專利名稱：：非侵入式電力負(fù)荷分解的表格方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種電力負(fù)荷分解的表格方法。特別是涉及一種可用于電力系統(tǒng)負(fù)荷監(jiān)測、用電分析、負(fù)荷節(jié)能、負(fù)荷預(yù)測和負(fù)荷建模的非侵入式電力負(fù)荷分解的表格方法。
背景技術(shù)：
：電力負(fù)荷不同類型用電設(shè)備的功率消耗比例實(shí)時分解(簡稱電力負(fù)荷分解)數(shù)據(jù)有助于電力公司了解電力用戶負(fù)荷的組成，合理安排負(fù)荷使用時間("削峰填谷")，提高電網(wǎng)的利用率和減少電力系統(tǒng)投資。負(fù)荷分解數(shù)據(jù)還可以改善電力負(fù)荷預(yù)測精度，為電力系統(tǒng)規(guī)劃(包括擴(kuò)展規(guī)劃和運(yùn)行規(guī)劃)提供更為準(zhǔn)確的依據(jù)。電力用戶也可以通過對數(shù)據(jù)分析減少自身不必要的能源開銷，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。此外，將負(fù)荷分解數(shù)據(jù)向上聚合到輸電系統(tǒng)，可有助于建立更為真實(shí)的負(fù)荷模型，從而提高仿真計(jì)算和穩(wěn)定分析的準(zhǔn)確性。因此電力負(fù)荷分解數(shù)據(jù)對全社會(包括電力公司和電力用戶)節(jié)能和電力系統(tǒng)規(guī)劃及運(yùn)行都有十分重要的意義。負(fù)荷分解研究分為侵入式和非侵入式兩大類。侵入式方法得到的數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確，但耗費(fèi)巨大，不適于推廣和在線應(yīng)用。非侵入式方法目前是基于電力負(fù)荷入口處的電壓、電流及功率的變化信息進(jìn)行跟蹤分解，需要負(fù)荷監(jiān)測裝置不間斷地捕捉電力負(fù)荷每一個變化信息，對軟、硬件的要求非常高。當(dāng)出現(xiàn)不同類型用電設(shè)備同時啟動或退出運(yùn)行時，這種方法就無法進(jìn)行有效地負(fù)荷跟蹤分解，方法存在著極大的盲區(qū)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種無需進(jìn)行基于迭代的最優(yōu)化計(jì)算，可有效減少負(fù)荷分解的計(jì)算量，從而降低負(fù)荷分解對測量裝置計(jì)算能力的要求，有助于縮減測量裝置的成本，適用于負(fù)荷內(nèi)部主要用電設(shè)備類型較少的簡單負(fù)荷分解的基于電力負(fù)荷穩(wěn)態(tài)電壓、電流(包含基波和諧波)及功率信息的非侵入式電力負(fù)荷分解的表格方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種非侵入式電力負(fù)荷分解的表格方法，用于電力系統(tǒng)負(fù)荷監(jiān)測、用電分析、負(fù)荷節(jié)能、負(fù)荷預(yù)測和負(fù)荷建模等領(lǐng)域，包括有如下步驟第一步離線統(tǒng)計(jì)各類用電設(shè)備的單元電流參數(shù)；第二步根據(jù)電力負(fù)荷的實(shí)際情況，選取其主要用電設(shè)備類型；第三步選定一個功率比例間隔組合出所有可能的電力負(fù)荷內(nèi)部主要用電設(shè)備的功率比例向量；第四步離線求取這些功率比例所對應(yīng)的電力負(fù)荷單元估計(jì)電流，形成功率比例和單元估計(jì)電流的對應(yīng)表；第五步按照單元估計(jì)電流中參數(shù)的大小將單元估計(jì)電流和功率比例對應(yīng)表細(xì)化成若干個子對應(yīng)表；第六步根據(jù)實(shí)測負(fù)荷電流參數(shù)的大小，判斷其所在的子對應(yīng)表；第七步在子表內(nèi)找到與實(shí)測負(fù)荷電流最為接近的負(fù)荷單元估計(jì)電流，從而得到負(fù)荷內(nèi)部主要用電設(shè)備的功率消耗比例，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷分解。所述的第一步驟至第五步驟是離線完成的，第六步和第七步是在線實(shí)現(xiàn)的。所述的用電設(shè)備的單元電流表示成如下形式《(0=Z"M.COS(^^+《,a)式中，aO是某一用電設(shè)備的單元電流，下標(biāo)a表示用電設(shè)備；AeAT，即A:是一個正整數(shù)；；^表示單元電流中第A次諧波分量的角頻率；《，。表示單元電流中第A:次諧波分量的初相角；a1;。=l，當(dāng)A:〉1時，A,。是一個小于1的非負(fù)實(shí)數(shù)；《,。和a，VA:eiV*，是通過離線統(tǒng)計(jì)得到的。第三步驟所述的功率比例向量是由如下方式獲得選定一個基波有功功率比例間隔A-，組合出所有可能的電力負(fù)荷內(nèi)部主要用電設(shè)備的有功功率比例，如下所示其中，P^表示電力負(fù)荷的第/個有功功率比例向量；/^表示第/個功率比例向量中第/類用電設(shè)備基波有功功率所占的比例，且^>^=1，V/e{l,2,.",w};"是負(fù)荷內(nèi)部7=1主要用電設(shè)備類型數(shù)；w表示有功功率比例向量的個數(shù)，其大小由A/和"共同決定。第四步驟所述的功率比例和電力負(fù)荷單元估計(jì)電流對應(yīng)表是由如下公式獲得式中，/")'表示由第/組電流權(quán)重系數(shù)計(jì)算得到電力負(fù)荷的單元估計(jì)電流。第五步驟所述的若干個子對應(yīng)表是由如下方式獲得根據(jù)〖'(/)'中的各次諧波幅值參數(shù)《，,的大小，根據(jù)實(shí)際需求將功率比例和單元估計(jì)電流的對應(yīng)表劃分成若干個子對應(yīng)表。本發(fā)明的非侵入式電力負(fù)荷分解的表格方法，無需進(jìn)行基于迭代的最優(yōu)化計(jì)算，可有效減少負(fù)荷分解的計(jì)算量，從而降低負(fù)荷分解對測量裝置計(jì)算能力的要求，有助于縮減測量裝置的成本，適用于負(fù)荷內(nèi)部主要用電設(shè)備類型較少的簡單負(fù)荷分解。其可應(yīng)用于電力系統(tǒng)負(fù)荷監(jiān)測、用電分析、負(fù)荷節(jié)能、負(fù)荷預(yù)測和負(fù)荷建模等多個
技術(shù)領(lǐng)域：
，對全社會(包括電力公司和電力用戶)節(jié)能和電力系統(tǒng)規(guī)劃及運(yùn)行都有十分重要的意義。圖1是本發(fā)明的非侵入式負(fù)荷分解表格方法的流程圖；圖2是實(shí)測負(fù)荷1的電壓、電流波形圖；圖3是實(shí)測負(fù)荷2的電壓、電流波形圖4負(fù)荷1分解計(jì)算得到的估計(jì)電流與實(shí)測電流的波形對比圖；圖5負(fù)荷2分解計(jì)算得到的估計(jì)電流與實(shí)測電流的波形對比圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明的非侵入式電力負(fù)荷分解的表格方法做出詳細(xì)說明。如圖1所示，本發(fā)明的非侵入式電力負(fù)荷分解的表格方法，可實(shí)現(xiàn)電力負(fù)荷內(nèi)部主要用電設(shè)備類型的功率消耗比例的分解，用于電力系統(tǒng)負(fù)荷監(jiān)測、用電分析、負(fù)荷節(jié)能、負(fù)荷預(yù)測和負(fù)荷建模等領(lǐng)域，包括有如下步驟第一步離線統(tǒng)計(jì)各類用電設(shè)備的單元電流參數(shù)；第二步根據(jù)電力負(fù)荷的實(shí)際情況，選取其主要用電設(shè)備類型；第三步選定一個功率比例間隔組合出所有可能的電力負(fù)荷內(nèi)部主要用電設(shè)備的功率比例向量；第四步離線求取這些功率比例所對應(yīng)的電力負(fù)荷單元估計(jì)電流，形成功率比例和單元估計(jì)電流的對應(yīng)表；第五步按照單元估計(jì)電流中參數(shù)的大小將單元估計(jì)電流和功率比例對應(yīng)表細(xì)化成若干個子對應(yīng)表；第六步根據(jù)實(shí)測負(fù)荷電流參數(shù)的大小，判斷其所在的子對應(yīng)表；第七步在子表內(nèi)找到與實(shí)測負(fù)荷電流最為接近的負(fù)荷單元估計(jì)電流，從而得到負(fù)荷內(nèi)部主要用電設(shè)備的功率消耗比例，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷分解。其中，第一步至第五步是離線完成的，第六步和第七步是在線實(shí)現(xiàn)的。如上所述，本發(fā)明進(jìn)行表格法非侵入式負(fù)荷分解時，當(dāng)供電電壓符合國標(biāo)規(guī)定時，用電設(shè)備的單元電流，即其電流基波幅值的標(biāo)幺值為l時的電流具有一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，可表示成如下形式,:(,)=Zc^,cos(a^+《。)(i)式中，a,)是某一用電設(shè)備的單元電流，下標(biāo)《表示用電設(shè)備；A:eiNT，即A是一個正整數(shù)；A^表示單元電流中第A:次諧波分量的角頻率；《,。表示單元電流中第A:次諧波分量的初相角；^，。=1，當(dāng)&>1時，q，。是一個小于l的非負(fù)實(shí)數(shù)；《,。和"^，VA:eA^，是通過離線統(tǒng)計(jì)得到的。同理，電力負(fù)荷的單元電流定義為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>式中，下標(biāo)/表示電力負(fù)荷；"w=l，A，,表示電力負(fù)荷單元電流第A:次諧波分量幅值的標(biāo)幺值，通過在線實(shí)測得到；《，,表示電力負(fù)荷單元電流第A次諧波分量的初相角。《，,和"W，VAeiV*,是通過在線實(shí)測得到的。當(dāng)電力負(fù)荷含有"類主要用電設(shè)備時(負(fù)荷內(nèi)部也許還包括其它類型用電設(shè)備，但在負(fù)荷電流中的比例非常小，可以忽略不計(jì))，其電流可用這"類用電設(shè)備電流的線性疊加來近似估計(jì)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>其中，〖'(O表示電力負(fù)荷的單元估計(jì)電流；《,(0表示第/類(^{1，2,，"})用電設(shè)備的單元電流，由離線統(tǒng)計(jì)得到；Ae[0，+oc)，V/ea2,…,")表示第/類用電設(shè)備的電流權(quán)重系數(shù)。電流權(quán)重系數(shù)與基波功率比例系數(shù)的關(guān)系為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>其中，《，w是第/類(/e仏2,…,"p用電設(shè)備的基波電流初相角，即基波功率因數(shù)角(本文以基波電壓為參考相量)，由統(tǒng)計(jì)得到；y^和&分別表示第/類(_/e{1,2,，"})用電設(shè)備的基波有功功率和無功功率在電力負(fù)荷總的基波有功功率和無功功率中所占的比例，且<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>因此，只要知道用電設(shè)備的功率比例系數(shù)便可根據(jù)式(5)或式(6)求出相應(yīng)的電流權(quán)重系數(shù)。下面以有功功率為例進(jìn)行說明。選定一個基波有功功率比例間隔A"，組合出所有可能的電力負(fù)荷內(nèi)部主要用電設(shè)備的有功功率比例，如下所示PX/^i,…，^，…D(7)/e{1,2,-",附}其中，P卩表示電力負(fù)荷的第/個有功功率比例向量；^表示第/個功率比例向量中第/類用電設(shè)備基波有功功率所占的比例，且^/^=1，V/e仏2，…,^;"是負(fù)荷內(nèi)部主要用戶l電設(shè)備類型數(shù)；m表示有功功率比例向量的個數(shù)，其大小由A〃和"共同決定。設(shè)tv=i+Li/a々」，Lvl表示下取整函數(shù)。當(dāng)"=1時，附=1，A「1，負(fù)荷內(nèi)部只有l(wèi)類用電設(shè)備，且其有功功率比例為l;當(dāng)"=2時，附=〃，備沖e(l,2，…,ff^表示在x+rl這條直線的第一象限部分上從(1，0)點(diǎn)開始到(0，1)點(diǎn)截止相距為V^A"的m個離散點(diǎn)的集合；當(dāng)"》3時，附=z》..w'='=;，、，'^^{1,2，...,附}}表示在("-2)個S運(yùn)算x,+jc2+…+x—,+x=1的"維實(shí)空間超平面第一象限部分上各坐標(biāo)長度為A/的m個超正方形幾何中心的集合。由于各類用電設(shè)備的基波功率因數(shù)已知(通過統(tǒng)計(jì)得到)，可以計(jì)算出這些基波有功功率比例所對應(yīng)的基波無功功率比例，形成如下對應(yīng)關(guān)系^一(8)其中，p^^/^，…,^,…，^)表示由電力負(fù)荷第/組基波有功功率比例計(jì)算得到的基波無功功率比例向量；/^表示第/個基波無功功率比例向量的第y個用電設(shè)備的基波無功比例。由式(5)可計(jì)算出這些基波有功功率比例所對應(yīng)的電流權(quán)重系數(shù)，形成如下對應(yīng)關(guān)系^一P'(9)其中，p'二(A，…，/;,…,《)表示由電力負(fù)荷第/組基波有功功率比例計(jì)算得到的電流權(quán)重系數(shù)向量；A表示第/個電流權(quán)重系數(shù)向量中第/類用電設(shè)備的電流權(quán)重系數(shù)。由式(4)可計(jì)算出與電流權(quán)重系數(shù)相對應(yīng)的電力負(fù)荷的單元估計(jì)電流，形成如下對應(yīng)關(guān)系f一《'(,)'(10),e(l,2,…，附》其中，《'("表示由第/組電流權(quán)重系數(shù)計(jì)算得到電力負(fù)荷的單元估計(jì)電流。由式(8)—式(10)可形成功率比例和電力負(fù)荷單元估計(jì)電流的對應(yīng)關(guān)系::尸—加，/e{l，2，，/}相應(yīng)的功率比例和電力負(fù)荷單元估計(jì)電流的對應(yīng)表如表l所示。表l(11)對應(yīng)序號設(shè)備1設(shè)備/單元估計(jì)電流參數(shù)PQ……PQ基波k次諧波1……1...…《,《,……2《……《《1《……《,…邁》；……1…...《,々,……(12)(13)應(yīng)用相量法描述，實(shí)測負(fù)荷單元電流向量如式(12)所示-同理，負(fù)荷單元估計(jì)電流向量如下所示i卜(i4…，《,《…)T{1,2,...,/}其中，《，,表示第/個負(fù)荷單元估計(jì)電流第A次諧波分量幅值的標(biāo)幺值；《,表示第/個負(fù)荷單元估計(jì)電流第A:次諧波分量的初相角。負(fù)荷單元估計(jì)電流向量與實(shí)測負(fù)荷單元電流向量的偏差為;-1,|{1,2,...，附}其中，i卜ii表示a范數(shù)。在線分解時只需找到e'(/e{l,2,,m})最小值所對應(yīng)的/，則i;即為與實(shí)測負(fù)荷單元電流最為接近(即偏差最小)的單元估計(jì)電流，進(jìn)而通過對應(yīng)關(guān)系得到負(fù)荷內(nèi)部主要用電設(shè)備的功率比例，即實(shí)現(xiàn)了負(fù)荷分解。圖2-圖3是實(shí)測得到負(fù)荷l和2的電壓、電流波形圖，相應(yīng)的分解結(jié)果如表2-表3所示。分解計(jì)算得到的估計(jì)電流與實(shí)測電流的波形對比如圖4-圖5所示。選取電阻類、空調(diào)類、(14)計(jì)算機(jī)和日光燈4類用電設(shè)備作為主要用電設(shè)備類型，艮卩"=4;功率比例間隔A〃=2.5%;iV=l+Ll/A"」=41，^=￡5^=^-=12341。由此得到的單元估計(jì)電流和功率比例對應(yīng)表的元素為12341組。為了有效降低計(jì)算量，根據(jù)步驟五所述，按照單元估計(jì)電流參數(shù)《,的大小將對應(yīng)表劃分成10份，1份含有1235組對應(yīng)關(guān)系，9份含有1234組對應(yīng)關(guān)系；然后按照參數(shù)4，,的大小將每一份再劃分成10小份，每一小份形成一個子對應(yīng)表，41個子對應(yīng)表有124個對應(yīng)關(guān)系，59個子對應(yīng)表有123個對應(yīng)關(guān)系。即將對應(yīng)表分為100個子對應(yīng)表。在線負(fù)荷分解計(jì)算時，首先根據(jù)實(shí)測負(fù)荷單元電流參數(shù)"w的大小，判斷實(shí)測電流所在的子對應(yīng)表；然后在相應(yīng)的子表內(nèi)找到與實(shí)測電流最為接近的估計(jì)電流，那么這一估計(jì)電流所對應(yīng)的用電設(shè)備功率比例即為負(fù)荷分解結(jié)果。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表3<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權(quán)利要求1.一種非侵入式電力負(fù)荷分解的表格方法，其特征在于，用于電力系統(tǒng)負(fù)荷監(jiān)測、用電分析、負(fù)荷節(jié)能、負(fù)荷預(yù)測和負(fù)荷建模等領(lǐng)域，包括有如下步驟第一步離線統(tǒng)計(jì)各類用電設(shè)備的單元電流參數(shù)；第二步根據(jù)電力負(fù)荷的實(shí)際情況，選取其主要用電設(shè)備類型；第三步選定一個功率比例間隔組合出所有可能的電力負(fù)荷內(nèi)部主要用電設(shè)備的功率比例向量；第四步離線求取這些功率比例所對應(yīng)的電力負(fù)荷單元估計(jì)電流，形成功率比例和單元估計(jì)電流的對應(yīng)表；第五步按照單元估計(jì)電流中參數(shù)的大小將單元估計(jì)電流和功率比例對應(yīng)表細(xì)化成若干個子對應(yīng)表；第六步根據(jù)實(shí)測負(fù)荷電流參數(shù)的大小，判斷其所在的子對應(yīng)表；第七步在子表內(nèi)找到與實(shí)測負(fù)荷電流最為接近的負(fù)荷單元估計(jì)電流，從而得到負(fù)荷內(nèi)部主要用電設(shè)備的功率消耗比例，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷分解。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的非侵入式電力負(fù)荷分解的表格方法，其特征在于，所述的第一步驟至第五步驟是離線完成的，第六步和第七步是在線實(shí)現(xiàn)的。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的非侵入式電力負(fù)荷分解的表格方法，其特征在于，所述的用電設(shè)備的單元電流表示成如下形式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>式中，aO是某一用電設(shè)備的單元電流，下標(biāo)"表示用電設(shè)備；A:e^，即A:是一個正整數(shù)；A^表示單元電流中第A次諧波分量的角頻率；《，。表示單元電流中第A:次諧波分量的初相角；",，。=1，當(dāng)^>1時，氣。是一個小于1的非負(fù)實(shí)數(shù)；《,。和"b，VA:eiV'，是通過離線統(tǒng)計(jì)得到的。4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的非侵入式電力負(fù)荷分解的表格方法，其特征在于，第三步驟所述的功率比例向量是由如下方式獲得選定一個基波有功功率比例間隔A/，組合出所有可能的電力負(fù)荷內(nèi)部主要用電設(shè)備的有功功率比例，如下所示<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>其中，P卩表示電力負(fù)荷的第/個有功功率比例向量；/^表示第/個功率比例向量中第y類用電設(shè)備基波有功功率所占的比例，且<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>是負(fù)荷內(nèi)部乂=1主要用電設(shè)備類型數(shù)；m表示有功功率比例向量的個數(shù)，其大小由A"和w共同決定。5.根據(jù)權(quán)利要求l所述的非侵入式電力負(fù)荷分解的表格方法，其特征在于，第四步驟所述的功率比例和電力負(fù)荷單元估計(jì)電流對應(yīng)表是由如下公式獲得<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>式中，《'(0'表示由第/組電流權(quán)重系數(shù)計(jì)算得到電力負(fù)荷的單元估計(jì)電流。6.根據(jù)權(quán)利要求l所述的非侵入式電力負(fù)荷分解的表格方法，其特征在于，第五步驟所述的若干個子對應(yīng)表是由如下方式獲得根據(jù)〖'(0'中的各次諧波幅值參數(shù)《,,的大小，根據(jù)實(shí)際需求將功率比例和單元估計(jì)電流的對應(yīng)表劃分成若干個子對應(yīng)表。全文摘要一種非侵入式電力負(fù)荷分解的表格方法，有離線統(tǒng)計(jì)各類用電設(shè)備的單元電流參數(shù)；根據(jù)電力負(fù)荷選取其主要用電設(shè)備類型；選定一個功率比例間隔組合出所有可能的電力負(fù)荷內(nèi)部主要用電設(shè)備功率比例向量；離線求取這些功率比例所對應(yīng)的電力負(fù)荷單元估計(jì)電流，形成功率比例和單元估計(jì)電流對應(yīng)表；按照單元估計(jì)電流中參數(shù)的大小將單元估計(jì)電流和功率比例對應(yīng)表細(xì)化成若干個子對應(yīng)表；根據(jù)實(shí)測負(fù)荷電流參數(shù)大小，判斷其所在的子對應(yīng)表；在子表內(nèi)找到與實(shí)測負(fù)荷電流最接近的負(fù)荷單元估計(jì)電流，得到負(fù)荷內(nèi)部主要用電設(shè)備的功率消耗比例，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷分解。本發(fā)明可有效減少負(fù)荷分解的計(jì)算量，用于電力系統(tǒng)負(fù)荷監(jiān)測、用電分析、負(fù)荷節(jié)能、負(fù)荷預(yù)測和負(fù)荷建模等領(lǐng)域。文檔編號H02J3/00GK101567559SQ20091006913公開日2009年10月28日申請日期2009年6月4日優(yōu)先權(quán)日2009年6月4日發(fā)明者余貽鑫,葛少云,黃純?nèi)A,鵬黎申請人:天津天大求實(shí)電力新技術(shù)股份有限公司