本发明涉及电能计量领域，尤其涉及一种基于多种电流波形特征融合的电量分项计量方法。
背景技术：
据2011年的统计数据，我国公用建筑约占城镇民用建筑面积的5％，而用电量约占建筑用电量25％，大型公用建筑年耗电量约占全国城镇总耗电量的22％，每平方米年耗电量为普通居民住宅的10～20倍。近年来，随着我国经济的发展和城市化进程的加快，大型公用建筑的面积在飞速增长，高能耗指标的大型公用建筑占城镇建筑总面积的比例也越来越大，并且档次越来越高，例如大量的高档文化设施和高档交通设施等，这造成建筑用电量的增长速度高于建筑总量的增长速度。因此，通过能源管理降低大型公用建筑用电能耗具有非常重要的意义。
记录和统计大型公用建筑能耗总量是能源管理的基本要求，但这一总量数据仅能了解建筑物用能的概况，据此难以进行判断或者总结结论。而通过实施电能分项计量建立用电量化管理体系是根本解决所述问题的有效途径。
目前，大型公用建筑用电分项计量系统均采用多表方案，终极方案是为每种电器设备加装专门的计量电表。显然，这种方案需要较多计量表计，从而系统成本较高，另外，在某些不方便安装表计的位置，或者需要进行线路改造，或者得到的电力负荷内部分类不够细致。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于多种电流波形特征融合的电量分项计量方法。
本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种基于多种电流波形特征融合的电量分项计量方法，包括以下步骤：
(1)数据采集模块初始化；量测此时的负荷总电流波形数据，计算并记录电流波形有效值、电流波形整流后均值和电流波形整流后最大值这三种特征的取值；
(2)等待负荷总电流信号突变，若发生突变，根据突变前后电流波形有效值的差值来判断负荷内部是否有电器设备的运行状态发生变化；若突变前后电流波形有效值的差值的绝对值大于阈值δ，则负荷内部某种电器设备的运行状态发生了变化，执行步骤(3)，否则者继续等待；
(3)若突变前后电流波形有效值的差值大于0，则执行步骤(4)；若后续检测的突变前后电流波形有效值的差值小于0，则退出信号，返回步骤(2)；
(4)计算负荷总电流信号突变前后的三种特征的取值的差值，执行步骤(5)；
(5)计算实测负荷特征失量，根据实测负荷特征失量完成电器设备类型识别，将电器设备类型和能耗累计结果相关联，返回步骤(2)。
进一步的，所述步骤(3)退出信号后，计算相连的突变前后电流波形有效值的差值对应的阀值δ，若0.9＜δ＜1.1，则对应的差值分别是同一电器设备的投入和退出时对应的突变前后电流波形有效值的差值，停止对应电器设备的能量消耗累计，返回步骤(2)。
进一步的，所述阀值采用下式来表示：
δ＝|δirms，1/δir,s，2|
式中δ为阀值，δirms，1和δirms，2分别是同一电器设备的投入和退出时对应的电流波形有效值的差值。
进一步的，所述步骤(5)采用最邻近模板匹配方法对电器设备类型进行识别。
进一步的，所述步骤(5)中的计算实测负荷特征失量采用下式来表示：
式中ls为实测负荷特征失量，δirms，1为突变前后电流波形有效值的差值，δiavg，1为突变前后电流波形整流后均值的差值，δimax，1为突变前后电流波形整流后最大值的差值。
与现有技术相比，本发明所提供的一种基于多种电流波形特征融合的电量分项计量方法，通过采集和分析总电流波形特征对电力负荷内部的电器设备进行分类识别，而后分别估计每种电器设备所消耗的电量。本发明无需进行线路改造，且使用较少的计量表计便可实现公用建筑电量分项计量，适合推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种基于多种电流波形特征融合的电量分项计量方法的结构示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明所提供的一种基于多种电流波形特征融合的电量分项计量方法，包括以下步骤：
(1)数据采集模块初始化；量测此时的负荷总电流波形数据，计算并记录电流波形有效值、电流波形整流后均值和电流波形整流后最大值这三种特征的取值；
(2)等待负荷总电流信号突变，若发生突变，根据突变前后电流波形有效值的差值来判断负荷内部是否有电器设备的运行状态发生变化；若突变前后电流波形有效值的差值的绝对值大于阈值δ，则负荷内部某种电器设备的运行状态发生了变化，执行步骤(3)，否则者继续等待；
(3)若突变前后电流波形有效值的差值大于0，则执行步骤(4)；若后续检测的突变前后电流波形有效值的差值小于0，则退出信号，返回步骤(2)；
(4)计算负荷总电流信号突变前后的三种特征的取值的差值，执行步骤(5)；
(5)计算实测负荷特征失量，根据实测负荷特征失量完成电器设备类型识别，将电器设备类型和能耗累计结果相关联，返回步骤(2)。
步骤(3)退出信号后，计算相连的突变前后电流波形有效值的差值对应的阀值δ，若0.9＜δ＜1.1，则对应的差值分别是同一电器设备的投入和退出时对应的突变前后电流波形有效值的差值，停止对应电器设备的能量消耗累计，返回步骤(2)。
阀值采用下式来表示：δ＝|δirms，1/δirms，2|，式中δ为阀值，δirms，1和δirms，2分别是同一电器设备的投入和退出时对应的电流波形有效值的差值。
步骤(5)采用最邻近模板匹配方法对电器设备类型进行识别。
步骤(5)中的计算实测负荷特征失量采用下式来表示：
式中ls为实测负荷特征失量，δrms，1为突变前后电流波形有效值的差值，δiavg，1为突变前后电流波形整流后均值的差值，δimax，1为突变前后电流波形整流后最大值的差值。
实施例1
以某国企的某一职工宿舍为例，该宿舍内含有电灯、空调、饮水机和电冰箱这四种设备。在房间进线端安装量测设备，本发明通过监测进线端电流变化来判断房间内部电器设备的运行状态变化并进行累计各自的耗电量。
根据不同类型电器设备工作原理不同而使得其工作电流波形不同的基本事实，利用电流波形有效值，电流波形整流后均值和电流波形整流后最大值这三种特征的取值来区分不同类型的电器设备。以实验环境中，电流波形有效值irms与电流波形整流后均值iavg的比例k为例，空调k＝1.61，饮水机k＝1.05，电灯k＝2.15，电冰箱k＝1.31。可以发现不同类型电器设备在特征类型上有明显区别。
具体实施步骤如下：
(1)在待监测环境内所含所有电器设备开启前，对数据采集模块初始化，即清空数据采集模块，量测此时的原始负荷总电流波形数据，并通过计算记录下电流波形有效值irms、电流波形整流后均值iavg和电流波形整流后最大值imax这三种特征的取值；
(2)等待负荷总电流信号的突变，即电器设备投入和退出时产生对应的电流信号的变化，若发生突变，根据突变前后电流波形有效值的差值δirms，1来判断负荷内部是否有电器设备的运行状态发生变化，若|δirms，1|大于某阈值δ，则负荷内部某种电器设备的运行状态发生了变化，执行步骤(3)，否者继续等待；根据应用场景不同，δ一般取0.2～1，这里功率最小的电器设备电冰箱的功率为65w，所以取δ＝0.25；
(3)根据δirms，1的大小判断负荷内部电器设备的运行状态，若突变前后电流波形有效值的差值δirms，1＞0，则所属电流变化信号为电器设备的投入信号，则开始累计该电器设备的能量消耗，执行步骤(4)；若后续检测的突变前后电流波形有效值的差值δirms，2＜0，则所示电流变化信号为电器设备的退出信号；
阀值采用下式来表示：δ＝|δirms，1/δirms，2|，式中δ为阀值，δirms，1和δirms，2分别是同一电器设备的投入和退出时对应的电流波形有效值的差值；若0.9＜δ＜1.1，则判定δirms，1和δirms，2分别是同一电器设备的投入和退出时对应的突变前后电流波有效值的差值，据此停止对应电器设备的能量消耗累计，返回步骤(2)；
(4)根据电流信号突变发生前后的电流信号的电流波形有效值、电流波形整流后均值和电流波形整流后最大值，计算负荷总电流信号突变前后的三种特征的取值的差值，分别是突变前后电流波形有效值的差值δirms，1、突变前后电流波形整流后均值的差值δiavg，1、突变前后电流波形整流后最大值的差值δimax，1，执行步骤(5)；
(5)计算实测负荷特征失量，根据突变前后的三种特征的取值得到实测负荷特征失量，实测负荷特征失量采用下式来表示：
式中ls为实测负荷特征失量，δirms，1为突变前后电流波形有效值的差值，δiavg，1为突变前后电流波形整流后均值的差值，δimax，1为突变前后电流波形整流后最大值的差值；
采用最邻近模板匹配方法，在事先建立好的包含所有目标电器设备类型的关于所属负荷特征矢量的负荷特征数据库中，找到与实测负荷特征失量最相近的负荷特征矢量模板，从而完成对该投入电器设备的识别，据此将电器设备类型和能耗累计结果相关联，返回步骤(2)。
根据以上步骤，对一周内电量分项计量结果进行统计，得到下表结果：
从结果来看，与其他现有技术相比，本发明不仅能够检测到功率较大(大于300w)的电器，还能够以较高的准确性捕获到小功率(不大于300w)的电器，此外，因其运行状态受环境因素影响较大，空调负荷在非侵入式电能分项计量中一直以来都是难点，而本发明对空调的检测准确性尚佳。
以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。