[发明专利]基于非侵入式负荷监测的大型楼宇异常负荷控制方法

权利要求书

1.一种基于非侵入式负荷监测的大型楼宇异常负荷控制方法，大型楼宇异常负荷控制方法通过大型楼宇异常负荷控制方法使用系统实现，所述使用系统由大型楼宇供电系统、电信号测量装置、分线器、各类待测用电器和负荷分解模块组成，大型楼宇供电系统通过第一断路器连接电信号测量装置，电信号测量装置连接负荷分解模块，电信号测量装置连接分线器，分线器通过不同断路器分别连接各类待测用电器，大楼楼宇供电系统用于楼宇内各待测用电器的供电；各待测用电器的断路器用于分别控制负荷的切入和投出动作；电信号测量装置用于采集大型楼宇总线处的电压、电流电信号数据；待测用电器可选择多种不同种类的大楼所需用电器，用于特征集建立以及后续测试；

其特征在于具体步骤如下：

(1)建立特征集，将单一用电器投入所述使用系统中，使用电信号测量装置，测量该单一用电器稳定运行时的第一电压数据u(t)、第一电流数据i(t)，对一个周期的用电器数据进行傅里叶变换，取基波电压相位为0作为基准点，提取第一电压数据和第一电流数据内一个周期的第二电压数据u_T(t)、第二电流数据i_T(t)，依据u_T(t)，i_T(t)，做出V-I轨迹，并提取高次谐波以及启动造成的超调倍数，将二值化的V-I轨迹、高次谐波、超调倍数作为该用电器的特征集；

超调倍数是在有功功率的基础上产生新的特征，超调倍数为有功功率尖峰最大值P_m与器具稳态有功功率P₀的比值，具体见式(1)；

σ_P＝P_m/P₀ (1)

对不同种用电器重复步骤(1)，可分别得到不同用电器特征集；

(2)多种用电器混叠投入测试，在一段时间t内，将多种用电器切入或投出，通过电信号测量装置得到t秒内的电压数据序列U(i)，电流数据序列I(i)，计算有功功率，根据有功功率的定义表达式，公式(2)为离散数据下的有功功率计算方法；

P为该周期内的有功功率，T为周期，U(i)、I(i)为该周期的电压和电流瞬时采样离散值，Fs为采样频率；

(3)变点检测与特征提取，基于t时间段内的有功功率，采用基于小波分解的变点检测法，确定有功功率P变化的时间点，即用电器投入时间点t_m；

所述小波分解的变点检测法具体为：通过多层小波变换，可以将一段信号X(n)分解为一系列的小波函数h(n)和尺度函数g(n)，小波函数为细节系数，用于描述信号的高频时频域特征，尺度函数为近似系数，用于描述信号得低频轮廓特征；小波分解应用于信号压缩和滤波，通过多层小波分解，显著缩短信号长度，有利于后续处理；同时，小波分解得到的近似系数既保留了各电器开启引起的主要的瞬时突变，又抑制了电器稳定运行时次要的波动；

对近似系数进行标准差分析，当某个点的标准差偏离倍数的绝对值越大，说明其在正态分布中占比越小，则该点能出现在稳定时刻的概率就越小；当有功功率的标准差偏离到了三倍以上时，则可以认为该点处于变点中，是事件发生的点，称为变点；标准差计算：按有功功率序列顺序对每一个功率点求其标准差，在计算标准差之前，需要对该点前的若干个点计算均值，方法与双边CUSUM中的均值计算窗口一致；标准差的计算公式如(3)所示；

其中：zscore_(i，N)为第i个数据对于前N个点的标准差偏离倍数，计算方法为第i个点的功率P_i与均值计算窗口内N个点的平均功率值P_AVG(i，N)之差，除以均值计算窗口的标准差σ_(i，N)；

完成变点检测后，提取时间区间分别为[t_m，t_m+1]以及[t_m-1，t_m]内的一个周期的电流电压信号，分别为变点前的一个周期内电压为U_off，变点前的一个周期内电流为I_off，变点后的一个周期内电压为U_on，变点后的一个周期内的电流为I_on，定义作V-I轨迹的横坐标纵坐标I_m＝I_on-I_off，以U_m、I_m作出该未知负荷的V-I轨迹作为轨迹特征，并且对U_m、I_m进行傅里叶变换，提取谐波幅值、无功功率等作为幅值特征；

(4)负荷识别和异常负荷判断，将步骤(3)中的轨迹特征以及幅值特征分别与已知电器特征集中的电气特征计算综合相似度，采用改进型KNN算法，分别求出待测符合与各类已知负荷特征集的综合相似度，若综合相似度最大值的标准差在所有综合相速度中，达到了3以上，则取相似度最大的作为未知负荷的判别结果，若综合相似度最大值的标准差小于等于3，则发出预警，关闭异常负荷。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中的变点检测方法具体如下：

(1)小波分解：将一段信号X(n)分解为一系列的小波函数h(n)和尺度函数g(n)，小波函数又可称为细节系数，用于描述信号的高频时频域特征，尺度函数又可称为近似系数，用于描述信号得低频轮廓特征；

(2)标准差计算：按有功功率序列顺序对每一个功率点求其标准差，在计算标准差之前，需要对该点前的若干个点计算均值，方法与普通的均值计算窗口一致；标准差的计算公式如(3)所示；

其中：zscore_(i，N)为第i个数据对于前N个点的标准差偏离倍数，计算方法为第i个点的功率P_i与均值计算窗口内N个点的平均功率值P_AVG(i，N)之差，除以均值计算窗口的标准差σ_(i，N)；

(3)检测事件点：当没有事件点存在时，zscore_(i，N)的绝对值会在3以内反复波动；当出现连续delay个点的标准差偏离倍数zscore_(i，N)大于3时，则可以认为存在上升沿，当出现连续delay个点的标准差偏离倍数zscore_(i，N)小于-3时，则可以认为存在下降沿；

(4)寻找事件点的起始点：记存在连续delay个点的标准差偏离倍数zscore_(i，N)绝对值大于3的点为P(s)，为了寻找真实的事件起始点，从P(s)开始向前寻找第一次zscore_(i，N)的值正负改变的点，记为P_start，该点为真实的事件起始点。