基于稳态特征的非侵入式负荷识别方法研究

发布时间：2020-07-23 01:14

【摘要】：电器设备中的能源消耗是一个广受关注的话题,随着科学技术的迅猛发展,电器设备的能源负荷监测和分解问题日渐成为研究人员的关注热点。传统的家庭能源监测方案一般在单个电器负荷的配电输出口安装传感设备来监测电器设备的使用情况以及能源消耗,这种被称作侵入式的负荷分解方案需要极大的人力和物力,而且对用户的正常生活也造成了负担。而非侵入式负荷监测通过在家庭的电力总入口处安装的传感设备来采集相关电力信号,并将这些信号所携带的信息进行处理和提取,最终进行系统性的建模从而得到家庭内的每一个用电负荷的类型以及相应的运行状态。相比之下,这种监测方案的安装设备具有的较高的性价比,但是同时它也存在着诸多的限制和挑战。如何对采集到的信号进行处理以及如何兼顾识别效率达到正确高效的进行电器设备的能源负荷监测和分解是研究人员迫切需要解决的难点。本文以自主研发的智能插座硬件为基础,主要针对稳态下特征选择和负荷分解两个模块进行研究,并在Matlab软件仿真平台上进行实验验证。本文的主要研究内容包括:(1)首先通过自主研发的智能插座硬件设备对电器数据信号进行采集,研究不同种类家用电器在稳态的电压、电流数据信号的特点,提取这些电器数据信号中的高效特征作为待选特征参数,提出采用多特征进行建模的方式,充分利用多种特征携带的有效信息用于有效的识别。在此同时本文还基于这些多特征参数建立了用于多种电器辨识的特征数据集。(2)在非侵入式分解系统中,在系统中如何判定是否有电器状态发生改变的事件检测也是重要的环节之一,本文利用统计学中的变点识别,即利用一定的统计指标或统计方法,对时间序列的状态进行观测,以便准确有效地估计出变点的位置。再结合滑动窗口来判定系统中电器状态改变事件。(3)在系统模型最后环节,负荷识别中,本文采用基于优化的方案,即利用最小化未知负荷特征与已知负荷特征组合之间的误差来寻找最接近的可能匹配,根据电器的稳态工作中的统计特征提出了二次规划来建立模型,并根据粒子群算法的优势来进行求解模型,最终达到理想的实验效果。
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM503.5
【图文】：

电力,传感设备,用电,监测过程

器负载的用电信息以及它们对应的运作状态，从而达到类似侵入式的分解的效果。逡逑非侵入式的负荷监测的过程一般分为．？（１）原始电力数据获取，（２）负荷特征提逡逑取，（３）事件检测，（４）负荷识别，这些过程如图２．１所示。逡逑７逡逑

收集器,硬件,插座

本论文中研究的电力数据来自于自主设计和研发的智能化硬件传感收集器。逡逑研发该硬件设备是为了能够从非侵入式的整体系统出发，数据采集、数据分析、逡逑事件监测、电器识别形成一个系统框架，硬件传感器如图２．２所示。逡逑…：１：．■＇以ｍ逡逑图２．２智能化硬件传感收集器逡逑该设备的电力采集分为硬件采集和高效汇聚两个部分，实现了对传统插座的逡逑改造，具有感知电流流通情况、数据无线传输和远程控制的能力，利用电器识别逡逑和能源分解算法，推测电器级别用电数据，并优化无线网络路由方式，实现高效逡逑节能的数据采集，为智能管理用电提供了硬件和本地汇聚方案。逡逑智能插座不同于传统的插座，除了电源接口之外，内部还具有ＵＳＢ接口和逡逑ＷＩＦＩ连接装置，让用户可以实时了解家庭内部的用电情况通过智能方式控制家逡逑电，远程开启遥控家电智能生活的新时代。不同于其他智能插座，智能插座在硬逡逑１０逡逑

电路图,电路,智能,模块

第二章电力负荷识别与分解的相关技术逡逑现了强弱电隔离，还拥有强大的云端数据存储与分析平台，基本实现了家逡逑智能化。该硬件的功能主要包括：远程控制、定时功能、延时功能、安全逡逑多端控制、用电计量、智能联动等Ｗ。智能插座的设计包括供电模块、功逡逑模块、电平处理模块。逡逑电模块实现了邋２２０Ｖ交流电转换到５Ｖ直流供电，最终转化为用于数字的３．３Ｖ电压，如图２．３和２．４所示。逡逑Ｕ１逦逡逑Ｌ￣W丨ｍｉＩ逦邋２－Ｖｏ逦逦逡逑

【参考文献】