恶性负载识别器及识别方法与流程

本发明涉及安全用电及节能技术领域，具体的说，是涉及一种恶性负载识别器及识别方法。

背景技术：

近年来，随着高校规模的不断扩大，学生人数急剧上升，许多高校都实行后勤管理社会化，与此同时，关于高校学生公寓火灾事故的报道也日益增多。据相关数据表明，这类火灾大部分是由于学生违章使用热得快、电炉子等大功率阻性负载造成的。为杜绝此类事故的发生，在确保学生正常用电的前提下，限制大功率阻性负载的使用，保障学生用电的安全性是亟待解决的问题，因此对恶性负载识别的研究具有重大的意义。

目前市场上的负载识别器有3种：

(1)功率识别控制器：此类识别器以功率为识别参数，超过系统设定的功率阈值时，系统自动跳闸。

(2)模拟技术的恶性负载识别器：该产品的优点是成本较低，效果明显，对一般的大功率阻性电热负载基本都能识别，基本解决了学生宿舍的安全用电问题。

(3)数字技术的恶性负载识别器：采用单片机技术，判断负载对有功功率、无功功率、视在功率的影响（即对功率因数的影响），进行恶性负载的识别。

但是上述三种负载识别器的识别精度不高，且不能识别一些特殊的恶性负载设备，例如电流曲线为被截断的正弦波设备，电流曲线为正弦波、且有相位差的设备等。

技术实现要素：

为了克服现有的技术的不足，本发明提供一种恶性负载识别器及识别方法。

本发明技术方案如下所述：

一方面，一种恶性负载识别器，其特征在于，包括mcu、电能计量模块、存储模块、ad采样模块、通信模块以及继电器控制与检测模块，所述电能计量模块、所述通信模块、所述存储模块、所述ad采样模块以及所述继电器控制与检测模块与所述mcu连接；

所述mcu对各模块进行控制，并对数据进行采集与处理；

所述电能计量模块对电力数据进行采集，并计量用电量；

所述存储模块存储当前用电数据、波形采样数据以及用户设置的参数；

所述ad采样模块进行电压、电流波形的采样；

所述通信模块通过有线或无线方式与采集器连接，完成服务器与识别器的通信；

所述继电器控制与检测模块实时检测继电器当前真实状态，并控制继电器的跳闸与合闸。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述通信模块通过rs-485进行有线通信。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述通信模块通过zigbee通信模块、4g通信模块或470通信模块进行无线通信。

根据上述方案的本发明，其特征在于，还包括液晶显示模块，所述液晶显示模块与所述mcu连接，所述液晶显示模块显示当前的电力参数、用电量以及当前识别器的故障状态。

另一方面，一种恶性负载识别器的识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、开始，进行数据的初始化；

步骤2、负载启动前波形数据采样；

步骤3、过功率阀值判断，在负载启动前波形数据采样的过程中，判断阶跃功率是否大于用户所设置的阀值，如若成立，将停止负载启动前波形数据的采样，并进行到下一步，若不成立，则重新返回步骤2；

步骤4、负载启动后波形数据采样；

步骤5、波形分离；

步骤6、相位差分析，将电流的差值波形与电压波形进行比较，判断是否存在相位差，若没有相位差则直接进行下一步，若有相位差，则进行相位差处理，使其相位差为零，再进行下一步；

步骤7、波形相似分析，将电压波形数据与电流差值波形数据，进行波形相似分析，当相似度在固定范围内时，认为加入的负载为恶性负载，将直接进入到恶性负载处理，否则进入到下一步；

步骤8、电导值处理，在电压波形与电流差值波形不相似时，进行电导值处理；

步骤9、被截断正弦波判断，经过电导值的处理，若结果中出现一段连续时间点内的电导值趋近为0，一段连续时间点内的电导值趋近于相等，则认为电流的差值波形是一个部分被截断的正弦波，将直接进入到恶性负载处理步骤，反之则重新采样波形数据，等待下一次功率变化；

步骤10、恶性负载处理，当检测到恶性负载接入电网后，根据用户设置进行识别器报警或者跳闸，然后重新采样波形数据，等待下一次功率变化。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述步骤2包括电压和电流波形的采样。

根据上述方案的本发明，其特征在于，在所述步骤5中，待负载启动后波形数据采样完成，利用负载启动前后的电流波形数据进行相减得到电流的差值波形，从而完成波形分离。

根据上述方案的本发明，其特征在于，在所述步骤8中，将电压波形数据与电流差值波形数据进行按点相除运算，得到电导值rn。

根据上述方案的本发明，其有益效果在于，本发明不仅可实现电表基本的计量功能，以及电力参数的监测。还可以满足对恶性负载的识别，其识别精度高，降低了误判几率，同时也可识别针对现有的恶性负载识别技术，而创造的对恶性负载改型的设备（比如可控硅插座）；本发明还支持远程数据抄设，以及远程继电器控制，利用用电管理。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的识别流程图。

具体实施方式

下面结合附图以及实施方式对本发明进行进一步的描述：

如图1所示，恶性负载识别器，包括mcu、电能计量模块、液晶显示模块、存储模块、ad采样模块、通信模块以及继电器控制与检测模块，电能计量模块、液晶显示模块、通信模块、存储模块、ad采样模块以及继电器控制与检测模块与mcu连接。

其中：mcu与存储模块、通信模块以及继电器控制与检测模块双向连接，mcu与液晶显示模块单向连接，电能计量模块和ad采样模块与mcu单向连接。

mcu：

mcu为核心模块，其对各模块进行控制，并对数据进行采集与处理。

电能计量模块：

电能计量模块对电力数据（电压、电流、功率等）进行采集，并计量用电量。

液晶显示模块：

液晶显示模块显示当前的电力参数、用电量以及当前识别器的故障状态。

存储模块：

存储模块存储当前用电数据、波形采样数据以及用户设置的参数。

ad采样模块：

ad采样模块采用三路∑-δadc进行电压、电流波形的采样。

通信模块：

通信模块通过有线或无线方式与采集器连接，完成服务器与识别器的通信，其中有线方式中硬件支持rs-485通讯，无线方式中支持zigbee通信模块、4g通信模块、470通信模块等模块。

服务器主要是对恶性负载识别器进行数据的抄设，以及继电器的远程控制；采集器连接恶性负载识别器和远程服务器，起到数据连接作用。

继电器控制与检测模块：

继电器控制与检测模块控制继电器的跳闸与合闸，同时通过继电器实时检测继电器当前真实状态。

如图2所示，一种恶性负载识别器的识别方法，包括以下步骤：

1、开始：进行数据的初始化。

2、负载启动前波形数据采样：系统启动后，开始采样电压、电流波形数据。

3、过功率阀值判断：在负载启动前波形数据采样的过程中，判断阶跃功率是否大于用户所设置的阀值，如若成立，将停止负载启动前波形数据的采样，并进行到下一步，若不成立，则重新返回步骤2。

4、负载启动后波形数据采样：阶跃功率大于阀值后，将触发负载启动后波形数据采样。

5、波形分离：待负载启动后波形数据采样完成，利用负载启动前后的电流波形数据进行相减得到电流的差值波形，从而完成波形分离。

6、相位差分析：将电流的差值波形与电压波形进行比较，判断是否存在相位差，若没有相位差则直接进行下一步，若有相位差，则进行相位差处理，使其相位差为零，再进行下一步。

7、波形相似分析：将电压波形数据与电流差值波形数据，进行波形相似分析，当相似度在固定范围内时，认为加入的负载为恶性负载，将直接进入到恶性负载处理，否则进入到下一步。在本实施例中，相似度的固定范围为0.998-1。

8、电导值处理：在电压波形与电流差值波形不相似时，进行电导值处理，具体的，将电压波形数据与电流差值波形数据进行按点相除运算(ad电流1/ad电压1。。。。。。ad电流n/ad电压n)，所得结果为r1......rn。

9、被截断正弦波判断：经过电导值的处理，若结果中出现一段连续时间点内ri......rj(i≥1，j≤n)趋近为0，而另一段连续时间点内的rk......rm(k≥1，m≤n)趋近于相等，则认为电流的差值波形是一个部分被截断的正弦波，将直接进入到恶性负载处理步骤，反之则重新采样波形数据，等待下一次功率变化。

10、恶性负载处理：当检测到恶性负载接入电网后，根据用户设置进行识别器报警或者跳闸，然后重新采样波形数据，等待下一次功率变化。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

上面结合附图对本发明专利进行了示例性的描述，显然本发明专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。