toff(1)-ton(1)，δt(2)＝toff(2)-ton(2)，电器近似等间隔运行，每次间歇运行时长为60s至70s，则可以判断为电烤箱运行，并可以得到电烤箱的近似额定功率pss。

如图2和图3所示，60s≤δt1＝δt2…＝δtn≤70s，则可以认为有电烤箱运行，电烤箱的近似额电功率为1080w。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。