CN105406596A - 基于混合电流判据的非侵入式非变频空调启动辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于混合电流判据的非侵入式非变频空调启动辨识方法，能够根据实时电压和电流，根据用户进线端的平均功率增量、启动突变电流倍数以及2次谐波比例系数，可以准确、有效、快速地辨识非变频空调启动，当用户进线端的稳态平均功率增量大于500W，具有5-9倍启动突变电流，以及5％-15％的2次谐波比例系数，判断存在非变频空调启动，本发明为非变频空调启动辨识提供了一种有效的判断方法，此方法不需要进入居民家中就可以准确辨识非变频空调启动，具有简单、经济、易于推广应用等优点，辨识结果有助于用户了解大功率非变频空调电器的启动运行特性以及能耗情况，可应用于电网公司对空调电器的需求侧管理工作。

Description

基于混合电流判据的非侵入式非变频空调启动辨识方法

技术领域

本发明涉及一种非变频空调启动的辨识方法，特别是涉及一种基于混合电流判据的非侵入式非变频空调启动辨识方法。

背景技术

随着我国的经济迅速发展和气候变暖，一些中心城市城网的负荷水平和负荷构成发生了变化，尤其是空调类(空调、冰箱和冰柜)负荷数量有了迅速的增长，2013年湖南浏阳电网(县域电网)的最高负荷达到539MW，其中空调负荷已占到夏季最高负荷的20％以上，局部地区甚至已经超过30％，并且空调负荷在未来几年中还将呈现高速增长态势。受空调负荷影响，电网用电负荷迅速增长，峰谷差进一步拉大，空调负荷的急剧增长已经成为夏季电网负荷特性恶化和电力紧缺的重要原因。

空调负荷的主要部件是异步电动机，因此空调的负荷特性与异步电动机的特性非常相似。研究显示，空调负荷的电压与无功功率的关系特性表现为：在额定电压附近，空调负荷的无功功率随电压的升降而增减，在电压明显低于额定值时，电压下降时无功功率反而上升。空调的这种特性对电网电压稳定性的影响不容忽视，特别是无低压保护空调在发生故障后仍然停留在系统中，继续消耗系统的平均功率和无功功率。

《电力系统负荷建模》、《空调负荷对电压稳定影响的研究》和《空调负荷运行特性研究及建模》等文献对空调负荷运行特性进行了研究，介绍了空调不同运行状态下的负荷模型，并指出了空调类负荷对电压稳定有较大的影响，强调需重点注意空调类负荷比重较大的地区，且从防灾减灾的角度讨论了空调的有关问题；《Transmissionvoltagedelayedbystalledairconditionercompressors》和《空调类装置密集地区高电压节点负荷特性的集结》文献中指出，在空调使用的高峰期，系统多重事故发生后电压难以恢复，分析认为这种情况主要是由空调堵转所致，且对空调压缩机特性及其保护装置进行研究，将其用于事故的模拟中。

综上所述，现有的研究、文献已经对空调负荷的模型和运行特性进行了研究，指出了空调类负荷对电压和系统稳定具有较大的影响，但现有技术中没有一种可准确、有效、快速辨识非变频空调启动的方法，无法实时辨识到大功率非变频空调电器的启动运行特性以及能耗情况，电网公司对空调电器的需求侧管理工作难度加大。

因此，需要一种新的技术方案以解决上述技术问题。

发明内容

本发明目的是针对现有技术的不足，提供一种基于混合电流判据的非侵入式非变频空调启动辨识方法，解决了不需要进入居民家中就可以准确、有效、快速地辨识非变频空调启动的问题，有助于用户了解大功率非变频空调电器的启动运行特性以及能耗情况。

为实现本发明的目的，本发明提出了一种基于混合电流判据的非侵入式非变频空调启动辨识方法，包括以下步骤：

步骤一：用电压传感器和电流传感器采集用户总进线处的电压信号和电流信号，采样频率为500Hz，形成电压的采样序列u和电流的采样序列i；

步骤二：扫描电压的采样序列u和电流的采样序列i；计算稳态平均功率增量ΔP，若稳态平均功率增量ΔP>500W，则判别可能为非变频空调启动，进入步骤三；否则，则判别不是非变频空调启动；

步骤三：计算启动突变电流倍数k₁，如果启动突变电流倍数满足5<k₁<9，则判别可能为非变频空调启动，进入步骤四；否则，则判别不是非变频空调启动；

步骤四：计算2次谐波比例系数k₂，如果2次谐波电流比例系数满足5％<k₂<15％，则确定为非变频空调启动；否则，判别不是非变频空调启动。

本发明的基于混合电流判据的非侵入式非变频空调启动辨识方法与现有技术相比，能够根据实时电压和电流信号，根据用户进线端的平均功率增量、启动突变电流倍数以及2次谐波比例系数，可以准确有效快速地辨识非变频空调启动，此方法不需要进入居民家中就可以准确辨识非变频空调启动，具有简单、经济、易于推广应用等优点，辨识结果有助于用户了解大功率非变频空调电器的启动运行特性以及能耗情况，可应用于电网公司对空调电器的需求侧管理工作。

附图说明

图1是本发明基于混合电流判据的非侵入式非变频空调启动辨识方法的总体流程图；

图2是本发明扬子空调制热运行时电流的启动特性示意图；

图3是本发明TCL空调制冷运行时电流的启动特性示意图；

图4是本发明扬子空调制热运行时电流的谐波特性示意图；

图5是本发明TCL空调制冷运行时电流的谐波特性示意图；

图6是本发明非变频空调逐层辨识的框架图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

请参阅图1所示，本发明提出了一种基于混合电流判据的非侵入式非变频空调启动辨识方法，包括以下步骤：

步骤一：用电压传感器和电流传感器采集用户总进线处的电压信号和电流信号，采样频率为500Hz，形成电压的采样序列u和电流的采样序列i。

步骤二：扫描电压的采样序列u和电流的采样序列i；计算稳态平均功率增量ΔP，若稳态平均功率增量ΔP>500W，则判别可能为非变频空调启动，进入步骤三；否则，则判别不是非变频空调启动。

其中，稳态平均功率增量ΔP＝P₂-P₁，P₁为空调启动前稳态平均功率，P₂为空调启动运行后稳态平均功率。

当扬子挂式空调在热水器稳定运行基础上启动制热运行时，空调启动前稳态平均功率P₁＝2500W，空调电器启动运行后稳态平均功率P₂＝3300W，可以计算扬子空调启动运行后的稳态平均功率增量ΔP＝3300-2500＝800W。

当TCL立式空调独立启动制冷运行过程中，空调启动前稳态平均功率P₁＝0W，空调电器启动运行后稳态平均功率P₂＝1600W，可以计算TCL立式空调启动运行后的稳态平均功率增量ΔP＝P₂＝1600W。

由此可以看出，不管是扬子挂式空调还是TCL立式空调，稳态平均功率均有500W以上的增量。

步骤三：计算启动突变电流倍数k₁，如果启动突变电流倍数满足5<k₁<9，则判别可能为非变频空调启动，进入步骤四；否则，则判别不是非变频空调启动。

首先扫描电流的采样序列i，分析提取最大启动突变电流I_M和稳态运行峰值电流I_W，计算启动突变电流倍数计算启动突变电流倍数其中，最大启动突变电流I_M和稳态运行峰值电流I_W的计算公式如下：

I_M＝I_P1-I₀；(1)

I_W＝I_P2-I₀；(2)

其中，I_P1为用户稳态平均功率变化过程中的最大电流，I_P2为电器启动后重新稳态运行时的最大电流，I₀为电器启动前的稳态峰值电流。

请参阅图2所示，扬子空调在热水器稳定运行基础上制热启动时，空调启动前的稳态峰值电流I₀为16A，用户稳态平均功率变化过程中的最大电流I_P1约为41A，空调启动后重新稳态运行时的最大电流I_P2约为19A，根据公式(1)和(2)可以计算最大启动突变电流I_M和稳态运行峰值电流I_W如下：

最大启动突变电流：I_M＝41-16＝25A；

稳态运行峰值电流：I_W＝19-16＝3A；

启动突变电流倍数：k₁＝I_M/I_W＝25/3＝8.3，

请参阅图3所示，TCL立式空调单独制冷启动时，空调启动前的稳态峰值电流I₀为0，用户稳态平均功率变化过程中的最大电流I_P1约为48A，空调启动后重新稳态运行时的最大电流I_P2约为7A，根据公式(1)和(2)可以计算最大启动突变电流I_M和稳态运行峰值电流I_W如下：

最大启动突变电流：I_M＝I_P1＝48A；

稳态运行峰值电流：I_W＝I_P2＝7A；

启动突变电流倍数：k₁＝I_M/I_W＝48/7＝6.9，

由此可以看出，不管是空调单独启动还是在其他电器运行基础上启动，制冷和制热的启动过程均有5-9倍的启动突变电流。

步骤四：计算2次谐波比例系数k₂，如果2次谐波电流比例系数满足5％<k₂<15％，则确定为非变频空调启动；否则，判别不是非变频空调启动。

首先扫描电流的采样序列i，通过快速傅立叶分解提取电器启动后的稳态基波电流增量I₁和稳态2次谐波电流增量I₂，然后计算2次谐波比例系数

请参阅图4所示，扬子空调制热启动时，稳态基波电流增量I₁约为3.5A，稳态2次谐波电流增量I₂约为0.5A，计算2次谐波比例系数k₂＝0.5/3.5＝14％。

请参阅图5所示，TCL立式空调制冷启动时，稳态基波电流增量I₁约为6.6A稳态2次谐波电流增量I₂约为0.6A，计算2次谐波电流比例系数k₂＝0.6/6.6＝9.1％。

由此可以看出，非变频空调制冷、制热启动时，均存在5％-15％的2次谐波分量。

当电器启动运行时，若同时满足以下三个条件：稳态平均功率增量ΔP>500W，启动突变电流倍数5<k₁<9，2次谐波电流比例系数5％<k₂<15％，则可以确定有非变频空调启动运行。

其中，本发明非变频空调的逐层辨识过程包括以下步骤：

步骤一：辨识待分类负荷样本，采用分类器1，分类器1的设计原则是平均功率大小，平均功率大于500W的为B类负荷，平均功率小于500W的为A类负荷，从而辨识出A类负荷和B类负荷，进入步骤二；

步骤二：区分B类负荷，采用分类器3，分类器3的设计原则是脉冲幅值，启动突变电流倍数满足5<k₁<9的属于C类负荷，从而辨别出C类负荷，进入步骤三；

步骤三：区分C类负荷，采用分类器4，分类器4的设计原则是2次谐波比例，2次谐波电流比例系数满足5％<k₂<15％的为空调，最终辨识出空调。

请参阅图6所示，以家庭非变频空调为例，应用上述基于实时平均功率和实时电流的辨识判据，其辨识过程如下：分类器1的设计原则是平均功率大小，例如以500W功率为分类判据，可以将负荷分为A类负荷(小于500W)和B类负荷(大于500W)，空调属于B类负荷；分类器2的设计原则是谐波比例，分类器3的设计原则是脉冲幅值，具有一定比例(5-9倍)启动突变电流的非变频空调属于C类负荷，可以区分出C类负荷(高暂态脉冲幅值负荷)；分类器4的设计原则是2次谐波比例，非变频空调具有5％-15％的2次谐波分量。假设只需要辨识笔记本、灯具、洗衣机、空调、微波炉5种电器，分类器1依据功率将笔记本和灯具辨识为A类负荷，洗衣机、空调、微波炉辨识为B类负荷；分类器2依据谐波比例将笔记本和灯具区分开；分类器3据启动电流突变倍数将微波炉和空调这2种C类负荷区分出来，同时直接辨识出洗衣机；分类器4依据2次谐波电流分量区分微波炉和空调。

Claims (5)

1.一种基于混合电流判据的非侵入式非变频空调启动辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：用电压传感器和电流传感器采集用户总进线处的电压信号和电流信号，采样频率为500Hz，形成电压的采样序列u和电流的采样序列i；

步骤二：扫描电压的采样序列u和电流的采样序列i；计算稳态平均功率增量ΔP，若稳态平均功率增量ΔP>500W，则判别可能为非变频空调启动，进入步骤三；否则，则判别不是非变频空调启动；

步骤三：计算启动突变电流倍数k₁，如果启动突变电流倍数满足5<k₁<9，则判别可能为非变频空调启动，进入步骤四；否则，则判别不是非变频空调启动；

步骤四：计算2次谐波比例系数k₂，如果2次谐波电流比例系数满足5％<k₂<15％，则确定为非变频空调启动；否则，判别不是非变频空调启动。

2.如权利要求1所述的基于混合电流判据的非侵入式非变频空调启动辨识方法，其特征在于，步骤三中，所述计算启动突变电流倍数k₁，首先扫描电流的采样序列i，分析提取最大启动突变电流I_M和稳态运行峰值电流I_W，计算启动突变电流倍数其中，最大启动突变电流I_M和稳态运行峰值电流I_W的计算公式如下：

I_M＝I_P1-I₀；

I_W＝I_P2-I₀；

其中，I_P1为用户稳态平均功率变化过程中的最大电流，I_P2为电器启动后重新稳态运行时的最大电流，I₀为电器启动前的稳态峰值电流。

3.如权利要求1所述的基于混合电流判据的非侵入式非变频空调启动辨识方法，其特征在于，步骤四中，所述计算2次谐波比例系数k₂，首先扫描电流的采样序列i，通过快速傅立叶分解提取电器启动后的稳态基波电流增量I₁和稳态2次谐波电流增量I₂，然后计算2次谐波比例系数

4.如权利要求1所述的基于混合电流判据的非侵入式非变频空调启动辨识方法，其特征在于，步骤二中，稳态平均功率增量ΔP＝P₂-P₁，其中，P₁为空调启动前稳态平均功率，P₂为空调启动运行后稳态平均功率。

5.如权利要求1所述的基于混合电流判据的非侵入式非变频空调启动辨识方法，其特征在于，所述空调的辨识过程包括以下步骤：

步骤一：辨识待分类负荷样本，采用分类器1，分类器1的设计原则是平均功率大小，平均功率大于500W的为B类负荷，平均功率小于500W的为A类负荷，从而辨识出A类负荷和B类负荷，进入步骤二；

步骤二：区分B类负荷，采用分类器3，分类器3的设计原则是脉冲幅值，启动突变电流倍数满足5<k₁<9的属于C类负荷，从而辨别出C类负荷，进入步骤三；

步骤三：区分C类负荷，采用分类器4，分类器4的设计原则是2次谐波比例，2次谐波电流比例系数满足5％<k₂<15％的为空调，最终辨识出空调。