CN108804696A - 电力用户电器指纹库的创建方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力用户电器指纹库的创建方法及其系统；其中，电力用户电器指纹库的创建方法，包括以下步骤；S1，选取典型的、具有代表性的用电设备，并对其进行用电数据采集；S2，采集用电设备运行时的电气特征信息，即电器指纹；分析计算得到用电设备的有功功率、无功功率、及功率因素的特征量，并采用FFT计算得到各次谐波的幅值与相角；S3，将获得的电气量特征以及提取得到的时间量特征与相应用电设备的运行状态进行关联，并做好记录保存；S4，对记录的数据进行清洗、排查，以及删除坏数据，补全缺失数据。本发明该电器指纹库的创建是基于秒级数据的，并集成了谐波、时间等信息，提高了辨识性能，且降低了通信成本。
Description
技术领域
本发明涉及用户电器指纹库创建领域，更具体地说是指电力用户电器指纹库的创建方法及其系统。
背景技术
随着科技的快速发展，各种用电设备也更加多元化，但是每种用电设备都会有它特定的电气特征，现有用电设备识别及负荷监测没有一个准确的参考标准，导致无法对用户的用电行为进行辨识。
现有技术方案是通过对一些常用的几种用电设备进行监测、采样，将采集到电压、电流、零电流等参数进行相应的特征图形查找、分析，然后根据相关数据定义出不同的特征参数建立标准特征库；这种方法可以对监测的某些用电设备的电气特征进行归纳分析，同时采集的特征数据比较有限。
也有采用关注于暂态的电气特征指纹库，其为捕获电气特征量的暂态特性需要有较高的采样频率，这将导致指纹库存储数据量巨大，对数据的存储提出了严峻的挑战，同时也不利于快速完成负荷的辨识，采样频率高，通信成本高，缺少系统化的数据库集成。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供电力用户电器指纹库的创建方法及其系统。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
电力用户电器指纹库的创建方法，包括以下步骤；
S1，选取典型的、具有代表性的用电设备，并对其进行用电数据采集；
S2，采集用电设备运行时的电气特征信息，即电器指纹；分析计算得到用电设备的有功功率、无功功率、及功率因素的特征量，并采用FFT计算得到各次谐波的幅值与相角；
S3，将获得的电气量特征以及提取得到的时间量特征与相应用电设备的运行状态进行关联，并做好记录保存；
S4，对记录的数据进行清洗、排查，以及删除坏数据，补全缺失数据。
其进一步技术方案为：所述S3还包括：针对多状态用电设备，将用电设备的运行状态迁移图转换成运行工况转换逻辑，与每个运行工况各自的指纹特征一同保存记录。
其进一步技术方案为：所述S4还包括：针对同类型，不同品牌的用电设备，利用聚类的方式找寻用电设备不同指纹特征量的中心值，以及特征量的变化范围，以聚类的中心值作为典型值，以聚类得到的特征量变化范围作为该类型用电设备的特征范围，构建得到该类用电设备的特征数据。
其进一步技术方案为：所述S4之后还包括：针对同类型，但原理不同的用电设备，按照不同的用电设备类型进行处理。
其进一步技术方案为：所述S2还包括：采集各个用电设备从打开状态到稳定运行状态，再到关闭状态下的运行数据。
其进一步技术方案为：所述S3还包括：分别提取各个用电设备在暂态和稳态运行状态下的各种电气参数实时变化波形图，并分析归类各种的用电设备的特征波形图；对提取并归类的各种用电设备的电气指纹数据进行录入。
其进一步技术方案为：所述S4还包括：对实时监测的用电设备数据进行比对分析，测试电气指纹数据匹配结果是否满足设定的要求，合格后录入数据库。
电力用户电器指纹库的创建系统，包括测试单元，采集分析计算单元，关联记录单元，及数据处理单元；
所述测试单元，用于对选取典型的、具有代表性的用电设备进行用电数据采集；
所述采集分析计算单元，用于采集用电设备运行时的电气特征信息，即电器指纹；分析计算得到用电设备的有功功率、无功功率、及功率因素的特征量，并采用FFT计算得到各次谐波的幅值与相角；
所述关联记录单元，用于将获得的电气量特征以及提取得到的时间量特征与相应用电设备的运行状态进行关联，并做好记录保存；
所述数据处理单元，用于对记录的数据进行清洗、排查，及删除坏数据，补全缺失数据。
其进一步技术方案为：所述关联记录单元包括提取模块和录入模块；
所述提取模块，用于分别提取各个用电设备在暂态和稳态运行状态下的各种电气参数实时变化波形图，分析归类各种的用电设备的特征波形图；
所述录入模块，用于对归类的各种用电设备的电气指纹数据进行录入。
其进一步技术方案为：所述数据处理单元包括比对模块和测试模块；
所述比对模块，用于对实时监测的用电设备数据进行比对分析；
所述测试模块，用于测试电气指纹数据匹配结果是否满足设定的要求。
本发明与现有技术相比的有益效果是：该电器指纹库的创建是基于秒级数据的，并集成了谐波、时间等信息，提高了辨识性能，且降低了通信成本；同时，针对于同一用电设备在不同工作状态的指纹特征差异，及同类电器不同原理指纹有别的数据进行分析处理，使得该电器指纹库的适用性更强。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为本发明电力用户电器指纹库的创建方法的流程图；
图2为本发明电力用户电器指纹库的创建系统的方框图。
10 测试单元 20 采集分析计算单元
30 发送单元 31 提取模块
32 录入模块 40 数据处理单元
41 比对模块 42 测试模块
具体实施方式
为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。
如图1到图2所示的具体实施例，其中，如图1所示，本发明公开了电力用户电器指纹库的创建方法，包括以下步骤；
S1，选取典型的、具有代表性的用电设备，并对其进行用电数据测试及采集；
S2，采集用电设备运行时的电气特征信息，即电器指纹；分析计算得到用电设备的有功功率、无功功率、及功率因素的特征量，并采用FFT计算得到各次谐波的幅值与相角；
S3，将获得的电气量特征以及提取得到的时间量特征与相应用电设备的运行状态进行关联，并做好记录保存；
S4，对记录的数据进行清洗、排查，以及删除坏数据，补全缺失数据。
其中，在S2中，运用非侵入式的传感技术对用电设备进行采集。
其中，该电器指纹库的创建是基于秒级数据的，并集成了谐波、时间等信息，提高了辨识性能，且降低了通信成本。
其中，在S3还包括：针对多状态用电设备，将用电设备的运行状态迁移图转换成运行工况转换逻辑，与每个运行工况各自的指纹特征一同保存记录，扩大了该电器指纹库的适用性。
其中，在S4还包括：针对同类型，不同品牌的用电设备，利用聚类的方式找寻用电设备不同指纹特征量的中心值，以及特征量的变化范围，以聚类的中心值作为典型值，以聚类得到的特征量变化范围作为该类型用电设备的特征范围，构建得到该类用电设备的特征数据，进一步扩大了该电器指纹库的适用性。
其中，S4之后还包括：针对同类型，但原理不同的用电设备，按照不同的用电设备类型进行处理，更进一步地扩大了该电器指纹库的适用性。
其中，S2还包括：采集各个用电设备从打开状态到稳定运行状态，再到关闭状态下的运行数据。
其中，S3还包括：分别提取各个用电设备在暂态和稳态运行状态下的各种电气参数实时变化波形图，并分析归类各种的用电设备的特征波形图；对提取并归类的各种用电设备的电气指纹数据进行录入。
其中，S4还包括：对实时监测的用电设备数据进行比对分析，测试电气指纹数据匹配结果是否满足设定的要求，合格后录入数据库。
本发明的原理如下：分别采集各种用电设备的基波电压幅值、基波电流幅值、基波电流相角、3/5/7/9次谐波电流幅值以及时间戳等核心数据，通过将上传的数据进行详细分解处理，得出各种用电设备的暂态和稳态状态下的电流、电压、频率、功率以及谐波等有关参数的特征波形图，并将提取出来的电气特征数据和波形图整理、归纳后存储在云端数据库；当用电设备处于稳态时，各指标都比较稳定，因此选取用电设备稳态时的基本用电信息：有功功率、无功功率、功率因数、电流谐波畸变率、电流奇次谐波相对基波相位差等参数作为稳态电气特征指纹；用电设备处于暂态时，电流、有功功率波动很大，且不同用电设备的波形都有所差异，因此直接选取用电设备暂态电流、有功功率波形相识度作为秒级的稳态数据。
具体地，如图2所示，本发明还公开了电力用户电器指纹库的创建系统，包括测试单元10，采集分析计算单元20，关联记录单元30，及数据处理单元40；
测试单元10，用于对选取典型的、具有代表性的用电设备进行用电数据的测试及采集；
采集分析计算单元20，用于采集用电设备运行时的电气特征信息，即电器指纹；分析计算得到用电设备的有功功率、无功功率、及功率因素的特征量，并采用FFT计算得到各次谐波的幅值与相角；
关联记录单元30，用于将获得的电气量特征以及提取得到的时间量特征与相应用电设备的运行状态进行关联，并做好记录保存；
数据处理单元40，用于对记录的数据进行清洗、排查，及删除坏数据，补全缺失数据。
其中，关联记录单元30包括提取模块31和录入模块32；
提取模块31，用于分别提取各个用电设备在暂态和稳态运行状态下的各种电气参数实时变化波形图，分析归类各种的用电设备的特征波形图；
录入模块32，用于对归类的各种用电设备的电气指纹数据进行录入。
其中，数据处理单元40包括比对模块41和测试模块42；
比对模块41，用于对实时监测的用电设备数据进行比对分析；
测试模块42，用于测试电气指纹数据匹配结果是否满足设定的要求。
本发明采用“本地采集---物联通信---云端识别/分析/告警等”的形式，通过将整个业务流程分解并部署到本地和云端两侧，并采用物联通信的方式连接，解决了数据采集的实时性和相关运算的复杂性的矛盾问题，在本实施例中，测试单元10和采集分析计算单元20位于本地探测器，关联记录单元30和数据处理单元40位于云端。
本发明所创建的电气指纹库，将所有用电设备电气参数实现电气特征标准化，并为后续系统的高级应用提供技术支持。
上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.电力用户电器指纹库的创建方法，其特征在于，包括以下步骤；
S1，选取典型的、具有代表性的用电设备，并对其进行用电数据采集；
S2，采集用电设备运行时的电气特征信息，即电器指纹；分析计算得到用电设备的有功功率、无功功率、及功率因素的特征量，并采用FFT计算得到各次谐波的幅值与相角；
S3，将获得的电气量特征以及提取得到的时间量特征与相应用电设备的运行状态进行关联，并做好记录保存；
S4，对记录的数据进行清洗、排查，以及删除坏数据，补全缺失数据。
2.根据权利要求1所述的电力用户电器指纹库的创建方法，其特征在于，所述S3还包括：针对多状态用电设备，将用电设备的运行状态迁移图转换成运行工况转换逻辑，与每个运行工况各自的指纹特征一同保存记录。
3.根据权利要求1所述的电力用户电器指纹库的创建方法，其特征在于，所述S4还包括：针对同类型，不同品牌的用电设备，利用聚类的方式找寻用电设备不同指纹特征量的中心值，以及特征量的变化范围，以聚类的中心值作为典型值，以聚类得到的特征量变化范围作为该类型用电设备的特征范围，构建得到该类用电设备的特征数据。
4.根据权利要求1所述的电力用户电器指纹库的创建方法，其特征在于，所述S4之后还包括：针对同类型，但原理不同的用电设备，按照不同的用电设备类型进行处理。
5.根据权利要求1所述的电力用户电器指纹库的创建方法，其特征在于，所述S2还包括：采集各个用电设备从打开状态到稳定运行状态，再到关闭状态下的运行数据。
6.根据权利要求5所述的电力用户电器指纹库的创建方法，其特征在于，所述S3还包括：分别提取各个用电设备在暂态和稳态运行状态下的各种电气参数实时变化波形图，并分析归类各种的用电设备的特征波形图；对提取并归类的各种用电设备的电气指纹数据进行录入。
7.根据权利要求6所述的电力用户电器指纹库的创建方法，其特征在于，所述S4还包括：对实时监测的用电设备数据进行比对分析，测试电气指纹数据匹配结果是否满足设定的要求，合格后录入数据库。
8.电力用户电器指纹库的创建系统，其特征在于，包括测试单元，采集分析计算单元，关联记录单元，及数据处理单元；
所述测试单元，用于对选取典型的、具有代表性的用电设备进行用电数据采集；
所述采集分析计算单元，用于采集用电设备运行时的电气特征信息，即电器指纹；分析计算得到用电设备的有功功率、无功功率、及功率因素的特征量，并采用FFT计算得到各次谐波的幅值与相角；
所述关联记录单元，用于将获得的电气量特征以及提取得到的时间量特征与相应用电设备的运行状态进行关联，并做好记录保存；
所述数据处理单元，用于对记录的数据进行清洗、排查，及删除坏数据，补全缺失数据。
9.根据权利要求8所述的电力用户电器指纹库的创建系统，其特征在于，所述关联记录单元包括提取模块和录入模块；
所述提取模块，用于分别提取各个用电设备在暂态和稳态运行状态下的各种电气参数实时变化波形图，分析归类各种的用电设备的特征波形图；
所述录入模块，用于对归类的各种用电设备的电气指纹数据进行录入。
10.根据权利要求8所述的电力用户电器指纹库的创建系统，其特征在于，所述数据处理单元包括比对模块和测试模块；
所述比对模块，用于对实时监测的用电设备数据进行比对分析；
所述测试模块，用于测试电气指纹数据匹配结果是否满足设定的要求。
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