CN108802665A - 用于用电负荷辨识智能电能表检测的标准功率源及检测方法 - Google Patents

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徐晴
赵双双
田正其
祝宇楠
穆小星
龚丹
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夏国芳
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Abstract

一种用于用电负荷辨识智能电能表检测的标准功率源，包括负荷特征库、波形产生模块、DAC转换模块、滤波器、放大器、反馈校正模块和输出模块；负荷特征库、波形产生模块、DAC转换模块、滤波器、放大器和输出模块依次顺序连接，反馈校正模块将放大器的输出反馈到波形产生模块；负荷特征库包括已保存的负荷特征库和可升级的负荷特征库。实现负荷辨识智能电能表的实验室自动检测，解决人工控制各种家用电器带来的困扰，具有广阔的应用前景。

Description

用于用电负荷辨识智能电能表检测的标准功率源及检测方法
技术领域
本发明涉及一种基于用于用户用电负荷辨识智能电能表检测的标准功率源，属于智能量测技术领域。
背景技术
居民用电负荷辨识技术是一门新兴的智能电网高级量测技术，与目前智能电能表只量测居民用户的总功率不同，它以采集出用户的细粒度用电行为数据为目标，是智能用电重要研究领域之一。用户用电负荷辨识智能电能表集成了居民用电负荷辨识技术，利用本身的电压、电流量测数据，通过负荷特征提取和模式识别，得到用户用电家用电器细度的用电详单，实现需求响应互动、家庭用电能效分析等高级应用。对智能电能表的负荷辨识功能进行检测时，需布置大量家电提供用电场景，同时由于不同电器采用的控制接口不同，无法使用上位机控制开断，需要人工控制电器运行时间，工作效率低下。
发明内容
本发明所要解决的是用户用电负荷辨识智能电能表的实验室自动化检测。用户用电负荷辨识智能电能表是具有负荷辨识功能的智能电表，它通过分析居民入户线上的电压、电流信号，可得到居民用电电器电量的细颗粒度信息。在对用户用电负荷辨识智能电能表进行辨识功能检测时，需要同步或异步输入不同家用电器的负荷曲线，评估用户用电负荷辨识智能电能表辨识出的电器类型、启停时间、各电器耗电量的准确度。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种用于用电负荷辨识智能电能表检测的标准功率源，包括波形产生模块、DAC转换模块、滤波器、放大器、反馈校正模块和输出模块；
波形产生模块、DAC转换模块、滤波器、放大器和输出模块依次顺序连接，反馈校正模块将放大器的输出反馈到波形产生模块；
波形产生模块采用DDS，根据预先设置的负荷特征库存储的负荷特征值输出的家用电器负荷曲线；
DAC转换模块将家用电器负荷曲线转换为模拟波形；
模拟波形经过滤波器滤除杂散信号，通过放大器放大后，发送给功率源输出模块；功率源输出模块输出标准家用电器负荷曲线，发送给被测的用户用电负荷辨识智能电能表，实现负荷辨识；同时反馈校正模块将放大器的输出信号与波形产生模块的数字化波形信号进行比对校正，用于输入信号与输出信号的校正。
负荷特征库包括已保存的负荷特征库和可升级的负荷特征库。
已保存的负荷特征库中包含下述中的至少一种：空调类、电热类、厨房电器类设备的负荷特征值。
可升级的负荷特征库中包含下述中的至少一种：库通过人工导入负荷曲线录波文件、人工输入N次谐波组成成分(包括谐波次数、幅值和相位)、人工录入用电负荷特性来升级负荷特征库。
用电负荷特性包括瞬时负荷特征和稳态负荷特征；
瞬时负荷特征包括启动冲击功率PP、冲击系数KP、瞬时特征的爬坡时间Tt和冲击波持续时间T；
稳态负荷特征指家用电器运行阶段到平稳时的负荷特征，包括稳态有功功率抬升PS、稳态无功功率抬升QS和状态切换周期T。
波形产生模块利用DDS(直接数字式频率合成器Direct Digital Synthesizer)产生负荷特征库输出的负荷曲线。
输出模式包括典型输出模式和自定义输出模式；
典型输出模式为输出标准功率源负荷特征库中已保存的负荷曲线；输出时，用户选择厂商名称、型号及电器名称信息，选择电器名称，实现该电器的负荷曲线输出；
自定义输出模式设置额定电压、额定电流、冲击功率、暂态持续时间和稳态特性持续时间参数，自定义输出模式先导入录波文件，或者输入任意曲线FFT变换后的N次谐波信息，由标准功率源输出符合参数设置的负荷曲线。
标准功率源的典型输出模式中的各类电器运行顺序能够设置；设置典型输出模式，选择待输出电器后，设置输出次序，实现多种电器负荷特性模拟输出，输出次序选择多种电器同时启动，或者选择按某一顺序依次启动。
标准功率源的自定义输出模式中的各类电器运行顺序能够设置；设置自定义输出模式，输入待输出曲线参数，参数设置完成后，通过设置输出次序，实现多种曲线输出，输出次序选择多种曲线同时启动，或者选择按某一顺序依次启动。
一种用于用电负荷辨识智能电能表检测的标准功率源的检测方法，包括以下步骤：
S1,通过家用电器的录波提取负荷特征值，建立负荷特征库，有新的家用电器录入时，通过人工录入负荷曲线或者负荷特征值的方式更新负荷特征库；
S2，采用DDS(直接数字式频率合成器，Direct Digital Synthesizer))，根据家用电器的负荷特征值输出的家用电器负荷曲线(数字化波形)；
S3，将家用电器负荷曲线转换为模拟波形；
S4，模拟波形经过滤波去除杂散信号后放大，输出标准家用电器负荷曲线；
S5，将标准家用电器负荷曲线发送给被测的用户用电负荷辨识智能电能表，供智能电能表实现负荷辨识，将标准家用电器负荷曲线与步骤S2输出的家用电器负荷曲线进行比对校正，用于输入信号与输出信号的校正。
一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行一种用于用电负荷辨识智能电能表检测的标准功率源的检测方法的指令。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据一种用于用电负荷辨识智能电能表检测的标准功率源的检测方法。
本发明的有益效果为：
本发明的优点在于已保存的负荷特征库齐全，若有新型电器，进行一次录波后输入所述标准功率源，或输入负荷曲线暂态和稳态负荷信息，即可更新负荷特征库。所述的标准功率源通过接口由上位机控制电器输出，实现负荷辨识智能电能表的实验室自动检测，解决人工控制各种家用电器带来的困扰，具有广阔的应用前景。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；
图1为申请用于用电负荷辨识智能电能表检测的标准功率源。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
如图1所示，一种用于用电负荷辨识智能电能表检测的标准功率源，包括波形产生模块、DAC转换模块、滤波器、放大器、反馈校正模块和输出模块；
波形产生模块、DAC转换模块、滤波器、放大器和输出模块依次顺序连接，反馈校正模块将放大器的输出反馈到波形产生模块；
波形产生模块采用DDS，根据预先设置的负荷特征库存储的负荷特征值输出的家用电器负荷曲线；
DAC转换模块将家用电器负荷曲线转换为模拟波形；
模拟波形经过滤波器滤除杂散信号，通过放大器放大后，发送给功率源输出模块；功率源输出模块输出标准家用电器负荷曲线，发送给被测的用户用电负荷辨识智能电能表，实现负荷辨识；同时反馈校正模块将放大器的输出信号与波形产生模块的数字化波形信号进行比对校正，用于输入信号与输出信号的校正。
本实施例预先设置的负荷特征库包括已保存的负荷特征库和可升级的负荷特征库。
负荷特征库包括已保存的负荷特征库和可升级的负荷特征库；
已保存的负荷特征库中包含下述中的至少一种：空调类、电热类、厨房电器类设备的负荷特征值；
其中空调包括定频空调、变频空调、柜机和挂机。电热类包括长时电热和短时电热，长时电热包括电热油汀、电采暖器和电热水器，短时电热包括电热水壶。厨房电器包括电饭锅、电磁炉和微波炉。
可升级的负荷特征库中包含下述中的至少一种：通过人工导入负荷曲线录波文件、人工输入N次谐波组成成分(包括谐波次数、幅值和相位)、人工录入用电负荷特性来升级负荷特征库。
负荷特征库还包括人工录入用电负荷的负荷特征的接口(该接口指的是功率源设置有负荷特征录入的接口，可提供给用户录入特征；所述接口连接上位机的通讯接口；
用电负荷特性包括瞬时负荷特征和稳态负荷特征；
瞬时负荷特征包括启动冲击功率PP、冲击系数KP、瞬时特征的爬坡时间Tt和冲击波持续时间T；
稳态负荷特征指家用电器运行阶段到平稳时的负荷特征，包括稳态有功功率抬升PS、稳态无功功率抬升QS和状态切换周期T。
波形产生模块利用DDS(直接数字式频率合成器Direct Digital Synthesizer)产生负荷特征库输出的负荷曲线。
输出模式包括典型输出模式和自定义输出模式。
典型输出模式为输出标准功率源负荷特征库中已保存的负荷曲线；输出时，用户选择厂商名称、型号及电器名称信息，选择电器名称，实现该电器的负荷曲线输出；
自定义输出模式设置额定电压、额定电流、冲击功率、暂态持续时间和稳态特性持续时间参数，自定义输出模式先导入录波文件，或者输入任意曲线FFT变换后的N次谐波信息，由标准功率源输出符合参数设置的负荷曲线。
标准功率源的典型输出模式中的各类电器运行顺序能够设置；设置典型输出模式，选择待输出电器后，设置输出次序，实现多种电器负荷特性模拟输出，输出次序选择多种电器同时启动，或者选择按某一顺序依次启动。
标准功率源的自定义输出模式中的各类电器运行顺序能够设置；设置自定义输出模式，输入待输出曲线参数，参数设置完成后，通过设置输出次序，实现多种曲线输出，输出次序选择多种曲线同时启动，或者选择按某一顺序依次启动。
本实施例，标准功率源包括配套的上位机软件，上位机软件通过串口对标准功率源进行控制。在上位机软件中配置完整的检测方案后，进行用户用电负荷辨识智能电能表的自动化检测。
一种用于用电负荷辨识智能电能表检测的标准功率源的检测方法，包括以下步骤：
S1,通过家用电器的录波提取负荷特征，建立负荷特征库，有新的家用电器录入时，通过人工录入负荷曲线或者负荷特征值的方式更新负荷特征库；
S2，本实施例波形产生模块采用DDS(直接数字式频率合成器，Direct DigitalSynthesizer)，根据家用电器的负荷特征值输出的家用电器负荷曲线(数字化波形)；
S3，DAC模块将数字化波形转换为模拟波形；即将家用电器负荷曲线转换为模拟波形；
S4，模拟波形经过滤波去除杂散信号后放大，输出标准家用电器负荷曲线；
S5,将标准家用电器负荷曲线发送给被测的用户用电负荷辨识智能电能表，供智能电能表实现负荷辨识，将标准家用电器负荷曲线与步骤S2输出的家用电器负荷曲线进行比对校正，用于输入信号与输出信号的校正。
一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行一种用于用电负荷辨识智能电能表检测的标准功率源的检测方法的指令。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据一种用于用电负荷辨识智能电能表检测的标准功率源的检测方法。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域那些技术人员应当理解在本文所公开的示例中的设备的模块或单元或组间可以布置在如该实施例中所描述的设备中，或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组间组合成一个模块或单元或组间，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组间。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
此外，所述实施例中的一些在此被描述成可以由计算机系统的处理器或者由执行所述功能的其它装置实施的方法或方法元素的组合。因此，具有用于实施所述方法或方法元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。此外，装置实施例的在此所述的元素是如下装置的例子：该装置用于实施由为了实施该发明的目的的元素所执行的功能。
这里描述的各种技术可结合硬件或软件，或者它们的组合一起实现。从而，本发明的方法和设备，或者本发明的方法和设备的某些方面或部分可采取嵌入有形媒介，例如软盘、CD-ROM、硬盘驱动器或者其它任意机器可读的存储介质中的程序代码(即指令)的形式，其中当程序被载入诸如计算机之类的机器，并被所述机器执行时，所述机器变成实践本发明的设备。
在程序代码在可编程计算机上执行的情况下，计算设备一般包括处理器、处理器可读的存储介质(包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件)，至少一个输入装置，和至少一个输出装置。其中，存储器被配置用于存储程序代码；处理器被配置用于根据该存储器中存储的所述程序代码中的指令，执行本发明的光伏消纳能力的评价方法。
以示例而非限制的方式，计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据等信息。通信介质一般以诸如载波或其它传输机制等已调制数据信号来体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据，并且包括任何信息传递介质。以上的任一种的组合也包括在计算机可读介质的范围之内。
如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。
尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims (10)

1.一种用于用电负荷辨识智能电能表检测的标准功率源，其特征在于：
包括波形产生模块、DAC转换模块、滤波器、放大器、反馈校正模块和输出模块；
波形产生模块、DAC转换模块、滤波器、放大器和输出模块依次顺序连接，反馈校正模块将放大器的输出反馈到波形产生模块；
波形产生模块采用DDS，根据预先设置的负荷特征库存储的负荷特征值输出的家用电器负荷曲线；
DAC转换模块将家用电器负荷曲线转换为模拟波形；
模拟波形经过滤波器滤除杂散信号，通过放大器放大后，发送给功率源输出模块；功率源输出模块输出标准家用电器负荷曲线，发送给被测的用户用电负荷辨识智能电能表，实现负荷辨识；同时反馈校正模块将放大器的输出信号与波形产生模块的数字化波形信号进行比对校正，用于输入信号与输出信号的校正。
2.根据权利要求1所述的一种用于用电负荷辨识智能电能表检测的标准功率源，其特征在于：
所述负荷特征库包括已保存的负荷特征库和可升级的负荷特征库；
已保存的负荷特征库中包含下述中的至少一种：空调类、电热类、厨房电器类设备的负荷特征值；
可升级的负荷特征库中包含下述中的至少一种：通过人工导入负荷曲线录波文件、人工输入N次谐波组成成分、人工录入用电负荷特性来升级负荷特征库。
3.根据权利要求1所述的一种用于用电负荷辨识智能电能表检测的标准功率源，其特征在于：
用电负荷特性包括瞬时负荷特征和稳态负荷特征；
瞬时负荷特征包括启动冲击功率PP、冲击系数KP、瞬时特征的爬坡时间Tt和冲击波持续时间T；
稳态负荷特征指家用电器运行阶段到平稳时的负荷特征，包括稳态有功功率抬升PS、稳态无功功率抬升QS和状态切换周期T。
4.根据权利要求1所述的一种用于用电负荷辨识智能电能表检测的标准功率源，其特征在于，
波形产生模块基于DDS产生负荷特征库输出的负荷曲线。
5.根据权利要求1所述的一种用于用电负荷辨识智能电能表检测的标准功率源，其特征在于：
所述输出模式包括典型输出模式和自定义输出模式；
典型输出模式为输出标准功率源负荷特征库中已保存的负荷曲线；输出时，用户选择厂商名称、型号及电器名称信息，选择电器名称，实现该电器的负荷曲线输出；
自定义输出模式设置额定电压、额定电流、冲击功率、暂态持续时间和稳态特性持续时间参数，自定义输出模式先导入录波文件，或者输入任意曲线FFT变换后的N次谐波信息，由标准功率源输出符合参数设置的负荷曲线。
6.根据权利要求5所述的一种用于用电负荷辨识智能电能表检测的标准功率源，其特征在于，
标准功率源的典型输出模式中的各类电器运行顺序能够设置；设置典型输出模式，选择待输出电器后，设置输出次序，实现多种电器负荷特性模拟输出，输出次序选择多种电器同时启动，或者选择按某一顺序依次启动。
7.根据权利要求5所述的一种用于用电负荷辨识智能电能表检测的标准功率源，其特征在于，
标准功率源的自定义输出模式中的各类电器运行顺序能够设置；设置自定义输出模式，输入待输出曲线参数，参数设置完成后，通过设置输出次序，实现多种曲线输出，输出次序选择多种曲线同时启动，或者选择按某一顺序依次启动。
8.一种用于用电负荷辨识智能电能表检测的标准功率源的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1,通过家用电器的录波提取负荷特征值，建立负荷特征库，有新的家用电器录入时，通过人工录入负荷曲线或者负荷特征值的方式更新负荷特征库；
S2，基于DDS，根据家用电器的负荷特征值输出的家用电器负荷曲线；
S3，将家用电器负荷曲线转换为模拟波形；
S4，模拟波形经过滤波去除杂散信号后放大，输出标准家用电器负荷曲线；
S5，将标准家用电器负荷曲线发送给被测的用户用电负荷辨识智能电能表，供智能电能表实现负荷辨识，将标准家用电器负荷曲线与步骤S2输出的家用电器负荷曲线进行比对校正，用于输入信号与输出信号的校正。
9.一种计算设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据权利8所述的方法的指令。
10.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求8的方法。
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