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1、第3期机电元件Vol．35No．32015年6月ELECTROMECHANICALCOMPONENTSJun．2015研究与设计家庭用户端负载的非侵入式电能监测系统研究12张荣宝,张建(1.淮安金湖供电公司,江苏金湖2116002.淮安金湖供电公司,江苏金湖211600)摘要:家庭用电智能化是智能电网建设的一个重要组成部分。本文采用非侵入式监测,先分析家庭中各种用电器的电气特性,然后分别采用不同的分析方法进行仿真实验。传统最简单的识别方法是根据功率识别,但相同功率家用电器的识别会受到限制。本文根据用电器启动功率波形不同,提出了运用神经网络识别计算,将用电器分类的方法,以
2、提高识别的准确性。根据用电器稳态运行时电流波形的不同,本文采用遗传算法的识别方法进行计算,该方法也具有一定的识别效果。最后将三种方法整合互补,以提高识别的精确度,为今后的推广使用做好铺垫。关键词:非侵入式;用电监测;识别算法Doi:10.3969/j.issn.1000-6133.2015.03.004中图分类号:TN784文献标识码:A文章编号:1000-6133(2015)03-0012-04贵,无法大范围推广;另一种是非侵入式监测,只需1引言在进线端安装传感器即可,然后分析计算。本文从目前,随着人们生活水平的提高电脑、电冰箱、第二种方式进行仿真分析,并验证其实用性
3、。电视机的家庭已经非常普遍,如果加上电灯、电磁2电能参数测量炉、热水器等家用电器,家庭用户对于电能的消耗是越来越大,家庭入户用电量普遍都在8kW到2.1电能参数的采样与预处理10kW之间。由此可见,家庭用电对于需求侧的影电力系统在运行过程中要监测很多的参数,以此响是很大的,用电的高峰和低谷的差值也相应地拉来判断家用电器的种类及其用电量。其电力参数主大,那么,对于家用电器的管理便变得及其重要。要有电压、电流的瞬时值、频率、有功功率、无功功率、[3]家庭用电监测系统不仅可以很好地解决用户对自功率因数等。电压、电流瞬时值的精确测量和有功己用电情况不了解、浪费等问题,同时也可以
4、防止功率、无功功率的准确性计算直接影响到家用电器种窃电,由于它是对进户端总的用电量进行在线监类的分析和判断。因此,电能参数的测量是计算家用测,不仅可以查出是哪一个用电器在运行,而且还电器用电量的基础。如果其中某一项电能参数误差可以根据用电量的计算和波形分析,一旦出现漏过大,就会导致电器种类判断的错误。由此可见,对电、短路等异常情况,很快就可以检测出来,以便得于电能参数的测量不仅需要有抗干扰措施,还有良好[1]到及时处理。的准确的计算方法。如果用这种采集数据对家用电[2]现有家用电器的用电监测有两种方法,一种器的类型进行判断和用电量的计算,极有可能出现严是侵入式监测,该技
5、术需要无线传输器件,价格昂重的错误。为了避免这种情况的发生本文采用中值收稿日期:2015-03-21作者简介:张荣宝,(1987-),男,江苏金湖,配电线路工。第3期张荣宝等:家庭用户端负载的非侵入式电能监测系统研究13滤波法、将采样数据行处理。们只是在时间上有区别。详细算法解释如图1。2.2电能的计算对于单项交流电来说,用电器的功率分为有功功率和无功功率。其中,有功功率是供电公司评价用户用电量的一个重要指标。根据帕塞瓦尔定[4]理,一个信号所含有的能量(功率)恒等于此信号在完备正交函数集中各分量能量(功率)之和。说明一个信号在时域上计算的总能量等于该信号在频域上计算的
6、总能量。也就是说,信号经过傅里叶变换以后保持其总能量不变,符合能量守恒定律。然而,现在家用电器中存在大量谐波。为此,本文分别利用了传统计算方法、积分计算方法和FFT计算方法对所假设的谐波运用MATLAB进行有功功率计算,所得到的计算结果与标准值的分析如表1所示。表1三种功率计算方法分析比较功率计算方式功率(W)误差(%)标准0.81530图1传统功率变化算法流程图传统计算方法0.75073.41积分计算方法0.76695.943.2基于家用电器启动的负荷识别算法FFT计算方法0.78757.92根据家用电器的电气波形,将电器进行分类,由表1我们可以非常明显地看出,当电流
7、已经不以便于寻求不同用电器在电气特性上的差别,为电是标准的正弦曲线,而是带有一些不规则谐波的时器识别提供条件。文献[6]根据稳态时的v-i曲线候,若是采用传统的计算方法误差将会非常大,严重分类,能够识别用电器的类型,但很难进行数字化影响着用户与供电部门的公平交易。而运用积分的分析计算。本文依据办公室和家庭电子设备和电[7]方法计算虽然比传统计算方法复杂一些,但计算出来器输入电流测量的数据进行分析,提出了一种电的结果有着明显的优势。表中,FFT计算方法最为复力负荷分类框架,这样便可以区分不同的电力负杂,但是误差最小。随着硬件设备的不断进步,
