【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及非侵入式電力負荷監(jiān)測，具體為一種基于時域分析的多階段負荷事件檢測方法及系統(tǒng)。
技術介紹
1、提升電力部門對電能消費側用電行為的感知能力，可為節(jié)能減排政策的制定提供數(shù)據(jù)支持，然而，隨著越來越多具有復雜工作原理、負荷特性各異的電器正在用戶場景內(nèi)廣泛普及，如何準確檢測并感知電器運行模式，已成為智能電網(wǎng)領域研究的重點。
2、由麻省理工大學hart團隊提出的非侵入式負荷監(jiān)測(non-intrusive?loadmonitoring，nilm)技術僅需在用戶供電入口處安裝一臺帶有通信功能的傳感器，通過對總量用電數(shù)據(jù)的分析便可獲取用戶內(nèi)部每個(主要)電器的用電信息，nilm根據(jù)其工作是否依賴于負荷事件檢測，可分為基于事件的nilm和不基于事件的nilm兩種，其中前者因其具有的計算效率高、易實現(xiàn)全面無監(jiān)督化等明顯優(yōu)勢，已經(jīng)成為主流的工程解決方案。
3、負荷事件檢測是基于事件的nilm方法的關鍵步驟，能否準確檢測具有不同幅值、時間尺度和復雜功率信號波形的負荷事件的完整暫態(tài)過程直接決定著nilm最終效果，然而，現(xiàn)有研究提出的方法大多原理單一，且具有固定的參數(shù)設置，往往無法有效應對來自不同電器負荷事件的完整暫態(tài)過程的檢測任務，此外，廣泛存在的背景噪聲同樣為檢測效果帶來了負面影響。
技術實現(xiàn)思路
1、鑒于上述存在的問題，提出了本專利技術。
2、因此，本專利技術解決的技術問題是：現(xiàn)有的負荷事件檢測方法存在對背景噪聲敏感，缺乏自適應閾值設置，穩(wěn)態(tài)時段識別困難，
3、為解決上述技術問題，本專利技術提供如下技術方案：一種基于時域分析的多階段負荷事件檢測方法，包括為每個采樣點計算自適應閾值，通過滑窗掃描總量功率序列，確定負荷事件位置；將檢測到負荷事件的滑窗位置作為起點，確定負荷事件暫態(tài)過程的搜索區(qū)間；在搜索區(qū)間中，基于變點檢測原理檢測負荷事件的完整暫態(tài)過程。
4、作為本專利技術所述的基于時域分析的多階段負荷事件檢測方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述為每個采樣點計算自適應閾值包括對于每個采樣點，通過比例系數(shù)與功率數(shù)據(jù)間的關系，對一組特定時間內(nèi)的功率數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析確定動態(tài)閾值，通過量化數(shù)據(jù)的波動性，提取數(shù)據(jù)的變化趨勢，并結合預設系數(shù)，形成動態(tài)可調(diào)節(jié)的基準值，隨時間和功率數(shù)據(jù)的變化而調(diào)整，通過長度為l的滑窗掃描總量有功功率序列，計算滑窗中間時間點處的自適應功率閾值表示為：
5、
6、其中，為自適應功率閾值，p(it)為第i個滑窗內(nèi)的總量功率采樣點，σ()為標準差計算，α為用于計算自適應閾值設定的比例系數(shù)，對自適應功率閾值中的元素設定上限pth,max和下限pth,min，得到自適應閾值序列。
7、作為本專利技術所述的基于時域分析的多階段負荷事件檢測方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述確定負荷事件位置包括在功率數(shù)據(jù)的時間序列中，極值差反映功率數(shù)據(jù)在一定時間段內(nèi)的波動幅度，通過比較波動幅度與設定的最大閾值，判斷時間段內(nèi)是否存在異常的功率變化，即負荷事件，對連續(xù)時間點的功率數(shù)據(jù)進行分析，尋找數(shù)據(jù)中最顯著的變化幅度，當變化幅度超出預設最大容許范圍時，表示在這個時間段內(nèi)存在異常的負荷行為，通過長度為ws的滑窗再次掃描總量有功序列，判斷是否有負荷事件，表示為：
8、range(p(ti))>max(pth(ti))
9、其中，range()為極差計算操作，如果第i個滑窗內(nèi)的總量功率采樣點滿足判斷式，則窗口內(nèi)有負荷事件出現(xiàn)。
10、作為本專利技術所述的基于時域分析的多階段負荷事件檢測方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述確定負荷事件暫態(tài)過程的搜索區(qū)間包括通過分析功率數(shù)據(jù)在特定時間窗口內(nèi)的變化趨勢，提取一條代表數(shù)據(jù)在時間段內(nèi)變化的直線趨勢線，趨勢線的斜率反映功率數(shù)據(jù)在時間段內(nèi)的變化速率，結合時間窗口內(nèi)每個時間點的功率數(shù)據(jù)偏離平均值的程度和時間偏離平均值的影響，量化功率數(shù)據(jù)的變化趨勢，與特定閾值進行比較，判斷當前時間窗口是否處于穩(wěn)定的狀態(tài)，如果功率數(shù)據(jù)的變化趨勢達到或超過設定值，則在時間窗口內(nèi)，功率數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)生變化，表示負荷事件已經(jīng)發(fā)生，從確定出現(xiàn)負荷事件的窗口的兩端出發(fā)，分別以長度為wl和wr的滑窗向前、向后滑動掃描總量有功功率序列，表示為：
11、
12、
13、其中，kth1和kth2分別為判定滑窗wl和wr滑動停止的閾值，和分別為滑窗wl和wr中時間戳的平均值，和為兩個滑窗內(nèi)總量有功功率采樣樣本的平均值，當滿足判斷式時，滑窗wl和wr停止滑動，將中間區(qū)域定為負荷事件暫態(tài)過程的搜索區(qū)間。
14、作為本專利技術所述的基于時域分析的多階段負荷事件檢測方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述基于變點檢測原理檢測負荷事件的完整暫態(tài)過程包括判斷負荷事件的類型，功率數(shù)據(jù)在兩個不同時間段內(nèi)的平均值進行計算，分別為負荷事件發(fā)生前后的兩個穩(wěn)定狀態(tài)，通過比較兩個平均值的大小，判斷負荷事件為開啟或關閉狀態(tài)，當事件前的功率平均值低于事件后的功率平均值時，負荷由較低功率狀態(tài)轉變?yōu)檩^高功率狀態(tài)，表示負荷的開啟，如果事件后的功率平均值低于事件前的平均值，則表示負荷的關閉狀態(tài)，根據(jù)滑窗wl和wr分別所處穩(wěn)態(tài)時段的總量有功功率信號，確定負荷事件的類型，表示為：
15、
16、其中，type為負荷事件的類型。
17、作為本專利技術所述的基于時域分析的多階段負荷事件檢測方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述基于變點檢測原理檢測負荷事件的完整暫態(tài)過程還包括根據(jù)變點檢測原理確定負荷事件暫態(tài)過程的起點，通過比較當前時間點與之后時間點的功率變化，結合預設范圍值，判斷是否出現(xiàn)功率變化，當負荷事件被判定為開啟狀態(tài)時，如果當前時刻的功率值較后一時刻增加，同時前一時刻的功率變化小，確定負荷事件的起始點，當負荷事件被判定為關閉狀態(tài)時，如果當前時刻的功率值較后一時刻減少，且前一時刻的功率變化也小，則表示負荷事件的終止，表示為：
18、
19、其中，{ptran}為搜索區(qū)間的總量有功功率序列，滿足判斷式為采樣點定為負荷事件暫態(tài)過程的起點tstart。
20、作為本專利技術所述的基于時域分析的多階段負荷事件檢測方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述基于變點檢測原理檢測負荷事件的完整暫態(tài)過程還包括根據(jù)變點檢測原理確定負荷事件暫態(tài)過程的終點，在特定時刻，當前功率值與參考值間的差異不超過預設范圍，同時當前功率值與前一時刻的功率變化幅度在預設范圍內(nèi)，參考值代表功率數(shù)據(jù)在暫態(tài)過程中的穩(wěn)定狀態(tài)，表示為：
21、|u2(t)-p(t)|<λ*range({ptran}&|p(t)-p(t-1)|<γ*range({ptran}
22、其中，λ和γ為起止時間點檢測的比例系數(shù)。
23、本專利技術的另外一個目的是提供一種基于時域分析的多階段負荷事件檢測系統(tǒng)，其能通過搜索區(qū)間模塊確定負荷事件暫態(tài)過程的搜索區(qū)間，解決了目前無法準確識別負荷事件的暫態(tài)過程的問題。...
【技術保護點】
1.一種基于時域分析的多階段負荷事件檢測方法，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的基于時域分析的多階段負荷事件檢測方法，其特征在于：所述為每個采樣點計算自適應閾值包括對于每個采樣點，通過比例系數(shù)與功率數(shù)據(jù)間的關系，對一組特定時間內(nèi)的功率數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析確定動態(tài)閾值，通過量化數(shù)據(jù)的波動性，提取數(shù)據(jù)的變化趨勢，并結合預設系數(shù)，形成動態(tài)可調(diào)節(jié)的基準值，隨時間和功率數(shù)據(jù)的變化而調(diào)整，通過長度為L的滑窗掃描總量有功功率序列，計算滑窗中間時間點處的自適應功率閾值表示為：
3.如權利要求2所述的基于時域分析的多階段負荷事件檢測方法，其特征在于：所述確定負荷事件位置包括在功率數(shù)據(jù)的時間序列中，極值差反映功率數(shù)據(jù)在一定時間段內(nèi)的波動幅度，通過比較波動幅度與設定的最大閾值，判斷時間段內(nèi)是否存在異常的功率變化，即負荷事件，對連續(xù)時間點的功率數(shù)據(jù)進行分析，尋找數(shù)據(jù)中最顯著的變化幅度，當變化幅度超出預設最大容許范圍時，表示在這個時間段內(nèi)存在異常的負荷行為，通過長度為ws的滑窗再次掃描總量有功序列，判斷是否有負荷事件，表示為：
4.如權利要求3所述的基于時域分析的多
5.如權利要求4所述的基于時域分析的多階段負荷事件檢測方法，其特征在于：所述基于變點檢測原理檢測負荷事件的完整暫態(tài)過程包括判斷負荷事件的類型，功率數(shù)據(jù)在兩個不同時間段內(nèi)的平均值進行計算，分別為負荷事件發(fā)生前后的兩個穩(wěn)定狀態(tài)，通過比較兩個平均值的大小，判斷負荷事件為開啟或關閉狀態(tài)，當事件前的功率平均值低于事件后的功率平均值時，負荷由較低功率狀態(tài)轉變?yōu)檩^高功率狀態(tài)，表示負荷的開啟，如果事件后的功率平均值低于事件前的平均值，則表示負荷的關閉狀態(tài)，根據(jù)滑窗wl和wr分別所處穩(wěn)態(tài)時段的總量有功功率信號，確定負荷事件的類型，表示為：
6.如權利要求5所述的基于時域分析的多階段負荷事件檢測方法，其特征在于：所述基于變點檢測原理檢測負荷事件的完整暫態(tài)過程還包括根據(jù)變點檢測原理確定負荷事件暫態(tài)過程的起點，通過比較當前時間點與之后時間點的功率變化，結合預設范圍值，判斷是否出現(xiàn)功率變化，當負荷事件被判定為開啟狀態(tài)時，如果當前時刻的功率值較后一時刻增加，同時前一時刻的功率變化小，確定負荷事件的起始點，當負荷事件被判定為關閉狀態(tài)時，如果當前時刻的功率值較后一時刻減少，且前一時刻的功率變化也小，則表示負荷事件的終止，表示為：
7.如權利要求6所述的基于時域分析的多階段負荷事件檢測方法，其特征在于：所述基于變點檢測原理檢測負荷事件的完整暫態(tài)過程還包括根據(jù)變點檢測原理確定負荷事件暫態(tài)過程的終點，在特定時刻，當前功率值與參考值間的差異不超過預設范圍，同時當前功率值與前一時刻的功率變化幅度在預設范圍內(nèi)，參考值代表功率數(shù)據(jù)在暫態(tài)過程中的穩(wěn)定狀態(tài)，表示為：
8.一種采用如權利要求1～7任一所述的基于時域分析的多階段負荷事件檢測方法的系統(tǒng)，其特征在于：包括事件確定模塊、搜索區(qū)間模塊、過程檢測模塊；
9.一種計算機設備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)權利要求1至7中任一項所述的基于時域分析的多階段負荷事件檢測方法的步驟。
10.一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)權利要求1至7中任一項所述的基于時域分析的多階段負荷事件檢測方法的步驟。
...【技術特征摘要】
1.一種基于時域分析的多階段負荷事件檢測方法，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的基于時域分析的多階段負荷事件檢測方法，其特征在于：所述為每個采樣點計算自適應閾值包括對于每個采樣點，通過比例系數(shù)與功率數(shù)據(jù)間的關系，對一組特定時間內(nèi)的功率數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析確定動態(tài)閾值，通過量化數(shù)據(jù)的波動性，提取數(shù)據(jù)的變化趨勢，并結合預設系數(shù)，形成動態(tài)可調(diào)節(jié)的基準值，隨時間和功率數(shù)據(jù)的變化而調(diào)整，通過長度為l的滑窗掃描總量有功功率序列，計算滑窗中間時間點處的自適應功率閾值表示為：
3.如權利要求2所述的基于時域分析的多階段負荷事件檢測方法，其特征在于：所述確定負荷事件位置包括在功率數(shù)據(jù)的時間序列中，極值差反映功率數(shù)據(jù)在一定時間段內(nèi)的波動幅度，通過比較波動幅度與設定的最大閾值，判斷時間段內(nèi)是否存在異常的功率變化，即負荷事件，對連續(xù)時間點的功率數(shù)據(jù)進行分析，尋找數(shù)據(jù)中最顯著的變化幅度，當變化幅度超出預設最大容許范圍時，表示在這個時間段內(nèi)存在異常的負荷行為，通過長度為ws的滑窗再次掃描總量有功序列，判斷是否有負荷事件，表示為：
4.如權利要求3所述的基于時域分析的多階段負荷事件檢測方法，其特征在于：所述確定負荷事件暫態(tài)過程的搜索區(qū)間包括通過分析功率數(shù)據(jù)在特定時間窗口內(nèi)的變化趨勢，提取一條代表數(shù)據(jù)在時間段內(nèi)變化的直線趨勢線，趨勢線的斜率反映功率數(shù)據(jù)在時間段內(nèi)的變化速率，結合時間窗口內(nèi)每個時間點的功率數(shù)據(jù)偏離平均值的程度和時間偏離平均值的影響，量化功率數(shù)據(jù)的變化趨勢，與特定閾值進行比較，判斷當前時間窗口是否處于穩(wěn)定的狀態(tài)，如果功率數(shù)據(jù)的變化趨勢達到或超過設定值，則在時間窗口內(nèi)，功率數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)生變化，表示負荷事件已經(jīng)發(fā)生，從確定出現(xiàn)負荷事件的窗口的兩端出發(fā)，分別以長度為wl和wr的滑窗向前、向后滑動掃描總量有功功率序列，表示為：
5.如權利要求4所述的基于時域分析的多階段負荷事件檢測方法，其特征在于：所述基于變點檢測原理檢測負荷事件的完整暫態(tài)過程包括判斷負荷事件的類型，功率數(shù)據(jù)在兩個不同時...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：張俊瑋，談竹奎，張睿祺，胡博偉，賈瑞瑤，任彥如，王冕，申彧，高勇，楊迪，汪明媚，曾鵬，唐賽秋，劉斌，王揚，鄭友卓，古庭赟，牛唯，張博，孟令雯，張后誼，陳裕周，
申請(專利權)人：貴州電網(wǎng)有限責任公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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