[发明专利]一种家庭用电状况监测识别系统及其监测识别方法

权利要求书

1.一种家庭用电状况监测识别系统，其特征在于，所述用电状况监测识别系统包括电信号采集单元、环境信号采集单元、滤波单元、A/D转换单元、控制处理单元、存储单元、显示单元、按键输入单元、通信单元、报警单元和进线开关，所述电信号采集单元与所述滤波单元、所述A/D转换单元、所述控制处理单元顺序连接，所述控制处理单元还分别与所述环境信号采集单元、所述A/D转换单元、所述控制处理单元、所述存储单元、所述显示单元、所述按键输入单元、所述通信单元、所述报警单元、所述进线开关连接；根据采集的电信号和环境信号对用电状况进行监测，通过所述家庭电网电流谐波系数进行负荷匹配，在发生异常时能够及时发出报警，并智能断开所述进线开关，确保家庭用电的安全；

所述控制处理单元采用锁相环计算所述家庭电网频率，包括鉴相器软件、低通滤波器软件、压控振荡器软件，所述鉴相器软件与所述低通滤波器软件、所述压控振荡器软件顺序计算，所述鉴相器软件输入所述滤波单元输出信号和所述压控振荡器输出信号，所述压控振荡器输出信号，当所述压控振荡器输出信号与所述滤波单元输出信号相位同步时，所述压控振荡器输出信号频率为所述家庭电网频率信号；

所述家庭用电状况监测识别系统的监测识别方法包括如下步骤：

步骤(1)：所述电信号采集单元采集电流信号和电压信号；所述环境信号采集单元采集现场环境的温度、湿度、噪声和空气质量信号，输入所述控制处理单元；

步骤(2)：所述电流信号在经过电流/电压转换电路转换为电压信号；

步骤(3)：所述电信号采集单元输出信号经过所述滤波单元滤除高频噪声和干扰，输出符合所述A/D转换单元要求的电压信号，分别输入所述A/D转换单元和所述控制处理单元；

步骤(4)：经过所述A/D转换单元进行A/D转换，并输入所述控制处理单元；

步骤(5)：将电流信号、温度信号、湿度信号、噪声信号、PM2.5值与预先设定的报警值进行比较，判断是否正常：若在所述报警值范围内，不发出报警；若不在所述报警值范围内，通过所述报警单元发出报警，智能断开所述进线开关；

步骤(6)：经过所述鉴相器软件计算出输入所述控制处理单元的信号频率与所述压控振荡器软件输出信号频率差值，所述压控振荡器软件输出信号频率初始值为零；

步骤(7)：经过所述低通滤波器软件滤除高频分量，得到一个调整所述压控振荡器软件频率的电压；

步骤(8)：控制所述压控振荡器软件输出频率信号向输入所述控制处理单元的信号频率靠拢，直到频率相同为止，此时相位同步，环路被锁定，得到所述家庭电网频率信号；

步骤(9)：对电压和电流进行整周期同步采样，得到周期为T的有限长离散时间序列u(t)和i(t)，并进行傅里叶变换得到U₀为基波电压，I₀为基波电流，U_k为谐波电压，I_k为谐波电流，ω为基波频率，为基波电压相位，基波电流相位，n为基波倍数，n＝0,1,2…；

步骤(10)：计算得到所述家庭电网有功功率功率因数

步骤(11)：计算得到所述家庭电网电流谐波系数

步骤(12)：将所述电流谐波系数与特征库进行匹配，确定负载的类型；

步骤(13)：通过所述存储单元和所述显示单元对监测结果进行存储显示；

步骤(14)：通过所述通信单元将监测结果上传至家庭成员手机和监控中心。

2.根据权利要求1所述的一种家庭用电状况监测识别系统，其特征在于，所述电信号采集单元包括电压互感器、电流互感器和电流/电压转换电路，所述电压互感器采集电压信号，所述电流互感器采集电流信号，所述电流信号在经过所述电流/电压转换电路转换为电压信号；所述环境信号采集单元包括温度传感器、湿度传感器、噪声传感器和PM2.5传感器，分别采集现场环境的温度、湿度、噪声和空气质量。

3.根据权利要求2所述的一种家庭用电状况监测识别系统，其特征在于，所述滤波单元采用四阶抗混叠滤波器滤除高频噪声和干扰，输出符合所述A/D转换单元要求的电压信号。