本發(fā)明屬于智能用電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于功率及時間特性的電烤箱非侵入辨識方法。

背景技術(shù)：

我國居民用電目前呈現(xiàn)以下特點：第一，增速高，2016年居民占新增用電量的比例高達38％；第二，行為復雜，由于個體眾多，同時家用電器種類繁多，居民用戶的用電行為非常復雜；第三，綜合能耗高，居民用戶的綜合能耗遠高于日本等發(fā)達國家水平。居民電力負荷監(jiān)測分解技術(shù)是一門新興的智能電網(wǎng)基礎(chǔ)支撐技術(shù)，與目前智能電表僅量測用戶總功率不同，它以監(jiān)測并分解出居民戶內(nèi)所有電器的啟動時間、工作狀態(tài)、能耗情況為目標，從而實現(xiàn)更加可靠、精確的電能量管理。電力負荷監(jiān)測分解技術(shù)使用戶的電費清單像電話費清單一樣，各類家用電器的用電量一目了然，從而使用戶及時了解自己的用電情況，為合理分配各個電器的用電時間及相應(yīng)的用電量提供參考，最終能夠有效減少電費支出和電能浪費。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，如果家庭用戶能夠及時了解住宅電器的詳細用電信息，就能使每月電費開支下降5％～15％。如果全美國有一半家庭每個月節(jié)省這么多開支，減少的碳排放量相當于減少800萬輛汽車的使用。

目前，居民電力負荷監(jiān)測分解技術(shù)主要分為侵入式監(jiān)測分解(intrusiveloadmonitoringanddecomposition，ilmd)和非侵入式監(jiān)測分解(non-intrusiveloadmonitoringanddecomposition，nilmd)兩大類：

(1)侵入式負荷監(jiān)測分解技術(shù)(ilmd)：侵入式負荷監(jiān)測將帶有數(shù)字通信功能的傳感器安裝在每個電器與電網(wǎng)的接口，可以準確監(jiān)測每個負荷的運行狀態(tài)和功率消耗。但大量安裝監(jiān)測傳感器造成建設(shè)和維護的成本較高，最重要的是侵入式負荷監(jiān)測需要進入居民家中進行安裝調(diào)試，容易造成用戶抵制心理。

(2)非侵入式負荷監(jiān)測分解技術(shù)(nilmd)：僅在用戶入口處安裝一個傳感器，通過采集和分析入口總電流、電壓等信息來判斷戶內(nèi)每個或每類電器的用電功率和工作狀態(tài)(例如，空調(diào)具有制冷、制熱、待機等不同工作狀態(tài))，從而得出居民的用電規(guī)律。和侵入式負荷分解相比，由于只需要安裝一個監(jiān)測傳感器，非侵入負荷分解方案的建設(shè)成本和后期維護難度都大幅降低；另外，傳感器安裝位置可以選擇在用戶電表箱處，完全不會侵入居民戶內(nèi)進行施工。可以認為，nilmd以分解算法代替ilmd系統(tǒng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)，具有簡單、經(jīng)濟、可靠、數(shù)據(jù)完整和易于迅速推廣應(yīng)用等優(yōu)勢，有望發(fā)展成為高級量測體系(ami)中新一代核心技術(shù)(成熟后，nilmd算法也可以融合到智能電表的芯片內(nèi))，支持需求側(cè)管理、定制電力等智能用電的高級功能，也適用于臨時性的負荷用電細節(jié)監(jiān)測與調(diào)查。

電烤箱是利用電熱元件發(fā)出的輻射熱烤制食物的廚房電器，有效容積從13升到34升都有，功率大約在1000w-2000w之間，但是烤箱工作時不是始終通電，所以大功率烤箱不一定比小功率烤箱更費電。電烤箱的加熱方式可分為上火、下火單獨加熱和上下同時加熱三種，溫度一般可在50-250℃范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。

綜上所述，nilmd技術(shù)已經(jīng)逐漸成為一個研究熱點，相關(guān)技術(shù)的突破和產(chǎn)業(yè)化對全社會的節(jié)能減排的目標具有重要意義。但目前nilmd技術(shù)的研究還停留在理論研究階段，間斷運行負荷尤其是電吹風的分解辨識方法等關(guān)鍵技術(shù)還有待突破。

因此，亟待解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種可精準感測電吹風運行狀態(tài)和額定功率的基于功率及時間特性的電烤箱非侵入辨識方法。

技術(shù)方案：為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明公開了一種基于功率及時間特性的電烤箱非侵入辨識方法，該辨識方法包括如下步驟：

(1)在一定采樣頻率范圍內(nèi)，對總電源進線的電壓和電流信號進行采樣，形成電壓信號采樣序列u(k)和電流信號采樣序列i(k)，k為采樣點編號；

(2)掃描采集到的電壓信號采樣序列u(k)和電流信號采樣序列i(k)，計算實時平均有功功率序列p(i)和實時平均無功功率序列q(i)；

(3)在一定計算時間窗口內(nèi)，掃描實時平均有功功率序列p(i)和實時平均無功功率序列q(i)，計算有功功率變化量δp(i)和無功功率δq(i)；

(4)檢測有功功率變化量δp(i)是否大于1000，若δp(i)>1000則判定功率抬升，抬升時刻為ton(i)，有功功率的抬升值記為δpu，無功功率的抬升值記為δqu，并將δpu、δqu、ton(i)記入啟動電器表；

(5)檢測有功功率變化量δp(i)是否小于-1000，若是δp(i)<-1000則判定功率跌落，記錄跌落時刻toff(i)，有功功率的跌落值δpd，無功功率的跌落值δqd，遍歷啟動電器表，當滿足以下判據(jù)：|δpu|≈|δpd|>1000，|δqu|≈|δqd|≈0，轉(zhuǎn)到步驟(6)

(6)計算電器運行時長δt(i)＝toff(i)-ton(i)，如果滿足60s<δt<70s，δt1≈δt2≈…≈δtn，則判定電烤箱運行，并計算電烤箱的近似額定功率，否則返回步驟(2)。

其中，所述步驟(1)中的采樣頻率范圍為f＝0.5khz～2khz。

優(yōu)選的，所述步驟(2)中所述實時平均有功功率序列p(i)和實時平均無功功率序列q(i)的的計算公式分別為

其中，m為計算時間窗口所含工頻周期的數(shù)目，取m＝5，k為采樣點編號，n為一個工頻周期包含的采樣點數(shù)目，n＝1000×(f/50)。

再者，所述步驟(3)中有功功率變化量δp(i)和無功功率δq(i)的計算公式分別為：δp(i)＝p(i+1)-p(i),δq(i)＝q(i+1)-q(i)，其中i＝1,2,3…。

進一步，所述步驟(1)中分別采用電壓傳感器和電流傳感器對總電源進線的電壓和電流信號進行采樣。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下顯著優(yōu)點：本發(fā)明提供了基于功率及時間特性的電烤箱非侵入辨識方法，解決了目前家用電器中間斷運行的負荷較多，如電吹風、電烤箱、微波爐等，電烤箱的穩(wěn)態(tài)特性與其他電器相似，無明顯的暫態(tài)特性等難題，通過功率變化和運算時長能夠準確感知電烤箱的運行及所處狀態(tài)，并提供電烤箱的近似額定功率，為實現(xiàn)電烤箱的非侵入辨識提供了技術(shù)支撐。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程示意圖；

圖2為基于負荷間斷運行的電烤箱運行非侵入辨識方法中實時平均有功功率的計算結(jié)果圖；

圖3為基于負荷間斷運行的電烤箱運行非侵入辨識方法中實時平均無功功率的計算結(jié)果圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步說明。

如圖1、圖2所示，本發(fā)明公開了一種基于功率及時間特性的電烤箱非侵入辨識方法，具體的流程步驟如下：

(1)取采樣頻率f＝0.8khz，使用電流傳感器和電壓傳感器對總電源進線的電壓和電流進行采樣，形成電壓信號采樣序列u(k)和電流信號采樣序列i(k)，k為采樣點編號。

(2)取計算時間窗口m＝5個工頻周期，一個工頻周期包含的采樣點數(shù)目n＝16，計算總電源進線處的實時平均有功功率序列p(i)和無功功率序列q(i)，其中

p(i)的計算公式為

q(i)的計算公式為

如圖2所示，電烤箱的運行方式為間斷運行，并且各段運行時間大致相等，一次運行時間大致為60s至70s左右，在電烤箱整個工作過程中有多段間歇運行過程。

(3)在一定計算時間窗口內(nèi)掃描實時平均有功功率序列p(i)和實時平均無功功率序列q(i)，計算有功功率變化量δp(i)和無功功率δq(i)，δp(i)的計算公式為δp(i)＝δp(i+1)-δp(i)，δq(i)的計算公式為δq(i)＝δq(i+1)-δq(i)，其中i＝1,2,3…

如圖2所示，電烤箱在運行期間功率一直在變化，有功功率間歇出現(xiàn)階躍型啟停過程，有功功率的變化量為1080w左右，而無功功率在0至-12w內(nèi)波動，根據(jù)計算公式求得δp(i)和δq(i)的值。

(4)檢測有功功率變化量δp(i)是否大于1000，若是δp(i)>1000則判定功率抬升，抬升時刻為ton(i)，有功功率的抬升值記為δpu，無功功率的抬升值記為δqu，并且將δpu、δqu、ton(i)記入啟動電器表；

具體為通過檢測δp(i)值的大小來鑒定負荷是否為功率抬升，若非功率抬升則進入步驟(5)，否則將抬升時刻記為ton(i)，有功功率抬升值記為δpu，無功功率抬升值記為δqu，并且將δpu、δqu、ton(i)記入啟動電器表。

如圖2和圖3所示，電烤箱在運行期間階躍上升時刻的δp值為1080w，大于判據(jù)中的閾值1000w，故可以判定為功率抬升，將抬升時刻記為ton(i)，如圖所示的ton(1)、ton(2)，有功功率的抬升值記為δpu(i)，無功功率的抬升值記為δqu(i)，并且將δpu(i)、δqu(i)、ton(i)記入啟動電器表。

(5)檢測有功功率變化量δp(i)是否小于-1000，若是δp(i)<-1000則判定功率跌落，記跌落時刻為toff(i)，有功功率跌落值為δpd，無功功率跌落值為δqd，遍歷啟動電器表，當滿足以下判據(jù)：|δpu|≈|δpd|>1000，|δqu|≈|δqd|≈0，轉(zhuǎn)到步驟(6)；

具體為通過檢測δp(i)值的大小來鑒定負荷是否為功率跌落，若非功率跌落則返回步驟(2)，否則將跌落時刻記為toff(i)，有功功率跌落值記為δpd，無功功率跌落值記為δqd，并且將δpd、δqd記入啟動電器表。

如圖2和圖3所示，ton(1)時刻的有功功率抬升值記為δpu(1)，無功功率抬升值記為δqu(1)，toff(1)時刻的有功功率跌落值記為δpd(1)，無功功率跌落值記為δqd(1)；ton(2)時刻的有功功率抬升值記為δpu(2)，無功功率抬升值記為δqu(2)，toff(2)時刻的有功功率跌落值記為δpd(1)，無功功率跌落值記為δqd(1)，可得|δpu(1)|≈|δpd(1)|>1000，|δpu(2)|≈|δpd(2)|>1000，而無功功率波動很小可近似等于0，滿足判據(jù)：|δpu|≈|δpd|>1000，|δqu|≈|δqd|≈0，轉(zhuǎn)到步驟(6)。

(6)計算電器運行時長δt(i)＝toff(i)-ton(i)，如果滿足60s<δt<70s，δt1≈δt2≈…≈δtn，則判定電烤箱運行，并計算電烤箱的近似額定功率，否則返回步驟(2)。

具體為按公式計算電烤箱的運行時長，如圖2和圖3所示，δt(1)＝toff(1)-ton(1)，δt(2)＝toff(2)-ton(2)，電器近似等間隔運行，每次間歇運行時長為60s至70s，則可以判斷為電烤箱運行，并可以得到電烤箱的近似額定功率pss。

如圖2和圖3所示，60s≤δt1＝δt2…＝δtn≤70s，則可以認為有電烤箱運行，電烤箱的近似額電功率為1080w。

應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。本實施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。