一種基于模板匹配濾波的居民負荷用電識別方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于智能用電及能效監測領域，具體涉及一種基于模板匹配濾波的居民負 荷用電識別方法。
【背景技術】
[0002] 隨著智能電網的發展，配用電側的智能化十分重要，一個堅強的國家電網僅靠特 高壓、超高壓端的鞏固是遠遠不夠的，必須對低壓的用戶終端同步優化，故而用電側的智能 電網技術更值得高度關注。隨著電力系統中的用電量與非線性用電負荷的增加，近年來關 于負荷狀態識別的問題得到了研究人員的廣泛關注。負荷特性是指用電設備在工作過程中 所表現出的電器行為，每個電器設備在用電過程中都有獨特的特性。居民用戶符合主要是 家用電器設備，不同類型的用電設備的負荷特性可以很好地描述器具體用電情況。研究表 明，不同的符合類型，其負載波形相差很大。不同用電設備的諧波不同，可以通過FFT來辨別 不同的用電設備。負荷特性的研究主要在宏觀上進行，而微觀特性研究相對較少。因此有必 要針對居民用戶符合微觀層面的負荷特性研究進行深入研究。目前，傳統的負荷檢測方法 通常采用侵入式設計，需要在每個用電設備上都安裝傳感器等用電信息采集裝置，用以得 到不同用電設備實時的功率消耗比例。這種方法優點是計量較為準確，缺點是當被監測系 統內的用電設備數量較多時，傳統的負荷檢測方式不僅成本高，并且在傳感器裝置的安裝 和系統維護方面也很不方便。采用非侵入式方法能夠解決傳統方法中的實現瓶頸，即僅在 用戶的電力入口處進行數據采集，通過辨識與信號分析得到用電負荷的運行狀態，從而跟 蹤負荷的能效狀況。非侵入式方法簡化了采集與測量機制，但全部負荷的用電數據均綜合 表現在同一信號中，因此，從采集的整體信號中分析提取單個負荷信息是該方法的技術關 鍵與難點。因此高效的負荷檢測機制是至關重要的，設計負荷檢測機制應該盡可能做到設 備的開銷應盡可能地少;檢測用電設備的效率應該盡可能地高。
【發明內容】
[0003] 為了解決上述問題，本發明提出了一種基于模板匹配濾波的居民負荷用電識別方 法，其特征在于，該方法的步驟是：
[0004] 步驟1:計算每個用電器的特征電流模板；
[0005] 獨立采集各用電器運行時通過的電流，計算其頻譜并存儲作為該用電器的特征電 流模板，第m個用電器單獨運行時通過的電流的頻譜即特征電流模板的頻譜分量為
其中，Im(t)為第m個用電器運行時通過的電流，m=l，2,…，n，n為家 用電器總個數，N為電流采樣點數，u為頻率分量，k為第k個采樣點值；
[0006] 步驟2:計算多個用電器共同工作時總電流的頻譜；
[0007] 進入家庭的總電流
為各個支路電流之和;其中，L為工作中的用電器 總個數；對采集到的總電流進行離散傅立葉變換后的總電流的頻譜分量
L0008J步驟3:根據選定的閾值，將特征電流模板的頻譜分量與閾值比較，并進行0-1賦 值，大于等于閾值的頻譜分量賦值為1，小于閾值的頻譜分量賦值為0;特征電流模板的頻譜 分量經過0和1賦值之后所得新的頻譜分量即確定為該用電器的模板濾波器；
[0009] 步驟4:用該模板濾波器對總電流的頻譜進行濾波;濾波過程為模板濾波器的頻譜 分量與總電流的頻譜分量對應相乘，因此模板濾波器為1處，總電流的頻譜分量與之相乘后 對應的頻譜分量得以保留；模板濾波器為0處，總電流的頻譜分量與之相乘對應的頻譜分量 將濾除；
[0010] 步驟5:在模板濾波器對總電流頻譜濾波之后，將所得的頻譜分量與該用電器的特 征電流模板的頻譜分量進行對比，若頻譜分量的保留程度大于95%時，則表明該用電器處 于工作狀態;若頻譜分量的保留程度小于95%，則表明該用電器未處于工作狀態。
[0011] 有益效果
[0012] 本發明簡單可行，實施方便，均可利用FFT實現，運算效率高。本發明能在非侵入用 電數據采集條件下，有效地判斷居民用電負荷的使用情況，能夠解決用電負荷的識別問題， 能夠從多個負荷同時運行時的混合數據中判斷分辨出正在運行的負荷類型，分離出各個單 負荷的運行情況，是非侵入式負荷監測技術的有效實現方法，同時，也是負荷能效跟蹤的重 要基礎。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發明一種基于模板匹配濾波的居民負荷用電識別方法的流程圖；
[0014] 圖2為單個用電器運行時的輸入輸出信號示意圖；
[0015] 圖3為多個用電器共同運行時的輸入輸出信號示意圖；
[0016] 圖4a-4c為風扇、電視和加濕器的特征電流模板；
[0017]圖5為總電流的特征電流模板；
[0018] 圖6a_6c為風扇、電視和加濕器的模板濾波器分別對總電流頻譜濾波后的頻譜。
【具體實施方式】
[0019] 下面結合圖，對本發明的具體實施步驟做詳細說明。圖1是本發明一種基于模板匹 配濾波的居民負荷用電識別方法的流程圖。該方法包括以下步驟：
[0020] 步驟1:計算每個用電器的特征電流模板
[0021] 圖2為單個用電器運行時的輸入輸出信號示意圖，其中U(t)表示用電器兩端電壓， 即電網提供的入戶電壓；Ut)表示第m個用電器單獨運行時產生的電流;h m(t)表示第m個用 電器的時域沖激響應，即代表該用電器。家用電器在使用過程當中，均可認為處于穩定狀 態，因此其通過電流的特性保持不變。
[0022] 獨立采集各用電器單獨作用時產生的電流信號，計算其頻譜并存儲作為該用電器 的特征電流模板，即
其中，η為家用電器總個數，N為電流采樣點數。
[0023] 步驟2:計算多個用電器共同工作時總電流的頻譜
[0024] 圖3為多個用電器運行時的輸入輸出信號示意圖，其中U(t)仍為電網提供的入戶 電壓;如圖3所示，當有多個用電器同時處于工作狀態時，其相互之間是并聯的關系，且每條 支路均處于穩定狀態。當某用電器未處于使用當中時，該條支路可以看作為開路，通過電流 為零。不同支路上的用電器彼此不產生影響，因此進入家庭的總電流為各個支路電流之和， 即：
[0025]