专利名称：一种基于互相关系数的家用电器运行状态识别方法
技术领域：
本发明涉及一种家用电器运行状态识别方法，特别是一种基于互相关系数的识别方法。
背景技术：
随着全球资源环境压力的不断增大，建设更加安全、可靠、环保、经济的智能电网成为全球电力行业的共同目标。目前在发电、输电、配电、用电这一链条中，电网和终端用户的互动相对薄弱，影响了电力系统的整体性能和效率。越来越多的研究者们也意识到智能电表是智能电网的基础，近年来已成为研究的热点。要想真正地实现智能电网与用户的互动，使用户真正地参与到电力市场中，为系统的运行和资产管理带来巨大效益，应该为智能电网提供详细的用电设备用电参数，使用户更清晰地了解每种用电设备的平均能耗，确定用电设备的不正常能耗，使用户感觉从智能电表获益。非侵入式负荷监测(Non-1ntrusive Load Monitoring, NILM)的概念由美国麻省理工学院的乔治.W.哈特教授于1982年首次带入住宅用户家用电器的用电状况监测中。该方法只需在进户干线上装设监测设备，采样用户总电压电流信号，再利用负荷辨识算法提取单个家用电器的用电信息。近年来，很多研究者们对于NILM进行了研究，主要集中于信号分析和负荷识别两个方面。其中，负荷特征信号主要包括信号(瞬时功率或者瞬时电流)的谐波，暂态波形，能耗方式，以及恒功率负荷与恒阻抗负荷的比值等等；负荷辨识算法主要集中于人工神经网络。比较典型的相关研究有:
I)麻省理工学院Steven Leeb的研究小组提出基于负荷投切暂态过程信息的辨识方法。该方法可以根据启动暂态电流辨识不同的负荷，该方法通过设计模拟谱包络线分析器估计负荷的有功、无功和谐波功率等信息，并开发出暂态检测和负荷分类的算法。2)基于Kalman滤波算法来提取负荷投切暂态过程中负荷电流包络线。3)首先对家用电器的特征参数进行宏观和微观层面的分析研究，提取出电流波形、有功、无功、谐波含量、瞬时导纳等家用电器的多特征参数。并提出家用电器启停状态事件检测和负荷分解辨识算法。综上所述，目前关于NILM研究趋势是采集瞬时信号后，利用辨识方法将多信号分解，从而判断电气设备的运行状态。但是这些研究采用的辨识算法理论原理均较为复杂，而且运算量较大。
发明内容
本发明的目的就是提供一种辨识算法简单、运算量小的基于相互关系数的家用电器运行状态识别方法，它针对家用电器数量小的特点，能有效判断家用电器的投入或切除。本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，它包括以下步骤:1)读取瞬时电流或瞬时功率信号；
2)根据步骤I)读取的信号，生成信号的正负包络线；
3)监测步骤2)生成的正负包络线，并判断信号是否有显著变化，若出现显著变化，则转入步骤4)，若没有出现显著变化，则继续监测；
4)提取出现显著变化时间点k前后共7个周期的信号波形；
5)计算步骤4)中7个周期信号的波形相似度St；
6)判断步骤5)中计算出来的6个波形相似度St差异是否显著，若差异显著则转入步骤7)，若差异不显著则转入步骤I)；
7)判断k时刻前后信号稳态阶段的电流幅值差是否显著，若显著则说明有新的家用电器投入或切除，若不显著则说明由外界噪声信号引起。进一步，步骤2)中所述正负包络线的生成方法为:
取出瞬时电流i(t)或者瞬时功率p (t)每周期的最大值点F (k)和Fl (k)构成正负包络线，其中F (k)为正包络线，Fl (k)为负包络线。进一步，步骤3)中判断信号是否显著变化的方法为:
监测包络线的变化，计算F (k)- F (k-1)以及Fl (k)- Fl (k-1)；
信号发生显著变化的条件为:
F (k) - F (k_l)〉I 或 P。，或者 Fl (k) - Fl (k_l)<_ I 或- P。；
F (k) - F (k-1) < -1 或-P。，或者 Fl (k) - Fl (k_l)〉I 或 P。；
其中，I。为无启动脉冲的有功功率数值最小的用电设备的有功功率值，P。为无启动脉冲的有功功率数值最小的用电设备的稳态电流幅值。进一步，步骤4)中提取出现显著变化时间点k前后共7个周期分别为:k、k-3、k_5、k+2、k+4、k+6 和 k+8。进一步，步骤5)所述波形相似度&的计算方法为:
按照时间顺序，计算7个周期中每相邻两个周期的波形相似度
权利要求
1.一种基于互相关系数的家用电器运行状态识别方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: 1)读取瞬时电流或瞬时功率信号； 2)根据步骤I)读取的信号，生成信号的正负包络线； 3)监测步骤2)生成的正负包络线，并判断信号是否有显著变化，若出现显著变化，则转入步骤4)，若没有出现显著变化，则继续监测； 4)提取出现显著变化时间点k前后共7个周期的信号波形； 5)计算步骤4)中7个周期信号的波形相似度St； 6)判断步骤5)中计算出来的6个波形相似度St差异是否显著，若差异显著则转入步骤7)，若差异不显著则转入步骤I)； 7)判断k时刻前后信号 稳态阶段的电流幅值差是否显著，若显著则说明有新的家用电器投入或切除，若不显著则说明由外界噪声信号引起。
2.如权利要求1所述的一种基于互相关系数的家用电器运行状态识别方法，其特征在于，步骤2)中所述正负包络线的生成方法为: 取出瞬时电流i(t)或者瞬时功率p (t)每周期的最大值点F (k)和Fl (k)构成正负包络线，其中F (k)为正包络线，Fl (k)为负包络线。
3.如权利要求2所述的一种基于互相关系数的家用电器运行状态识别方法，其特征在于，步骤3)中判断信号是否显著变化的方法为: 监测包络线的变化，计算F (k)- F (k-1)以及Fl (k)- Fl (k-1)； 信号发生显著变化的条件为: F (k) - F (k_l)>IQ 或 Ptl,或者 Fl (k) - Fl (k-1) < -1tl 或-P0; F (k) - F (k-1) < -1。或-P。,或者 Fl (k) - Fl (k_l)>IQ 或 P0; 其中，Itl为无启动脉冲的有功功率数值最小的用电设备的有功功率值，P0为无启动脉冲的有功功率数值最小的用电设备的稳态电流幅值。
4.如权利要求1所述的一种基于互相关系数的家用电器运行状态识别方法，其特征在于，步骤4)中提取出现显著变化时间点k前后共7个周期分别为:k、k-3、k-5、k+2、k+4、k+6 和 k+8。
5.如权利要求4所述的一种基于互相关系数的家用电器运行状态识别方法，其特征在于，步骤5)所述波形相似度St的计算方法为: 按照时间顺序，计算7个周期中每相邻两个周期的波形相似度
6.如权利要求5所述的一种基于互相关系数的家用电器运行状态识别方法，其特征在于，步骤6)中判断波形相似度St差异是否显著的方法为: Sr (^tmaxj 1^fmax 若兄< X1，则判断差异显著；若兄> X1，则判断差异不显著，X1为预设值。
7.如权利要求6所述的一种基于互相关系数的家用电器运行状态识别方法，其特征在于，步骤7)中判断k时刻前后信号稳态阶段的电流幅值差是否显著的方法为:取k时刻前后稳态信号，电流I或者功率P，计算它们的幅值差，如果I (k+) -1 (k-) >I。或 P(k+) -P(k-)> P。，或者 I(k+) — I(k-) <-1。或 P(k+) — P(k-)〈 -PQ，则判定有新的家用电器投入或切除 ；如果I (k+) -1 (k-)〈 I。或P (k+) - P (k-) < P0,或者I (k+) -1 (k-)>-1tl或P(k+) -P(k-)> -Ptl，则表明k时刻为外界噪声信号引起； 其中，k+代表时刻k后的稳态，k-代表时刻k前的稳态，10为无启动脉冲的有功功率数值最小的用电设备的有功功率值，P0为无启动脉冲的有功功率数值最小的用电设备的稳态电流幅值。
全文摘要
一种基于互相关系数的家用电器运行状态识别方法，它利用设置在家庭进户处的智能电表获取瞬时电流或者瞬时功率信号，检测信号变化量，当该信号的变化量在某时刻k，以周期数为单位，超过一定阈值，则提取k-5，k-3，k，k+2，k+4，k+6，k+8共7个周期的信号波形，并按照时间顺序计算两两周期信号的波形相似度，通过判断该6个波形相似度数值的差异，并借助k前后稳态信号的差值，判断户内是否家用电器启动或者停止，算法简单，判断准确。
文档编号G01R31/00GK103116098SQ20131002892
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月25日 优先权日2013年1月25日
发明者王晓静, 曾礼强, 雍静, 杨本强, 杨岳, 李北海 申请人:重庆大学