一种用电设备状态在线跟踪方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及通信领域，本发明公开了一种用电设备状态在线跟踪方法及装置，用电设备状态在线跟踪装置组成包括：电压传感单元、电流传感单元、数据采集单元、数据存储单元、统计分析单元、在线跟踪内核(状态识别跟踪单元、CPU)、UART调试口、人机接口。由在线跟踪装置对用电设备状态在线跟踪信号处理方法；对处理分解后的信号进行迭代式频率扫描的跟踪。通过将传感测量装置与通信装置集成，并采用状态跟踪信号处理方法，在无需大规模拆线、断电、停止生产的条件下，可以进行在线负荷运行状态跟踪与识别。利用WIA无线通信单元实施现场采集，具有成本低、部署方便等优势。
【专利说明】一种用电设备状态在线跟踪方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信领域，尤其涉及一种用电设备状态在线跟踪方法及装置。
【背景技术】
[0002] 为提高电能利用效率，促进电力资源优化配置，国家发改委制定了《电力需求侧 管理办法》，目的在于通过需求侧管理提高电力资源利用效率，从而实现实现科学用电、节 约用电、有序用电。能效信息系统作为实现节能减排目标的一项技术手段，逐步得到广泛 关注。中低压配电网是电网的重要组成部分，是电网节能降耗关键所在，国家推广的"全覆 盖、全采集"的用电信息采集系统目的也即为实施区域化的能效水平评估。通过实测负荷 运行数据，可以展开对于电网能耗水平的准确分析，从而实现产业结构的优化与调整。IEC PC118标准组织也正着力于制定电网与用户间的互动接口，通过接口间的互动使电网与用 户之间增进联系，进行融合的统一调度。为实现电网与用户之间高效地交互，用电设备的在 线运行状态监测亟待解决。在进行能效测评时，实施过程中存在着较大的阻力，从而导致该 系统在实际工业现场的用电设备无法推广。目前广泛采用的评估方法是根据电网的线损率 进行电网运行能效水平估计，虽然该指标在一定程度上能够反映能效水平，但是该指标只 能给出最后的结果，却无法详尽地描述电网规划、建设、运行和技改等过程量的能效情况。 公开方法中存在大量针对分项能耗计量的相关技术，通过对建筑的改造，对不同的用电系 统加装分项计量电表，统计用能数据。然而，现有的配电系统的调查研究表明，实际的配电 线路与设计的配电系统往往存在差异，如原本用于照明的线路可能会混入其它用能设备。 若仅靠现场标注进行统计分析，所得出的数据分析会引发错误的结论。同时，对既有设施的 线路改造不仅会影响正常的生产经营活动，在线路改造以及表计升级方面也会产生很大额 外费用。此外，电网中存在大量季节性负荷，会导致系统峰值的影响逐步增大，若不能有效 识别该类设备在整个系统中所占比例，必将会增加电网调峰的成本。CN201220108724. 4公 开了一种基于暂态扰动特征的用电设备精细识别系统，通过电力线载波技术加装电源分析 识别器，通过电力线载波调制解调传输采样数据。根据在用电设备开启和关闭时进户电力 线时入线与出线产生的扰动，进行瞬态分析。测量的内容包括电压/电流畸变、功率因数、 谐波等参量。利用电源分析识别器对电源信号进行采样，精细识别出当前所用的电器设备 的类别与特定型号。该系统作为单点测量的装置方法可行，适用于普通家电设备与低功率 非现场负荷，通过简单的拆线加装识别器即可实现。然而，对于工业大用户负荷现场测量与 能效评估系统而言，该方法需要同时测量电压、电流参量，在现场应用过程中往往需要停止 生产过程断电后才能进行电源分析识别器的安装。CN200980145507. 3公开了一种针对家用 电器的运行状态监测的方法，通过温度传感器测量家用电器的组成部件的温度，根据基准 温度确定工作模式。该方法对于温度敏感类负荷有效，然而对于大型电机等设备的工作温 度测量需要对现有的设备进行改造，同时该方法受现场工作环境影响较大，不利于系统能 效参数稳定地辨识。
[0003] 综上所述，电力负荷状态跟踪有助于了解电力系统中的负荷组成，以便合理安排 负荷的调度，同时可为不同层面提供详尽的用能数据，从而改善负荷预测数据模型。为实现 用电负荷精细化管理的要求，并减小安装电源识别器所带来的停工代价，本发明提供一种 用电设备运行状态的在线监测方法及装置，在进行监测过程中无需断电。在保障电力系统 正常生产的情况下，实现现场用电负荷的识别与状态跟踪，通过WIA微功率无线传感网技 术实现现场设备的运行状态与能效参数辨识。考虑到前述情况，存在克服相关技术中不足 的需要。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种用电设备状态在线 跟踪方法及装置。通过将传感测量装置与通信装置集成，并采用状态跟踪信号处理方法，在 无需大规模拆线、断电、停止生产的条件下，可以进行在线负荷运行状态跟踪与识别。利用 WIA无线通信单元实施现场采集，具有成本低、部署方便等优势。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供一种用电设备状态在线跟踪方法，其特征在于， 包括以下步骤：
[0006] 步骤一：对用电设备状态在线跟踪信号处理；
[0007] 步骤二：对处理分解后的信号进行迭代式频率扫描的跟踪。
[0008] 步骤一中，用电设备状态在线跟踪信号处理方法，具体包括：
[0009] 采用计算信号自相关矩阵的特征值判定方法，通过对特征值排序得到M个特征 值，e^，eg，2, . . .eg，M，其中eg，j表示第j个特征值；
[0010] 步骤1 :按照从大到小的排序自相关矩阵的特征值，假定分别为ey，e&2,...e&M， 其中M为特征值的个数，表示第j个特征值；
[0011] 步骤2 :设定特征值访问序号j= 1 ;
[0012] 步骤3 :确定是否丨两足e&j/e&」+1>10,如果结果为是，则从编号j+1开始即为B栄声分 量所对应的特征值，即ey，eg，2, . . .e&j对应信号空间，eg，j+1，eg，j+2, . . .eg，M对应噪声空间，判 定结束；否则，该特征值为信号分量所对应的特征值，进入步骤4 ;
[0013] 步骤4:j=j+1，确定是否满足j>M，若结果为是，则判定结束，此时自相关矩阵的 全部特征值e^，eg，2, ... \"均对应信号空间，属于弱干扰情况；否则，执行步骤3 ;
[0014] 用电设备电流相关参数矩阵在离线时对每一个接入电网的设备进行测量，测量过 程如下：
[0015] (1)记录当前电网运行的稳态电压、电流数据；
[0016] (2)通过分支电路开关接入用电负荷，测量设备的实时波形；
[0017] (3)将该数据进行谐波分析，同时采用基频分量对谐波组成分量进行归一化；
[0018] (4)将该信息录入设备特征数据库；
[0019] (5)统计用电负荷投入后的电网稳态电压、电流数据；
[0020] (6)设备投入后的电压、电流的稳态波形作差，归一化后得到设备的稳态运行特 征。
[0021] 步骤二中，对处理分解后的信号进行迭代式频率扫描的跟踪方法，具体包括：
[0022] 在步骤S301，对系统的参数进行初始化，包括迭代次数、最大迭代次数、输入初始 的搜索频率范围、搜索区间倍数因子、幅度/相位/频率设定值；初始化过程中，初始迭代次 数置为0,在每次迭代过程中逐次累加；
[0023] 在步骤S302,确定当前迭代次数是否超过最大迭代次数，如果判断结果为是，则进 入步骤S306 ;否则进入步骤S303 ;
[0024] 在步骤S303,按备选频率集合的确定方法确定频率分量所处的范围，后一次搜索 频率范围的确定方法采用等比例缩减方式，也即，
[0025] 后一次搜索频率范围=前一次搜索频率范围/搜索区间倍数因子；
[0026] 在步骤S304,计算相应的幅度、相位，通过数据点拟合确定系统的频率分量；
[0027] 在步骤S305,确定综合负荷的参量变化是否超过设定值，分别计算前一次迭代过 程中与本次迭代过程中计算的相位、频率与幅度的计算结果差值。注意，只有当三个参量同 时满足两次迭代过程中的变化量小于设定值时，计算流程才结束，否则可能会带来较大的 偏差。若步骤S305的判定结果为是，则进入步骤S306 ;否则，进入步骤S302。
[0028] 在步骤S306,计算流程结束，统计计算参量。
[0029] 步骤S306中，包括获取综合负荷信号精确表示后利用不同类别信号的谐波分解 进行识别的方法，具体包括：
[0030] k类不同用电负荷的设备在负荷中所占的比例的最优化向量
【权利要求】
1. 一种用电设备状态在线跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一：对用电设备状态在线跟踪信号处理； 步骤二：对处理分解后的信号进行迭代式频率扫描的跟踪。
2. 根据权利要求1所述的一种用电设备状态在线跟踪方法，其特征在于，步骤一中，用 电设备状态在线跟踪信号处理方法，具体包括： 采用计算信号自相关矩阵的特征值判定方法，通过对特征值排序得到M个特征值， 6g，I, 6g，2, · · · 6g，M， 其中e^_表示第j个特征值； 步骤1 :按照从大到小的排序自相关矩阵的特征值，假定分别为e&1，e&2, . . . ，其中M 为特征值的个数，eg^表示第j个特征值； 步骤2 :设定特征值访问序号j = 1 ; 步骤3 :确定是否满足e&/egd+1>10,如果结果为是，则从编号j+1开始即为噪声分量所 对应的特征值，即ey，eg，2, . . . 对应信号空间，e ^+1，egd+2, . . . eg，M对应噪声空间，判定结 束；否则，该特征值为信号分量所对应的特征值，进入步骤4 ; 步骤4 :j = j+Ι，确定是否满足j>M，若结果为是，则判定结束，此时自相关矩阵的全部 特征值eg;1，eg;2, . . . e&M均对应信号空间，属于弱干扰情况；否则，执行步骤3。
3. 根据权利要求2所述的一种用电设备状态在线跟踪方法，其特征在于，用电设备电 流相关参数矩阵在离线时对每一个接入电网的设备进行测量，测量过程如下： (1) 记录当前电网运行的稳态电压、电流数据； (2) 通过分支电路开关接入用电负荷，测量设备的实时波形； (3) 将该数据进行谐波分析，同时采用基频分量对谐波组成分量进行归一化； (4) 将该信息录入设备特征数据库； (5) 统计用电负荷投入后的电网稳态电压、电流数据； (6) 设备投入后的电压、电流的稳态波形作差，归一化后得到设备的稳态运行特征。
4. 根据权利要求1所述的一种用电设备状态在线跟踪方法，其特征在于，步骤二中，对 处理分解后的信号进行迭代式频率扫描的跟踪方法，具体包括： 在步骤S301，对系统的参数进行初始化，包括迭代次数、最大迭代次数、输入初始的搜 索频率范围、搜索区间倍数因子、幅度/相位/频率设定值；初始化过程中，初始迭代次数置 为0,在每次迭代过程中逐次累加； 在步骤S302,确定当前迭代次数是否超过最大迭代次数，如果判断结果为是，则进入步 骤S306 ;否则进入步骤S303 ; 在步骤S303,按备选频率集合的确定方法确定频率分量所处的范围，后一次搜索频率 范围的确定方法采用等比例缩减方式，也即， 后一次搜索频率范围=前一次搜索频率范围/搜索区间倍数因子； 在步骤S304,计算相应的幅度、相位，通过数据点拟合确定系统的频率分量； 在步骤S305,确定综合负荷的参量变化是否超过设定值，分别计算前一次迭代过程中 与本次迭代过程中计算的相位、频率与幅度的计算结果差值。注意，只有当三个参量同时满 足两次迭代过程中的变化量小于设定值时，计算流程才结束，否则可能会带来较大的偏差。 若步骤S305的判定结果为是，则进入步骤S306 ;否则，进入步骤S302。 在步骤S306,计算流程结束，统计计算参量。
5. 根据权利要求4所述的一种用电设备状态在线跟踪方法，其特征在于，步骤S306中， 包括获取综合负荷信号精确表示后利用不同类别信号的谐波分解进行识别的方法，具体包 括： / J \T k类不同用电负荷的设备在负荷中所占的比例的最优化向量声= (?/?] El 。 其中万=.以!表示k类不同用电负荷的设备在负荷中所占的比例， Η?
g示用电设备电流相关参数，其中aatn与Θ atn分 别为第k个设备的第η次谐波的对基频归一化系数与初始相位，L为综合负荷电流。
6. -种用电设备状态在线跟踪装置，其特征在于，包括：电压传感单元、电流传感单 元、数据采集单元、数据存储单元、统计分析单元、在线跟踪内核、UART调试口和人机接口； 电压传感单元、电流传感单元分别获取当前加装测量装置处的电压、电流； 数据采集单元用于将输入的电压、电流传感信号进行A/D变换，转换为主控制器可处 理的信号； 状态识别单元与CPU共同构成了用电设备在线跟踪内核，用于对数据进行计算分析； 数据存储单元用于存储至少连续2个周期内的采样数据用于计算相关矩阵，同时还保 存有本地所连接用电负荷的类型； 统计分析单元用于分析当前的设备模型，随着本地节点测量区域下属设备的投退，统 计单元记录设备的工作日志，同时也对应更新当前的设备模型； 人机接口与UART调试接口用于向外界提供标准的显示与调试接口，将本地所计算的 结果向区域范围内的数据集中器上报。
【文档编号】H02J13/00GK104518567SQ201410697960
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年11月26日 优先权日:2014年11月26日
【发明者】颜庆国, 范洁, 陈霄, 易永仙, 杨斌, 闫华光, 薛溟枫, 郭明珠, 石怀德, 周玉, 袁静伟, 陈飞, 石坤, 许高杰 申请人:国家电网公司, 江苏省电力公司, 江苏省电力公司电力科学研究院, 中国电力科学研究院, 华北电力大学