[发明专利]一种基于有限状态机的非侵入式住宅用电负荷分解方法

说明书

本发明公开了一种基于有限状态机的非侵入式住宅用电负荷分解方法，其特征是利用智能电表采集住宅中共计N个用电负荷在t时刻的有功总功率为P_总(t)，分别建立N个用电负荷的有限状态机模型，根据有功总功率P_总(t)和N个用电负荷的有限状态机模型，利用优化算法分解得到用电负荷l在t时刻处于状态χ的有功功率，进而通过计算分别获得时长T内各用电负荷的消耗能量。本发明利用负荷数据对住宅用电负荷建模进而实现住宅用电负荷的分解，有效提高了现有NILM分解技术的适用性以及非侵入式住宅用电负荷分解的精度与稳定性。

技术领域

本发明涉及应用于住宅中用电负荷的建模与分解方法，更具体地说是一种非侵入式住宅用电负荷建模与分解方法。

背景技术

随着住宅中智能电表的逐步普及，使用非侵入式负荷监测(NILM)系统实现住宅用电负荷分解的方法开始广受关注。相较于侵入式住宅用电负荷分解方法，非侵入式住宅用电负荷分解方法不会中断负荷供电，易于被用户接受，不需要安装大量的检测设备，节省了购买、安装和维护这些硬件设备所需的投资和时间，因此成为近年来的研究重点。

虽然目前对非侵入式住宅用电负荷分解方法已进行了大量的研究，但是尚未提出一种可推广的NILM解决方案。其原因是在现有所提出的非侵入式住宅用电负荷分解方法中，对住宅用电负荷建模时通常作出如下假设：(a)假定住宅用电负荷为双状态机，即仅表现出接通和断开两种状态；(b)假设在同一时刻仅有一种住宅用电负荷发生状态转换；(c)假设住宅用电负荷的每一次状态转换对应的功率变化值均相同。这些假设与实际中绝大多数住宅用电负荷所表现出的更加复杂的行为不符。因此，为提出一种可推广的NILM解决方案，需要建立一种更为精确的住宅用电负荷模型。HMM模型和HMM变体模型是目前比较常用的住宅用电负荷模型，但在建模过程中，其均需依赖手动设置住宅用电负荷的先验分布参数，这在许多实际情况下是不可行。

发明内容

本发明针对现有技术中的缺陷，提供了一种基于有限状态机的非侵入式住宅用电负荷分解方法，利用住宅用电负荷的运行数据自动学习生成住宅用电负荷的有限状态机模型，进而实现住宅用电负荷分解，以提高现有NILM分解技术的适用性以及非侵入式住宅用电负荷分解的精度与稳定性。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明基于有限状态机的非侵入式住宅用电负荷分解方法的特点是：

利用智能电表采集住宅中用电负荷1、用电负荷2、……、和用电负荷N，记为用电负荷l，l＝1,2,…,N，共N个用电负荷在t时刻的有功总功率为P_总(t)，分别建立所述N个用电负荷的有限状态机模型，根据所述有功总功率P_总(t)和所述N个用电负荷的有限状态机模型，利用优化算法分解得到所述用电负荷l在t时刻处于状态χ的有功功率P_lχ(t)，进而通过计算分别获得时长T内所述用电负荷1、用电负荷2、……、和用电负荷N的消耗能量。

本发明基于有限状态机的非侵入式住宅用电负荷分解方法的特点也在于：所述用电负荷l的有限状态机模型是按如下步骤建立：

步骤1：通过采样分别获得用电负荷l在t_i时刻的消耗功率P_i，以及用电负荷l在t_i+1时刻的消耗功率P_i+1，则，用电负荷l的消耗功率变化值ΔP_i为：ΔP_i＝P_i+1-P_i，构造集合A₁为：

A₁＝{ΔP_i}，i＝1,2,…,n,n∈N₊；