一种非侵入式用电负荷辨识方法及装置与流程

本发明涉及电力负荷识别
技术领域：
，具体涉及一种非侵入式用电负荷辨识方法及装置。
背景技术：
：近年来，随着智能电网和电力需求侧管理技术的发展以及节能意识的提高，越来越多的传感器、智能仪表被装入电力网络中，用以获取电网的实时数据，电压、电流、功率等实时数据被采集、处理后成为电力系统负荷控制和计量收费的重要信息，实现电网的安全、经济和可靠运行。采用侵入式设计的传统负荷监测需要在每个用电设备上都安装传感器，尽管计量的数据较为准确，然而安装工作需要进入负荷内部，十分繁琐，因此非侵入式负荷监测越来越受到广泛的关注。负荷辨识方法在非侵入负荷监测技术中具有重要意义，现有的辨识方法依据负荷特征的变化进行识别，特征提取步骤繁琐且无法获得独立负荷的完整数据。匹配滤波器的功能相当于对输入信号进行自相关运算，依据匹配滤波器进行负荷的分解辨识，可减小运算复杂度，但是匹配滤波器的自相关运算是时域计算方法，其计算量较大，导致负荷辨识的效率过低，延时过大。技术实现要素：针对现有技术的不足，本发明的目的是通过利用预先定义的负荷对应的匹配滤波器对所述第一电流信号进行辨识，获取与负荷供电入口处连接的负荷的工作状态，避免了繁杂的提取特征过程，且负荷辨识准确度高。本发明的目的是采用下述技术方案实现的：一种非侵入式用电负荷辨识方法，其改进之处在于，所述方法包括：采集负荷供电入口处的第一电流信号；利用预先定义的负荷对应的匹配滤波器对所述第一电流信号进行辨识，获取与负荷供电入口处连接的负荷的工作状态。优选的，所述预先定义的负荷对应的匹配滤波器的获取过程包括：获取负荷m对应的第二电流信号；对负荷m对应的第二电流信号进行归一化处理，获取所述负荷m对应的先验信号；对所述负荷m对应的先验信号进行傅里叶变换，获取所述负荷m对应的电流频谱；根据所述负荷m对应的电流频谱确定所述负荷m对应的匹配滤波器的冲激响应；利用所述负荷m对应的匹配滤波器的冲激响应构建预先定义的负荷m对应的匹配滤波器。其中，所述负荷m对应的第二电流信号在负荷m单独运行时负荷供电入口处采集。进一步的，所述根据所述负荷m对应的电流频谱确定所述负荷m对应的匹配滤波器的冲激响应，包括：按下式确定负荷m对应的匹配滤波器的冲激响应hm：上式中，m∈[1,n]，n为单独运行的负荷的总数量，为负荷m对应的电流频谱，为负荷m对应的电流频谱的相频响应，ω为负荷m对应的电流频谱的频率分量，ωm为负荷m对应的匹配滤波器的频率分量。优选的，所述利用预先定义的负荷对应的匹配滤波器对所述第一电流信号进行辨识，获取与负荷供电入口处连接的负荷的工作状态，包括：对所述第一电流信号进行归一化处理，获取所述第一电流信号对应的先验信号；对所述第一电流信号对应的先验信号进行傅里叶变换，获取所述第一电流信号对应的电流频谱；利用所述预先定义的负荷m对应的匹配滤波器对所述第一电流信号对应的电流频谱进行滤波，获取滤波后的第一电流信号对应的电流频谱；对所述滤波后的第一电流信号对应的电流频谱进行傅里叶逆变换，获取所述第一电流信号对应的时域信号；将所述第一电流信号对应的时域信号与负荷m对应的先验信号进行相似性判决。进一步的，所述利用所述预先定义的负荷m对应的匹配滤波器对所述第一电流信号对应的电流频谱进行滤波，获取滤波后的第一电流信号对应的电流频谱，包括：按下式确定经预先定义的负荷m对应的匹配滤波器滤波后的第一电流信号对应的电流频谱ym(jω)：上式中，m∈[1,n]，n为单独运行的负荷的总数量，为第一电流信号对应的电流频谱，hm为负荷m对应的匹配滤波器的冲激响应。进一步的，所述将所述第一电流信号对应的时域信号与负荷m对应的先验信号进行相似性判决，包括：利用皮尔逊相关系数获取所述第一电流信号对应的时域信号与负荷m对应的先验信号的近似程度δm；若δm＞0.9，则负荷m处于工作状态，否则，则所述负荷m处于关闭状态；其中，m∈[1,n]，n为单独运行的负荷的总数量。一种非侵入式用电负荷辨识装置，其改进之处在于，所述装置包括：采集单元，用于采集负荷供电入口处的第一电流信号；辨识单元，用于利用预先定义的负荷对应的匹配滤波器对所述第一电流信号进行辨识，获取与负荷供电入口处连接的负荷的工作状态。优选的，所述预先定义的负荷对应的匹配滤波器的获取过程包括：获取负荷m对应的第二电流信号；对负荷m对应的第二电流信号进行归一化处理，获取所述负荷m对应的先验信号；对所述负荷m对应的先验信号进行傅里叶变换，获取所述负荷m对应的电流频谱；根据所述负荷m对应的电流频谱确定所述负荷m对应的匹配滤波器的冲激响应；利用所述负荷m对应的匹配滤波器的冲激响应构建预先定义的负荷m对应的匹配滤波器。其中，所述负荷m对应的第二电流信号在负荷m单独运行时负荷供电入口处采集。进一步的，所述根据所述负荷m对应的电流频谱确定所述负荷m对应的匹配滤波器的冲激响应，包括：按下式确定负荷m对应的匹配滤波器的冲激响应hm：上式中，m∈[1,n]，n为单独运行的负荷的总数量，为负荷m对应的电流频谱，为负荷m对应的电流频谱的相频响应，ω为负荷m对应的电流频谱的频率分量，ωm为负荷m对应的匹配滤波器的频率分量。优选的，所述辨识单元，包括：第一获取模块，用于对所述第一电流信号进行归一化处理，获取所述第一电流信号对应的先验信号；第二获取模块，用于对所述第一电流信号对应的先验信号进行傅里叶变换，获取所述第一电流信号对应的电流频谱；第三获取模块，用于利用所述预先定义的负荷m对应的匹配滤波器对所述第一电流信号对应的电流频谱进行滤波，获取滤波后的第一电流信号对应的电流频谱；第四获取模块，用于对所述滤波后的第一电流信号对应的电流频谱进行傅里叶逆变换，获取所述第一电流信号对应的时域信号；比较模块，用于将所述第一电流信号对应的时域信号与负荷m对应的先验信号进行相似性判决。进一步的，所述第三获取模块，用于按下式确定经预先定义的负荷m对应的匹配滤波器滤波后的第一电流信号对应的电流频谱ym(jω)：上式中，m∈[1,n]，n为单独运行的负荷的总数量，为第一电流信号对应的电流频谱，hm为负荷m对应的匹配滤波器的冲激响应。进一步的，所述比较模块，包括：第五获取子模块，用于利用皮尔逊相关系数获取所述第一电流信号对应的时域信号与负荷m对应的先验信号的近似程度δm；判断子模块，用于若δm＞0.9，则负荷m处于工作状态，否则，则所述负荷m处于关闭状态；其中，m∈[1,n]，n为单独运行的负荷的总数量。与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：本发明提供的技术方案，通过采集负荷供电入口处的第一电流信号，利用预先定义的负荷对应的匹配滤波器对所述第一电流信号进行辨识，能够准确的获取与负荷供电入口处连接的负荷的工作状态，提高了负荷辨识的效率和准确度；进一步的，用户可以根据与负荷供电入口处连接的负荷的工作状态合理安排不同电器的使用时间来达到削峰填谷和节能减排的目的，同时也可以促进用户的合理消费。附图说明图1是本发明实施例中一种非侵入式用电负荷辨识方法的流程图；图2是本发明实施例中一种非侵入式用电负荷辨识装置的结构示意图；图3是本发明实施例中六种负荷的先验信号的波形图；图4是本发明实施例中六种负荷对应的匹配滤波的系统响应的波形图；图5是本发明实施例中第一电流信号对应的先验信号波形图；图6是本发明实施例中第一电流信号对应的时域信号波形图。具体实施方式下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。本发明提供了一种基于多级策略的自适应边界异常检测方法，如图1所示，所述方法包括：101.采集负荷供电入口处的第一电流信号；102.利用预先定义的负荷对应的匹配滤波器对所述第一电流信号进行辨识，获取与负荷供电入口处连接的负荷的工作状态。进一步的，所述预先定义的负荷对应的匹配滤波器的获取过程包括：获取负荷m对应的第二电流信号；对负荷m对应的第二电流信号进行归一化处理，获取所述负荷m对应的先验信号；例如，如图3所示的负荷的先验信号的波形图，图3中a为电视机的先验信号波形图，图3中b为吸尘器的先验信号波形图，图3中c为空调的先验信号波形图，图3中d为加湿器的先验信号波形图，图3中e为微波炉的先验信号波形图，图3中f为电饭煲的先验信号波形图；对所述负荷m对应的先验信号进行傅里叶变换，获取所述负荷m对应的电流频谱；根据所述负荷m对应的电流频谱确定所述负荷m对应的匹配滤波器的冲激响应；利用所述负荷m对应的匹配滤波器的冲激响应构建预先定义的负荷m对应的匹配滤波器；例如，如图4所示的六种负荷对应的匹配滤波的系统响应的波形图，图4中a为电视机对应的匹配滤波器的系统响应波形图，图4中b为吸尘器对应的匹配滤波器的系统响应波形图，图4中c为空调对应的匹配滤波器的系统响应波形图，图4中d为加湿器对应的匹配滤波器的系统响应波形图，图4中e为微波炉对应的匹配滤波器的系统响应波形图，图4中f为电饭煲对应的匹配滤波器的系统响应波形图。其中，所述负荷m对应的第二电流信号在负荷m单独运行时负荷供电入口处采集。具体的，所述根据所述负荷m对应的电流频谱确定所述负荷m对应的匹配滤波器的冲激响应，包括：按下式确定负荷m对应的匹配滤波器的冲激响应hm：上式中，m∈[1,n]，n为单独运行的负荷的总数量，为负荷m对应的电流频谱，为负荷m对应的电流频谱的相频响应，ω为负荷m对应的电流频谱的频率分量，ωm为负荷m对应的匹配滤波器的频率分量。进一步的，所述利用预先定义的负荷对应的匹配滤波器对所述第一电流信号进行辨识，获取与负荷供电入口处连接的负荷的工作状态，包括：对所述第一电流信号进行归一化处理，获取所述第一电流信号对应的先验信号；例如，如图5所示第一电流信号对应的先验信号波形图；对所述第一电流信号对应的先验信号进行傅里叶变换，获取所述第一电流信号对应的电流频谱；利用所述预先定义的负荷m对应的匹配滤波器对所述第一电流信号对应的电流频谱进行滤波，获取滤波后的第一电流信号对应的电流频谱；例如，利用图4中6种负荷对应的匹配滤波器进行滤波后得到如图6所示的6种时域信号波形图，图6中a为经电视机对应的匹配滤波器滤波后的时域信号波形图，图6中b为经吸尘器对应的匹配滤波器滤波后的时域信号波形图，图6中c为经空调对应的匹配滤波器滤波后的时域信号波形图，图6中d为经加湿器对应的匹配滤波器滤波后的时域信号波形图，图6中e为经微波炉对应的匹配滤波器滤波后的时域信号波形图，图6中f为经电饭煲对应的匹配滤波器滤波后的时域信号波形图；对所述滤波后的第一电流信号对应的电流频谱进行傅里叶逆变换，获取所述第一电流信号对应的时域信号；将所述第一电流信号对应的时域信号与负荷m对应的先验信号进行相似性判决。具体的，所述利用所述预先定义的负荷m对应的匹配滤波器对所述第一电流信号对应的电流频谱进行滤波，获取滤波后的第一电流信号对应的电流频谱，包括：按下式确定经预先定义的负荷m对应的匹配滤波器滤波后的第一电流信号对应的电流频谱ym(jω)：上式中，m∈[1,n]，n为单独运行的负荷的总数量，为第一电流信号对应的电流频谱，hm为负荷m对应的匹配滤波器的冲激响应。具体的，所述将所述第一电流信号对应的时域信号与负荷m对应的先验信号进行相似性判决，包括：利用皮尔逊相关系数获取所述第一电流信号对应的时域信号与负荷m对应的先验信号的近似程度δm；若δm＞0.9，则负荷m处于工作状态，否则，所述负荷m处于关闭状态；其中，m∈[1,n]，n为单独运行的负荷的总数量。例如，如表1所示的近似程度结果，根据表1的结果可知负荷电视机、吸尘器、空调、加湿器、微波炉和电饭煲都处于工作状态。表1近似程度结果时域信号近似程度经电视机对应的匹配滤波器滤波后的时域信号0.9073经吸尘器对应的匹配滤波器滤波后的时域信号0.9136经空调对应的匹配滤波器滤波后的时域信号0.9379经加湿器对应的匹配滤波器滤波后的时域信号0.9253经微波炉对应的匹配滤波器滤波后的时域信号0.9106经电饭煲对应的匹配滤波器滤波后的时域信号0.9559本发明还提供一种非侵入式用电负荷辨识装置，如图2所示，所述装置包括：采集单元，用于采集负荷供电入口处的第一电流信号；辨识单元，用于利用预先定义的负荷对应的匹配滤波器对所述第一电流信号进行辨识，获取与负荷供电入口处连接的负荷的工作状态。进一步的，所述预先定义的负荷对应的匹配滤波器的获取过程包括：获取负荷m对应的第二电流信号；对负荷m对应的第二电流信号进行归一化处理，获取所述负荷m对应的先验信号；对所述负荷m对应的先验信号进行傅里叶变换，获取所述负荷m对应的电流频谱；根据所述负荷m对应的电流频谱确定所述负荷m对应的匹配滤波器的冲激响应；利用所述负荷m对应的匹配滤波器的冲激响应构建预先定义的负荷m对应的匹配滤波器。其中，所述负荷m对应的第二电流信号在负荷m单独运行时负荷供电入口处采集。具体的，所述根据所述负荷m对应的电流频谱确定所述负荷m对应的匹配滤波器的冲激响应，包括：按下式确定负荷m对应的匹配滤波器的冲激响应hm：上式中，m∈[1,n]，n为单独运行的负荷的总数量，为负荷m对应的电流频谱，为负荷m对应的电流频谱的相频响应，ω为负荷m对应的电流频谱的频率分量，ωm为负荷m对应的匹配滤波器的频率分量。进一步的，所述辨识单元，包括：第一获取模块，用于对所述第一电流信号进行归一化处理，获取所述第一电流信号对应的先验信号；第二获取模块，用于对所述第一电流信号对应的先验信号进行傅里叶变换，获取所述第一电流信号对应的电流频谱；第三获取模块，用于利用所述预先定义的负荷m对应的匹配滤波器对所述第一电流信号对应的电流频谱进行滤波，获取滤波后的第一电流信号对应的电流频谱；第四获取模块，用于对所述滤波后的第一电流信号对应的电流频谱进行傅里叶逆变换，获取所述第一电流信号对应的时域信号；比较模块，用于将所述第一电流信号对应的时域信号与负荷m对应的先验信号进行相似性判决。具体的，所述第三获取模块，用于按下式确定经预先定义的负荷m对应的匹配滤波器滤波后的第一电流信号对应的电流频谱ym(jω)：上式中，m∈[1,n]，n为单独运行的负荷的总数量，为第一电流信号对应的电流频谱，hm为负荷m对应的匹配滤波器的冲激响应。具体的，所述比较模块，包括：第五获取子模块，用于利用皮尔逊相关系数获取所述第一电流信号对应的时域信号与负荷m对应的先验信号的近似程度δm；判断子模块，用于若δm＞0.9，则负荷m处于工作状态，否则，所述负荷m处于关闭状态；m∈[1,n]，n为单独运行的负荷的总数量。本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。当前第1页12