一种网络化智能负载识别装置及识别方法
【专利说明】一种网络化智能负载识别装置及识别方法
[0001]本专利得到天津师范大学校级青年基金项目:非接触式负载识别技术研宄(项目号:52XQ1401)支持。
技术领域
[0002]本发明属于应用电子产品技术领域，涉及一种针对单项民用交流电负载设备的网络化智能负载识别装置及识别方法，适用于需要对民用单项交流电负载进行识别的应用场入口 O
【背景技术】
[0003]目前针对民用交流电的负载识别主要分为两种方法:总功率限定判别法和瞬时功率增量判别法。
[0004]总功率限定判别法，其原理是当单项电负载端用电功率增大，达到用电负荷设定的阈值时，由MCU控制继电器或断路器断开单相电回路，起到大功率负载识别并切断供电的目的。目前大部分负载识别的应用场合都采用这种方法进行控制，本方法可以初步识别大功率负载电器，但是对于功率在负荷阈值以下的负载则无法判断。
[0005]瞬时功率增量判别法，其原理是以极小时间单位为间隔进行负载功率采样，并保存功率数据，每次采样过程结束后，利用当前采样值与前一次采样值进行作差比较，当作差结果较大时，表示负载功率有较大变化，即有较大功率负载接入，起到负载识别的目的。
[0006]目前基于如上识别方法的负载识别装置，均不具有联网功能，无法实时查看各识别单元的状态，无法对识别单元进行远程复位。
【发明内容】
[0007]本发明针对上述现有技术中存在的技术问题，提供了一种网络化智能负载识别装置及识别方法，该装置在识别多种负载特征参数的基础上，完成对用电负载类型的判别，并具备联网功能，便于远程集中系统控制。
[0008]本发明为解决这一问题所采取的技术方案是:
本发明的网络化智能负载识别装置，包括控制芯片、与控制芯片连接的电参数采集芯片和继电器、以及电压采集单元和电流采集单元；电参数采集芯片分别通过电压采集单元、电流采集单元和AD转换器与电力线连接，电流采集单元包括环绕电力线连接的电流互感器和第一低通滤波器，电压采集单元包括环绕电力线连接的电压互感器和第二低通滤波器；控制芯片通过串行总线与集中控制平台连接。
[0009]其中，电参数采集芯片采用CS5463芯片，所采集的电参数包括瞬时电压、电流、功率、视在功率、有功功率、无功功率、有功基波、有功谐波、无功基波、功率因数和交流频率。
[0010]控制芯片采用MSP430F5438，控制芯片还与IXD显示器和拨码开关连接。控制芯片可以通过RS485总线与集中控制平台连接，也可以通过RS485总线、转换接口和TCP/IP协议总线与集中控制平台连接。
[0011]一种网络化智能负载识别方法，该方法包括如下步骤:
控制芯片循环读取CS5463芯片缓存的采样数据，取总功率、增量功率、谐波风量、功率因数、相位这五个电参数作为本装置的判别依据；
首先、判断总功率，判别功率的大小，以此识别用电器设备的功率等级；
其次、判断增量功率，以单位时间内功率的增量识别在多用电器电路中不同功率的电器接入，并以此判断接入用电器的功率等级；
第三、判断谐波分量，不用电器接入，由于其自身特性的不可避免会带来特定谐波分量，以此判断用电器类别；
第四、判断功率因数，基于不同类别用电器，接入电路，产生的功率因数不同，判断用电器的类别；
第五、判断电流与电压的相位，基于感性电器电压相位超前于电流相位，容性电器电压相位滞后于电流相位，阻性电器相位同步的特点，判别电器类别；
通过不同电参数的判断，最后通过判别模型，识别出负载的类型，达到负载识别的目的；依据控制端用电策略，完成继电器通断控制，依据控制命令，及时上传数据。
[0012]本发明采用高性能处理器芯片和高精度电能采集芯片对民用单项电负载进行电参数采样，将采样得到的多种负载电参数进行分类算法分析，得到基于不同负载电参数的分析结果，在对不同类型负载进行大量实验测量的基础上，建立基于多种电参数分析结果的负载识别模型，依据此模型，固化程序，最终达到对单项电负载智能化识别的目的。
[0013]本发明具有的优点和积极效果是:
本发明的采用高性能处理器芯片和高精度电能采集芯片对民用单项电负载进行电参数采样，采样测量负载电参数详细，包括瞬时电压、电流、功率、视在功率、有功功率、无功功率、有功基波、有功谐波、无功基波、功率因数、交流频率，为后续的识别算法提供充分的数据支持，和功能扩展。同时本装置设计了 RS485和TCP/IP协议转换接口，用于与PC集中控制端进行联网，实现设备联网数据传输；RS485总线具备特定的数据格式和校验方法，保证了数据可靠通信，使多机间具备组网功能，便于实现后台集中控制。本发明基于多种电参数进行分析，综合t吴型判别，极大提尚负载识别准确率。
【附图说明】
[0014]图1是本发明的网络化智能负载识别装置的结构框图；
图2是本发明的网络化智能负载识别方法的流程图。
【具体实施方式】
[0015]以下参照附图对本发明的网络化智能负载识别装置及识别方法进行详细的说明。下面描述的具体实施例仅是本发明的最佳实施方式，而不能理解为对本发明的限制。
[0016]图1是本发明的网络化智能负载识别装置的结构框图。如图1所示，本发明的网络化智能负载识别装置，包括控制芯片、与控制芯片连接的电参数采集芯片和继电器、以及电压采集单元和电流采集单元；电参数采集芯片分别通过电压采集单元、电流采集单元和AD转换器与电力线连接，电流采集单元包括环绕电力线连接的电流互感器和第一低通滤波器，电压采集单元包括环绕电力线连接的电压互感器和第二低通滤波器；控制芯片通过串行总线与集中控制平台连接。
[0017]其中，电参数采集芯片采用CS5463芯片，微处理器通过相关协议对CS5463芯片进行操作，可以自动完成一些列电参数的采样测量，其中包括瞬时电压、电流、功率、视在功率、有功功率、无功功率、有功基波、有功谐波、无功基波、功率因数、交流频率。相对于一般的负载识别装置，本发明装置能够获得一些列电能参数，并对一些列电参数进行分析，最后综合得出识别结果。
[0018]控制芯片采用MSP430F5438，MSP430F5438 具有 256K FLASH，16K RAM，32 位单指令周期乘法器，4个USCI，主频可达到20MHz。该处理器具有的32位单指令周期乘法器，十分适合本装置涉及的算法处理，多大4个USCI方便与大都数外设进行连接，便于扩展功能。较大的FLASH存储器，可以满足程序设计的复杂度。
[0019]控制芯片可以通过RS485总线与集中控制平台连接，也可以通过RS485总线、转换接口和TCP/IP协议总线与集中控制平台连接，实现了设备联网，支持扩展集中控制平台，集中控制平台可以实时读取选定识别装置的电参数以及识别结果，便于做出相应的用电策略，同时集中控制平台可下发相应的识别模式，实现在时间短的灵活用电管理。设备联网、集中控制管理功能是当前市面上负载识别装置所欠缺的。
[0020]控制芯片还与IXD显示器和拨码开关连接。本装置采用高性能处理器和高精度电能采集IC对民用单项电负载进行电参数采样，将采样得到的多种负载电参数进行分类算法分析，得到基于不同负载电参数的分析结果，在对不同类型负载进行大量实验测量的基础上，建立基于多种电参数分析结果的负载识别模型，依据此模型，固化程序，最终达到对单项电负载智能化识别的目的。本装置实现采样测量一系列负载电参数，通过算法分析得到的电参数，综合结果判断出负载类型，同时支持多设备组网，后台控制中心联网控制功能，支持断电控制功能。
[0021]本发明的网络化智能负载识别装置的工作过程如下:本装置利用电压互感器和电流互感器按一定比例互感从民用单项交流220V电力线上采样得到交流电压和交流电流，经过低通滤波器滤掉可能感应得到的高频分量，保护芯片CS5463的采样管