CN103155352A - 工作状态确定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种工作状态确定装置（1），工作状态确定装置（1）用于确定所确定的电气网络（2）的电参数中的变化是否由电气网络的耗电器的工作状态变化引起。电气网络包括多个耗电器（3，4，5）和电压源（6），其中，变化分类单元（10）根据决策变量来确定所确定的电气网络的电参数中的变化是否由网络的耗电器的工作状态变化引起，决策变量取决于测出的电压中的变化和测出的电流中的变化。可以在不直接使用所确定的电气网络的电参数中的变化的情况下进行这种确定，因此，这种确定受电气网络中的随机电压波动的影响不大。

Description

工作状态确定装置
技术领域
本发明涉及用于确定所确定的电气网络的电参数中的变化是否由电气网络的耗电器的工作状态变化引起的工作状态确定装置、工作状态确定方法和工作状态确定计算机程序。本发明还涉及用于识别电气网络中工作状态已转变的耗电器的分解装置、分解方法和分解计算机程序。
背景技术
H．Pihala的论文“Non-intrusive appliance load monitoring system based on a modern kWh-meter”VTT publications,Espoo,1998，公开了一种用于确定电气网络的耗电器的工作状态转变的分解装置。该分解装置允许通过监视标准化（normalized）电气网络复功率来检测耗电器的工作状态转变并确定工作状态已转变的耗电器。然而，对工作状态转变的检测可能会受到电气网络中随机电压波动的干扰。例如，大压降将大大地影响复功率的读取，从而不利地影响对电气网络的耗电器的工作状态转变的检测。
发明内容
本发明的目的在于，提供用于确定所确定的电气网络的电参数中的变化是由电气网络的耗电器的工作状态变化引起而非由例如电气网络中的随机电压波动引起的工作状态确定装置、工作状态确定方法和工作状态确定计算机程序，其中，可以提高这种确定的可靠性。本发明的另一目的在于，提供用于识别电气网络中工作状态已转变的耗电器的分解装置、分解方法和分解计算机程序。
在本发明的第一方面中，介绍了一种用于确定所确定的电气网络的电参数中的变化是否由电气网络的耗电器的工作状态变化引起的工作状态确定装置，其中电气网络包括多个耗电器和电压源，其中，工作状态确定装置包括：
-电压表，用于测量电气网络的电压，
-电流表，用于测量电气网络的电流，
-决策变量确定单元，用于根据所测出的电压中的变化与所测出的电流中的变化来确定决策变量，其中，决策变量指示所确定的电气网络的电参数中的变化是否由耗电器的工作状态变化引起，
-变化分类单元，用于根据所确定的决策变量来确定所确定的电气网络的电参数中的变化是否由该网络的耗电器的工作状态变化引起。
因为取决于所测出的电压中的变化和所测出的电流中的变化的决策变量被用于确定所确定的电气网络的电参数中的变化是否由网络的耗电器的工作状态变化引起，所以可以在不直接使用所确定的电气网络的电参数中的变化的情况下进行这种确定。因此，可以减少网络中的随机电压波动（其一般影响所确定的电参数中的变化）对所确定的电气网络电参数中的变化是否由电气网络的耗电器的工作状态变化引起的这种确定的影响，从而提高了这种确定的可靠性。
优选地，工作状态确定装置适于在电气网络中的单个位置处测量电气网络中的电压和电流。
如果，例如，耗电器被接通或关断，则耗电器的工作状态改变。
优选的是，决策变量确定单元适于，根据电压变化与电流变化之比来确定决策变量。还优选的是，变化分类单元适于，通过将所述比与预定义阈值相比较来确定所确定的电气网络的电参数中的变化是由耗电器的工作状态变化引起的。在实施例中，所述阈值可以是0。优选的是，所述阈值是预定义的，使得比所述阈值小的比表明所确定的电气网络的电参数中的转变是由耗电器的工作状态变化引起的，其中，变化分类单元适于，在所述比小于所述阈值的情况下确定所确定的电气网络的电参数中的变化是由耗电器的工作状态变化引起的。所确定的电气网络的电参数中的变化是否由耗电器的工作状态变化引起的基于比率和阈值的这种确定允许通过仅仅计算两个测出的参数的比以及将这个比与阈值相比较，来以十分简单的方式执行这种确定。
还优选的是，变化分类单元适于，根据所确定的决策变量和所确定的电参数中的变化的大小来确定所确定的电气网络的电参数中的变化是由网络的耗电器的工作状态变化引起的。具体地，变化分类单元适于，根据所确定的决策变量和根据所确定的电参数中的变化的大小是否大于预定义阈值来确定所确定的电气网络的电参数中的变化是由网络的耗电器的工作状态变化引起的。预定义阈值可以由校准测量法确定，在校准测量法中，在监视所确定的电参数中的变化时，网络的耗电器的工作状态是否已改变是已知的。因为不仅决策变量，而且所确定的电参数中的变化的大小可以用于确定所确定的电气网络的电参数中的变化是否由网络的耗电器的工作状态变化引起，所以可以进一步提高这种确定的可靠性。
优选的是，工作状态确定装置包括电参数确定单元，电参数确定单元用于根据测出的电压和测出的电流中的至少一个来确定电参数。电参数还可以是测出的电压和测出的电流。优选地，电参数确定单元适于将电气网络所消耗的功率确定为电参数。具体地，电参数确定单元适于将电气网络所消耗的标准化复功率确定为电参数。
还优选的是，工作状态确定装置包括变化确定单元，变化确定单元用于确定所确定的电参数中是否存在变化。例如，变化确定单元可以适于，在变化的大小大于预定义阈值的情况下，确定所确定的电参数有变化，其中，决策变量确定单元和变化分类单元被调整使得它们在变化确定单元已经确定所确定的电参数有变化时执行各自的确定过程。
在本发明的另一方面中，介绍了一种用于识别电气网络中工作状态已转变的耗电器的分解装置，其中电气网络包括多个耗电器和电压源，其中分解装置包括：
-如权利要求1所述的工作状态确定装置，用于确定所确定的电气网络的电参数中的变化是否由电气网络的耗电器的工作状态变化引起，
-电参数确定单元，用于根据测出的电压和测出的电流中的至少一个来确定电参数，
-耗电器确定单元，用于在变化分类单元已经确定所确定的电参数中的变化是由网络的耗电器的工作状态变化引起的情况下，根据所确定的电参数中的变化来确定工作状态已改变的耗电器。因为耗电器确定单元在变化分类单元已经确定所确定的电参数中的变化是由网络的耗电器的工作状态变化引起的情况下根据所确定的电参数中的变化来确定工作状态已改变的耗电器，所以工作状态已改变的耗电器的确定实际上取决于所确定的由相应耗电器导致的电参数中的变化，而不是所确定的由例如电气网络中的随机电压波动导致的电参数中的变化。因此，可以改善电气网络内的耗电器的识别。
优选地，耗电器确定单元包括存储器，在存储器中，存储了所确定的电参数中的变化的特性，该特性指示电气网络的相应耗电器。通过将所确定的电参数变化与所存储的特性相比较，可以确定工作状态已转变的耗电器。
还优选的是，分解装置包括能耗确定单元，用于确定所确定的耗电器的能耗。
在本发明的再一方面中，介绍了一种用于确定所确定的电气网络的电参数中的变化是否由所述电气网络的耗电器的工作状态变化引起的工作状态确定方法，其中电气网络包括多个耗电器和电压源，其中，工作状态确定方法包括：
-测量电气网络的电压，
-测量电气网络的电流，
-根据测出的电压中的变化与测出的电流中的变化来确定决策变量，其中，决策变量指示所确定的所述电气网络的电参数中的变化是否由耗电器的工作状态变化引起，
-根据所确定的决策变量来确定所确定的电气网络的电参数中的变化是否由该网络的耗电器的工作状态变化引起。
在本发明的再一方面中，介绍了一种用于识别电气网络中工作状态已转变的耗电器的分解方法，其中电气网络包括多个耗电器和电压源，其中，分解方法包括：
-如权利要求1所述的用于确定所确定的电气网络的电参数中的变化是否由所述电气网络的耗电器的工作状态变化引起的方法，
-根据测出的电压和测出的电流中的至少一个来确定电参数，
-如果所确定的电参数中的变化是由该网络的耗电器的工作状态变化引起，则根据所确定的电参数中的变化来确定工作状态已改变的耗电器。
在本发明的再一方面中，介绍了一种用于确定所确定的电气网络的电参数中的变化是否由所述电气网络的耗电器的工作状态变化引起的工作状态确定计算机程序，工作状态确定计算机程序包括程序代码装置，程序代码装置用于当工作状态确定计算机程序运行在控制如权利要求1所述的工作状态确定装置的计算机上时使得所述工作状态确定装置执行如权利要求11所述的方法的步骤。
在本发明的再一方面中，介绍了一种用于识别电气网络中工作状态已转变的耗电器的分解计算机程序，其中电气网络包括多个耗电器和电压源，分解计算机程序包括程序代码装置，程序代码装置用于当分解计算机程序运行在控制如权利要求9所述的分解装置的计算机上时使得所述分解装置执行如权利要求12所述的分解方法的步骤。
应该理解，权利要求1的工作状态确定装置、权利要求9的分解装置、权利要求11的工作状态确定方法、权利要求12的分解方法、权利要求13的工作状态确定计算机程序和权利要求14的分解计算机程序具有如从属权利要求所述的相似和/或一致的优选实施例。
应该理解，本发明的优选实施例还可以是从属权利要求与相应独立权利要求的任何组合。
通过参照下述实施例，本发明的这些和其它的方面将显而易见并通过下述实施例得以阐明。
附图简要说明
在以下附图中：
图1示意性并示例性地示出分解装置的实施例，该分解装置包括工作状态确定装置并与包括若干耗电器的电气网络相连，
图2示例性地示出电气网络总功耗的时间演变线，
图3示出了示例性地说明工作状态确定方法的实施例的流程图，
图4示出了示例性地说明分解方法的实施例的流程图，
图5和6示例性地示出了在耗电器被接通和关断时电压、电流和标准化总功率随时间的改变，以及
图7和8示例性地示出了在电气网络中的电压波动时的电压、电流和标准化总功率。
具体实施方式
图1示意性并示例性地示出分解装置13，分解装置13用于识别电气网络2中工作状态已改变的耗电器。电气网络2包括多个耗电器3、4、5和电源6。分解装置13包括电压表7和电流表8，电压表7用于在电气网络的单个位置处测量电气网络中的电压，电流表8用于在电气网络的单个位置处测量电气网络中的电流，即分解装置13并不在电气网络2中耗电器3、4、5被连接的若干位置处测量相应耗电器3、4、5的电压和电流。
图1示意性并示例性地示出的电气网络可以是建筑物中的电力网络（electrical power network），例如，家中或办公场所中的电力网络。在图1中，电气网络被模型化，其中，模型电气网络包括根据                                               
Figure 764388DEST_PATH_IMAGE001
理论进行建模的理想电压发生器6和有效内部阻抗Z0。理想电压发生器6和有效内部阻抗Z0可以代表一个或若干个电压源、一个或若干个电流源和一个或若干个负载。优选地，图1是单相房间（single phase house）的等价电方案。
分解装置13包括工作状态确定装置1，工作状态确定装置1用于确定所确定的电气网络2的电参数中的变化是否由电气网络2的耗电器的工作状态变化引起。工作状态确定装置1包括电压表7、电流表8和电参数确定单元11，电参数确定单元11用于根据测出的电压和测出的电流中的至少一个来确定电参数。在该实施例中，电参数确定单元11适于将电气网络2所消耗的功率确定为电参数。具体地，电参数确定单元11适于将电气网络2所消耗的标准化复功率确定为电参数。
工作状态确定装置1还包括变化确定单元12，变化确定单元12用于确定在所确定的电参数中是否存在变化。在该实施例中，变化确定单元12适于确定电参数确定单元11所确定的功率是否存在变化。如果在所确定的电参数中存在变化，则必须确定电参数的这个变化是由电气网络2的耗电器的工作状态变化引起的，还是例如由电气网络2中的随机电压波动引起的。因此，工作状态确定装置1还包括决策变量确定单元9，决策变量确定单元9用于根据测出的电压中的变化和测出的电流中的变化来确定决策变量，其中，决策变量指示所确定的电气网络2的电参数中的变化（在该实施例中，即功率的变化）是否由耗电器的工作状态变化引起。在该实施例中，决策变量确定单元9适于根据电压变化与电流变化之比来确定决策变量。
工作状态确定装置1还包括变化分类单元10，变化分类单元10用于根据所确定的决策变量来确定所确定的电气网络2的电参数中的变化是否由网络的耗电器的工作状态变化引起。在该实施例中，变化分类单元10适于通过将所述比与预定义阈值相比较来确定所确定的电气网络2的电参数中的变化是否由耗电器的工作状态变化引起，其中，所述预定义阈值是预定义的，使得比所述阈值小的比率表示所确定的电气网络2的电参数转变是由耗电器的工作状态变化引起的，其中，变化分类单元10适于，如果所述比小于所述阈值，则确定所确定的电气网络2的电参数中的变化是由耗电器的工作状态变化引起的。所述阈值可以是0。具体地，变化分类单元10可以适于，如果所述比小于所述阈值并且所确定的电参数（在该实施例中，即功率）的变化的大小大于另一阈值，则确定所确定的电气网络的电参数中的变化是由网络的耗电器的工作状态变化引起的。可以通过校准测量法来确定这些阈值，在校准测量法中，在已知耗电器的工作状态是否被修改的同时确定电参数，即该实施例中的功率。
分解装置13还包括耗电器确定单元14，耗电器确定单元14用于在变化分类单元10已经确定所确定的电参数（即，该实施例中的功率）的变化是由电气网络2的耗电器的工作状态变化引起的情况下，根据所确定的电参数中的变化来确定工作状态已改变的耗电器。每个耗电器3、4、5都具有特有复功率，可以在耗电器确定单元14的存储器中存储所述特有复功率。优选地，耗电器确定单元14适于通过将电参数确定单元11所确定的功率与所存储的不同耗电器3、4、5的功率特性相比较来确定工作状态已转变的耗电器。这将在下文中参照图2进行描述，图2示例性地示出可由电参数确定单元11确定的总复功率的时间演变线。
图2示出了标准化复功率的实部
Figure 66056DEST_PATH_IMAGE002
，即有功功率，和虚部
Figure 613581DEST_PATH_IMAGE003
，即无功功率。在图2中，用虚线20表示有功功率，用实线21表示无功功率。在该例子中，额定功率为20W的紧凑型荧光灯（CFL）在邻近t=5处被接通，在t=20处被关断。这导致有功功率和无功功率在区域22中的转变。额定功率为40W的白炽灯在t=35处被接通，在t=45处被关断。这导致有功功率和无功功率在区域23中的转变。其它耗电器分别在邻近t=80处和t=100处被关断。这些其它的开关过程导致有功功率和无功功率在区域24、25、26中的其它转变。在区域26中，所有耗电器都被关断。在t=110处，额定功率为20W的CFL被再次接通，这导致有功功率和无功功率在区域27中的转变，这个转变类似于有功功率和无功功率在区域22中的转变。在t=140处，额定功率为5W的另一CFL被接通，这导致有源功率和无功功率在区域28中的另一转变。在邻近t=160处，额定功率为20W的第一CFL被关断，在邻近t=180处，额定功率为5W的第二CFL也被关断。这导致有功功率和无功功率在区域29和30中的其它变化。
在该实施例中，各个耗电器所特有的转变或跳变被存储在耗电器确定单元14中。通过将所存储的转变或跳变与实际确定的复功率的跳变或转变相比较，可以确定哪个耗电器被接通和关断，以及确定各个耗电器何时被接通和关断。例如，耗电器确定单元14可以适于，通过将实际的跳变或转变所定义的实部、虚部或整个复功率与所存储的对应值相比较来将耗电器指定给跳变或转变。耗电器确定单元可以适于，确定其复功率的实部、复功率的虚部和/或整个复功率最接近实际测出的转变或跳变的实际测出的复功率的实部、复功率的虚部和/或整个复功率的耗电器。耗电器确定单元还可以适于，使用更进步的技术来比较实际测出的复功率的跳变或转变与所存储的对应值。例如，耗电器确定单元可以适于，分别将实际测出的复功率的实部、复功率的虚部和/或整个复功率的时间演变线与可以存储在耗电器确定单元中的复功率的实部、复功率的虚部和/或整个复功率的时间演变线的特性相比较。
分解装置13还包括能耗确定单元15，能耗确定单元15用于确定所确定的耗电器的能耗。优选地，能耗确定单元15在各个耗电器都已被关断的情况下从耗电器确定单元14接收所确定的各个耗电器曾被接通和关断的时刻。能耗确定单元15基于接通时刻和关断时刻来确定功耗时间，或者如果各个耗电器还未都关断，则能耗确定单元15基于接通时刻和实际时刻来确定功耗时间，以及能耗确定单元15通过将实际功率的转变或跳变的幅度与所确定的功耗时间相乘来确定所消耗的能量。
分解装置13包括图1中有阴影的元件和电流传感器8，其中，分解装置13所包含的工作状态确定装置1包括电压表7、电流表8、决策变量确定单元9、变化分类单元10、电参数确定单元11和变化确定单元12。
在下文中，将参照图3中所示的流程图来示例性地描述工作状态确定方法的实施例，该工作状态确定方法用于确定所确定的电气网络的电参数中的变化是否由电气网络2的耗电器的工作状态变化引起。
在步骤101中，电压表7和电流表8测量电气网络2的电压和电流。在步骤102中，电参数确定单元11根据测出的电压和测出的电流中的至少一个来确定电参数。在该实施例中，电参数确定单元11将电气网络2所消耗的标准化复功率确定为电参数。在步骤103中，变化确定单元12确定在所确定的电参数（在该实施例中，即标准化复功率）中是否存在变化。如果变化确定单元12确定所确定的电参数中不存在变化，则在步骤104中，工作状态确定方法以实际测出的电压和电流作为结束。如果变化确定单元12已经确定，在所确定的电参数（在该实施例中，即标准化复功率）中存在变化，则工作状态确定方法继续至步骤105。
在步骤105中，决策变量确定单元9根据测出的电压中的变化和测出的电流中的变化来确定决策变量，其中，决策变量指示所确定的电气网络2的电参数中的变化是否由耗电器的工作状态变化引起。在该实施例中，决策变量确定单元9根据电压变化与电流变化之比来确定决策变量。在步骤106中，变化分类单元10根据所确定的决策变量来确定所确定的电气网络的电参数中的变化是否由电气网络2的耗电器的工作状态变化引起。在该实施例中，变化分类单元10通过将所述比与预定义阈值（可以是0）相比较来确定所确定的电气网络2的电参数中的变化是由耗电器的工作状态变化引起的。该阈值是预定义的，使得比该阈值小的比率表明，所确定的电气网络2的电参数转变是由耗电器的工作状态变化引起的。因此，如果所述比小于所述阈值，则变化分类单元10确定，所确定的电气网络2的电参数中的变化是由耗电器的工作状态变化引起的。如果确定所确定的电参数（在该实施例中，即标准化复功率）的变化是由耗电器的工作状态变化引起的，则在步骤108中，工作状态确定方法以当前测出的电压和电流作为结束。如果所述比大于所述预定义阈值，则变化分类单元10确定，所确定的电参数（在该实施例中，即标准化复功率）的变化不是由耗电器的工作状态变化引起的，并且在步骤107中，工作状态确定方法以当前测出的电压和电流作为结束。
优选地，重复测量电压和电流，重复确定标准化复功率，以及针对所确定的每个标准化复功率值执行步骤103至108，以持续监视电气网络。
在下文中，将参照图4中所示的流程图来示例性地描述分解方法，该分解方法用于识别电气网络中工作状态已转变的耗电器。
分解方法包括以上参照图3来描述的工作状态确定方法的步骤。在步骤108之后，在步骤109中，分解方法根据所确定的电参数的变化（在该实施例中，即标准化复功率中的变化）来确定（即识别）工作状态已改变的耗电器。在步骤110中，能耗确定单元15确定所确定的耗电器的能耗。
优选地，分解装置1适于进行非侵入式负载监视（nonintrusive load monitoring，NILM）。NILM是一种技术，其通过单点测量来推断多个设备（即，多个耗电器）的能耗。基本上，其着眼于所确定的电气网络的电参数，如总功耗或总能耗，并且每个单耗电器的贡献可以被辨别，以例如向用户提供能耗的细分（breakdown）。优选地，分解装置适于，易感受由接通或关断耗电器所导致的相应耗电器的工作状态转变。
所确定的电气网络的电参数中的变化，例如总能耗或总功耗的变化，可以认为是事件。分解装置和分解装置所包含的工作状态确定装置适于，确定事件是由设备状态的转变（即，一个或若干个耗电器的工作状态的转变）造成的，还是由例如电压波动导致的转变造成的。具体地，工作状态确定装置可以适于，使用标准化复功率的变化△S来检测相应事件。基本上，可以通过确定变化是否大于给定阈值来检测事件。工作状态确定装置和如此一来的分解装置判断决策变量，决策变量包括电压变化△V和电流变化△I，具体地，决策变量类似于比△V/△I。
如果比△V/△I大于零或另一阈值，例如50
Figure 700DEST_PATH_IMAGE004
，则确定电源电压有变化。如果比△V/△I小于零，则电源电压没有变化并且所观察到的标准化复功率的变化是由一个或多个设备（即，耗电器）的状态转变造成的。因此，工作状态确定装置还可以被认为，减少了现有事件检测算法的误报（false positive）。
智能计量和能量监视需求在房产业上正在创造一个快速增长的市场。今天，市场上的一些产品能够提供器件级的能量监视，以向消费者提供这些器件的能量使用的细分。然而，为此，这些产品典型地必须在使用点对消耗进行测量，然而如果将其扩大至包括整个本地电气网络（尤其是包括照明器件的情况下）在成本上变得非常高。与此相比，NILM要求在中枢电力入口位置（例如，仪表箱）处的单电流测量和单电压测量，以得到每个设备消耗了多少能量。
已知事件驱动分解方法的主要局限在于，整个系统性能对事件检测的依赖。如果错过了一个单事件，则错误倾向于在系统中扩散。本发明允许增加用于能量分解应用的事件检测的可靠性。
尽管在上述实施例中，所确定的电参数优选是所消耗的功率，具体地，标准化复功率，但是可以考虑电气网络的其它电参数的其它变化，比如能耗或电压的变化，其中，例如，如果基于决策变量与预定义阈值的比较结果，已经确定所消耗的能量和/或电压的变化是由耗电器的工作状态变化引起的，则所消耗的能量和/或电压的变化可以用于确定工作状态已转变的耗电器，具体地，已接通或关断哪个耗电器。
优选地，分解装置和工作状态确定装置着眼于在下述等式（15）中定义的标准化复功率的变化。
器件的导纳不是真正恒定的，而是可以由于不同电压电平而改变。如果导纳不恒定，则基于标准化复功率变化的事件检测将经历非常多的误报，这是因为，电压变化将引起复导纳变化，从而使得在下述等式（14）中建议的标准化在效果上不准确。该问题被多个设备的复导纳按照相同方式转变的这一事实进一步放大。这意味着，如果有压降，则诸如白炽灯、干发器、沸水器等所有电阻负载将具有更高导纳，即更低电阻，从而在不具有任何新设备的情况下造成等式（15）的标准化功率的显著转变。优选地，分解装置和工作状态确定装置适于提高基于标准化功率的事件检测的鲁棒性。
在下文中，将从数学上描述以上参照图1描述的电方案。
所传输的电压v0(t)近似于具有随时间变化的峰值幅度
Figure 308184DEST_PATH_IMAGE005
的正弦波，其中，
Figure 198780DEST_PATH_IMAGE006
，优选地，在以上参考图1描述的模型中，该随时间变化的峰值幅度每个周期只转变一次。频率
Figure 684250DEST_PATH_IMAGE007
是50Hz（这是在欧盟，在美国是60Hz），并假设是常量。于是，电压可以写成：
Figure 293086DEST_PATH_IMAGE008
                     （1）
可以用相位复矢量表示法（phasor notation）等价地表示电压，
其中，
Figure 414943DEST_PATH_IMAGE010
                         （2）
以及
Figure 569850DEST_PATH_IMAGE011
是波形的周期。电流也可以近似为：
Figure 665982DEST_PATH_IMAGE012
                （3）
其中，将
Figure 315269DEST_PATH_IMAGE013
定义为：
Figure 180457DEST_PATH_IMAGE014
                        （4）
此外，在这种情况下，可以引入电流的相位复矢量表示法，即
Figure 319314DEST_PATH_IMAGE015
     。
每个设备所经历的电压
Figure 525911DEST_PATH_IMAGE016
可以表达成：
Figure 775627DEST_PATH_IMAGE017
                          （5）
应记住的是，对于无源双极结构（passive bipole），复导纳定义为：
Figure 760900DEST_PATH_IMAGE018
                                      （6）
在图1中，从电角度，将每个电器，即耗电器3、4、5，建模为复导纳
Figure 257609DEST_PATH_IMAGE019
。按照这种方式，可以用相位复矢量表示法将总电流简单写成：
Figure 328334DEST_PATH_IMAGE020
，                       （7）
其中，时间段k的总电流与时间段k的所有复导纳之和成比例，其中
                   （8）
为了对不同设备在不同时间实例的接通和关断进行建模，可以将复功率的表达式描述为
Figure 847619DEST_PATH_IMAGE022
                               （9）。
复功率的幅值（amplitude）称作视在功率
Figure 328279DEST_PATH_IMAGE023
                             （10）
有功功率是
Figure 558403DEST_PATH_IMAGE024
，                    （11）
无功功率是
Figure 415501DEST_PATH_IMAGE025
，                    （12）
复功率变为
Figure 296738DEST_PATH_IMAGE026
                           （13）。
在图1中，还示出了用于NILM的电流传感器8的位置，其中，假设电流传感器8获得总电流。从电流的表达式以及对电压的依赖可见，应该优选地降低哪个，具体地，应该优选地去除哪个。因此，用总电压除总电流并且使用复导纳，被认为要稳定得多。所观测的电气网络的复导纳可以用以下等式来定义：
Figure 948299DEST_PATH_IMAGE027
                           （14）。
然而，导纳不是一种常用量度。例如，功率要直观得多，并且是常用的。为此，用额定电压的平方乘以复导纳，以及将标准化复功率定义为：
Figure 931299DEST_PATH_IMAGE028
，                  （15）
其中，假设
Figure 326508DEST_PATH_IMAGE029
，在欧盟，这是额定电压值。标准化功率是最直观的设备识别标志。
根据等式（5），可以将时刻k的电压写为
Figure 560787DEST_PATH_IMAGE030
                            （16）
以及可以将时刻k+1的电压写为
Figure 648828DEST_PATH_IMAGE031
                     （17）。
如果电压的转变是由设备状态转变导致的，则可以将k+1时的电压写为
                   （18）
其中，I n是流过设备n的电流。将（18）和（16）相减，可以得到
                   （19）。
如果电压的转变是由电压波动导致的，则可以将k+1时的电压写为
                    （20）
其中，I n是流过设备n的电流。将（20）和（16）相减，可以得到
Figure 901638DEST_PATH_IMAGE035
        （21）
应该注意，△I小。通常，△V也不大，典型地，根据规则定义的电能质量规范，△V小于额定电压的5%至10%。
根据等式（21），有效内部阻抗值可以估计为
Figure 593651DEST_PATH_IMAGE036
                                         （22）
建议使用等式（22）来区分由一个或若干个设备的状态转变导致的事件和由电压波动导致的事件。有效内部阻抗Z 0小，因而优选地，能量分布网络的目标在于使Z 0尽可能小。大Z 0对应于网络上的大损耗和收入上的大损耗。
如果事件检测由电压波动造成，则从等式（21）得到的等式（22）的Z 0具有大绝对值，例如数千欧姆，并且为负。如果事件由设备（即，耗电器）造成，则其为正值并且大约是以欧姆为单位的。因此，优选地，如果比率△V/△I为负且Z 0为正，则确定复功率的转变是由耗电器造成的事件导致的。这与这样的确定相对应：如果满足条件
Figure 330662DEST_PATH_IMAGE037
，则事件是由耗电器造成的。
图5示例性地示出了电压表7测出的随时间t而变的电压V、电流表8测出的随时间t而变的电流I和电参数确定单元11确定的随时间t而变的标准化功率P。在该示例中，耗电器是白炽灯，其在t=300左右时接通，在t=750左右时关断。图6示例性地示出了图5中在t=310左右时的细节。具体地，在图5中，在t=311处示出了事件。在图6中，还可以看见由该事件造成的相对小的压降。
根据等式（15）计算标准化功率。电流曲线和电压曲线表明，优选地，预期是大电流变化和小电压变化。从图6可以得到，电流变化约为0.18A，电压变化约为-0.4V。可以使用等式（22）来估计有效内部阻抗：
Figure 542463DEST_PATH_IMAGE038
                                    （23）
有效内部阻抗是正而小的，因此，标准化功率的变化是由器件的状态转变造成的，即由耗电器的工作状态变化造成的。
图7示例性地示出了测出的电气网络的总电流，测出的电气网络的电压和测出的电气网络的标准化功率，其中，电气网络包括作为耗电器的白炽灯，在图7中，并非在接通和关断白炽灯，而是电压在200V至250V之间波动。图8示例性地示出了图7中时间范围为400至600的细节。
从图7和8可见，因为标准化功率改变，所以应用于标准化功率的常规事件检测算法将指示由耗电器的工作状态转变所导致的事件。具体地，可以从图8推断，电流变化稍大于0.01A。可以使用等式（22）将有效内部阻抗估计为
Figure 972308DEST_PATH_IMAGE039
                                 （24）
这明显不同于从以上参照图5和6描述的例子估计得到的有效内部阻抗。在参照图7和8描述的例子中，决策变量，即对有效内部阻抗加以定义的测出电压与测出电流之比，大于预定义阈值，在该示例中，该预定义阈值是0。因此，在该例子中，变化分类单元10将确定，所确定的电参数（即根据等式（15）确定的标准化功率）中的转变不是由耗电器的工作状态变化导致的，而是例如由电气网络中的电压波动导致的。
尽管在以上参照图1描述的实施例中，电气网络包括三个耗电器，但是电气网络可以包括比3个更多或更少的耗电器。即使若干个耗电器是活动的，即接通的，分解装置也可以适于确定工作状态已转变的耗电器，具体地，哪些耗电器已被接通或关断。
在实践所要求保护的发明时，本领域技术人员可以通过学习附图、说明书和所附权利要求来理解和实施所公开实施例的其它变型。
在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，以及不定冠词“一”或“一个”不排除多个。
单个单元或设备可以实现在权利要求中记载的若干项目的功能。在互不相同的从属权利要求中记载某些手段的纯粹事实并不表明不可以有利地使用这些手段的组合。
诸如决策变量的确定、电参数的确定、所确定的电参数是否由耗电器的工作状态变化引起的确定等由一个或若干个单元或设备进行的确定可以由任何其他数目的单元或设备执行。例如，步骤102至110可以由单个单元或者任何其它数目的不同单元执行。根据分解方法的分解装置中的确定和/或控制和/或根据工作状态确定方法的工作状态确定装置的控制可以实现为计算机程序的程序代码装置和/或专用硬件。
计算机程序可以存储/分布在与其他硬件一起提供的或作为其他硬件的一部分的适当介质上，比如光学存储介质或固态介质，此外，还可以以其他形式进行分布，比如经由互联网或其他有线或无线通信系统。
权利要求中的任何附图标记不应该解释为限制范围。
本发明涉及工作状态确定装置，工作状态确定装置用于确定所确定的电气网络电参数中的变化是否由电气网络的耗电器的工作状态变化引起。电气网络包括多个耗电器和电压源，其中，变化分类单元根据决策变量来确定所确定的电气网络电参数中的变化是否由网络的耗电器的工作状态变化引起，决策变量取决于测出的电气网络电压中的变化和测出的电气网络电流中的变化。可以在不直接使用所确定的电气网络电参数中的变化的情况下进行这种确定，因此，这种确定受电气网络中的随机电压波动的影响不大。

Claims (14)

1.一种用于确定所确定的电气网络（2）的电参数中的变化是否由电气网络（2）的耗电器的工作状态变化引起的工作状态确定装置，其中电气网络（2）包括多个耗电器（3，4，5）和电压源（6），其中，工作状态确定装置（1）包括：
-电压表（7），用于测量电气网络（2）中的电压，
-电流表（8），用于测量电气网络（2）中的电流，
-决策变量确定单元（9），用于根据测出的电压中的变化与测出的电流中的变化来确定决策变量，其中，决策变量指示所确定的电气网络（2）的电参数中的变化是否由耗电器的工作状态变化引起，
-变化分类单元（10），用于根据所确定的决策变量来确定所确定的电气网络（2）的电参数中的变化是否由网络的耗电器的工作状态变化引起。
2.如权利要求1所述的工作状态确定装置，其中，决策变量确定单元（9）适于根据电压变化与电流变化之比来确定决策变量。
3.如权利要求2所述的工作状态确定装置，其中，变化分类单元（10）适于通过将所述比与预定义阈值相比较来确定所确定的电气网络（2）的电参数中的变化是由耗电器的工作状态变化引起的。
4.如权利要求3所述的工作状态确定装置，其中，所述阈值是预定义的，使得比所述阈值小的比表明所确定的电气网络（2）的电参数中的转变是由耗电器的工作状态变化引起的，其中，变化分类单元（10）适于在所述比小于所述阈值的情况下确定所确定的电气网络（2）的电参数中的变化是由耗电器的工作状态变化引起的。
5.如权利要求1所述的工作状态确定装置，其中，变化分类单元（10）适于根据所确定的决策变量和所确定的电参数中的变化的大小来确定所确定的电气网络（2）的电参数中的变化是由网络（2）的耗电器的工作状态变化引起的。
6.如权利要求1所述的工作状态确定装置，其中，工作状态确定装置（1）还包括电参数确定单元（11），电参数确定单元（11）用于根据测出的电压和测出的电流中的至少一个来确定电参数。
7.如权利要求6所述的工作状态确定装置，其中，电参数确定单元（11）适于，将电气网络所消耗的功率确定为电参数。
8.如权利要求1所述的工作状态确定装置，其中，工作状态确定装置（1）还包括变化确定单元（12），变化确定单元（12）用于确定在所确定的电参数中是否存在变化。
9.一种用于识别电气网络（2）中工作状态已转变的耗电器的分解装置，其中电气网络（2）包括多个耗电器（3，4，5）和电压源（6），其中，分解装置（13）包括：
-如权利要求1所述的工作状态确定装置（1），用于确定所确定的电气网络（2）的电参数中的变化是否由电气网络（2）的耗电器的工作状态变化引起，
-电参数确定单元（11），用于根据测出的电压和测出的电流中的至少一个来确定电参数，
-耗电器确定单元（14），用于在变化分类单元（10）已经确定所确定的电参数中的变化是由网络的耗电器的工作状态变化引起的情况下，根据所确定的电参数中的变化来确定工作状态已改变的耗电器。
10.如权利要求9所述的分解装置，其中，分解装置（13）还包括能耗确定单元（15），能耗确定单元（15）用于确定所确定的耗电器的能耗。
11.一种用于确定所确定的电气网络的电参数中的变化是否由所述电气网络的耗电器的工作状态变化引起的工作状态确定方法，其中所述电气网络包括多个耗电器和电压源，其中，工作状态确定方法包括：
-测量所述电气网络中的电压，
-测量所述电气网络中的电流，
-根据测出的电压中的变化与测出的电流中的变化来确定决策变量，其中，决策变量指示所确定的所述电气网络的电参数中的变化是否由耗电器的工作状态变化引起，
-根据所确定的决策变量来确定所确定的所述电气网络的电参数中的变化是否由所述网络的耗电器的工作状态变化引起。
12.一种用于识别电气网络中工作状态已转变的耗电器的分解方法，其中，所述电气网络包括多个耗电器和电压源，分解方法包括：
-如权利要求1所述的用于确定所确定的电气网络的电参数中的变化是否由所述电气网络的耗电器的工作状态变化引起的方法，
-根据测出的电压和测出的电流中的至少一个来确定电参数，
-如果所确定的电参数中的变化是由所述网络的耗电器的工作状态变化引起，则根据所确定的电参数中的变化来确定工作状态已改变的耗电器。
13.一种用于确定所确定的电气网络的电参数中的变化是否由所述电气网络的耗电器的工作状态变化引起的工作状态确定计算机程序，工作状态确定计算机程序包括程序代码装置，程序代码装置用于当工作状态确定计算机程序运行在控制如权利要求1所述的工作状态确定装置的计算机上时使得所述工作状态确定装置执行如权利要求11所述的方法的步骤。
14.一种用于识别电气网络中工作状态已转变的耗电器的分解计算机程序，其中，所述电气网络包括多个耗电器和电压源，分解计算机程序包括程序代码装置，程序代码装置用于当分解计算机程序运行在控制如权利要求9所述的分解装置的计算机上时使得所述分解装置执行如权利要求12所述的分解方法的步骤。
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