CN109085423B - 一种负载开关事件检测方法及系统 - Google Patents

一种负载开关事件检测方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种负载开关事件检测方法及系统。该方法包括：获取标记的负载开关事件发生时刻，建立开关事件检测时间序列；获取时间序列内各个时刻的有功功率，对时间序列内的每个有功功率做归一化处理，得到归一化有功功率；获取第一时间窗口长度和第二时间窗口长度；计算第一时间窗口内有功功率均值和第二时间窗口内有功功率均值；根据第一有功功率均值和第二有功功率均值计算有功功率均值比率；若有功功率均值比率超过预设阈值，则该有功功率均值比率对应的有功功率所在时刻为负载开关事件发生的时刻。采用本发明的方法及系统，可以在很大的程度上消除噪声的影响，能够有效地对抗噪声。

Description

一种负载开关事件检测方法及系统
技术领域
本发明涉及电气设备技术领域，特别是涉及一种负载开关事件检测方法及系统。
背景技术
负载开关事件，是指打开负载或电气设备的电源开关或关闭电源开关的动作。负载开关事件检测是能量分解中最为重要的一步，所谓能量分解，是指将电表处读取的功率值分解为单个负载所消耗的功率值。当前用电负荷能量分解主要分为侵入式负荷分解和非侵入式负荷分解两种方法。非侵入式负荷分解方法不需要在负荷的内部用电设备上安装监测设备，只需要根据用电负荷总信息即可获得每个用电设备的负荷信息。
非侵入式负荷分解算法中，电气设备的开关事件检测是其中最重要的环节。现有的检测方法能够识别有功功率变化值比较大(如70W)的开关事件。由于系统存在噪声的缘故，某些有功功率接近阈值(即50W)的用电器在启动时引起的有功功率增加可能被系统噪声减弱，因而无法准确识别。某些使用马达的家用电器(例如粉碎机，榨汁机)，会产生严重的脉冲噪声，常见的事件检测算法噪声的影响比较大，检测性能急剧下降，尤其是噪声对事件发生时刻的确认影响非常大，往往在事件发生时刻方面产生较大的误差。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够有效消除噪声影响的负载开关事件检测方法及系统。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种负载开关事件检测方法，包括：
获取标记的负载开关事件发生时刻，在所述时刻前后各选取相同个数的多个时刻，按照时间的先后顺序建立开关事件检测时间序列；
获取所述时间序列内各个时刻的有功功率，对所述时间序列内的每个有功功率做归一化处理，得到归一化有功功率；
获取第一时间窗口长度和第二时间窗口长度；所述第一时间窗口和所述第二时间窗口均包括时间序列内的多个有功功率，所述第一时间窗口长度为所述第一时间窗口内有功功率的个数，所述第二时间窗口长度为所述第二时间窗口内有功功率的个数，所述第一时间窗口内有功功率的个数小于所述第二时间窗口内有功功率的个数；
根据所述第一时间窗口长度和所述归一化有功功率计算第一时间窗口内有功功率均值，得到第一有功功率均值；根据所述第二时间窗口长度和所述归一化有功功率计算第二时间窗口内有功功率均值，得到第二有功功率均值；
根据所述第一有功功率均值和第二有功功率均值计算有功功率均值比率；
比较所述有功功率均值比率与预设阈值的大小，若所述有功功率均值比率超过所述预设阈值，则该有功功率均值比率对应的有功功率所在时刻为负载开关事件发生的时刻。
可选的，获取所述时间序列内各个时刻的有功功率，对所述时间序列内的每个有功功率做归一化处理，得到归一化有功功率，具体包括：
获取所述时间序列内有功功率的最大值；
将所述时间序列的有功功率与所述有功功率最大值作商，得到归一化有功功率。
可选的，根据所述第一时间窗口长度和所述归一化有功功率计算第一时间窗口内有功功率均值，得到第一有功功率均值；根据所述第二时间窗口长度和所述归一化有功功率计算第二时间窗口内有功功率均值，得到第二有功功率均值，具体包括：
根据如下公式计算第一有功功率均值：
Figure BDA0001805868790000021
根据如下公式计算第二有功功率均值：
Figure BDA0001805868790000022
其中，其中，i为按照时间的先后顺序排列后第i时刻所在时间序列的序号，Ps(i)为序号为i的第一有功功率均值，Pl(i)为序号为i的第二有功功率均值，Ls为第一时间窗口长度，Ll为第一时间窗口长度，Pj为所在时间序列的序号为j的归一化有功功率，当i-Ls≤0时，Pj＝0，当i-Ll≤0时，Pj＝0。
可选的，根据所述第一有功功率均值和第二有功功率均值计算有功功率均值比率，具体包括：
根据如下公式计算有功功率均值比率：
Figure BDA0001805868790000031
其中，r(i)为序号为i的有功功率均值比率。
本发明还提供一种负载开关事件检测系统，包括：
开关事件检测时间序列生成模块，用于获取标记的负载开关事件发生时刻，在所述时刻前后各选取相同个数的多个时刻，按照时间的先后顺序建立开关事件检测时间序列；
归一化有功功率生成模块，用于获取所述时间序列内各个时刻的有功功率，对所述时间序列内的每个有功功率做归一化处理，得到归一化有功功率；
时间窗口长度获取模块，用于获取第一时间窗口长度和第二时间窗口长度；所述第一时间窗口和所述第二时间窗口均包括时间序列内的多个有功功率，所述第一时间窗口长度为所述第一时间窗口内有功功率的个数，所述第二时间窗口长度为所述第二时间窗口内有功功率的个数，所述第一时间窗口内有功功率的个数小于所述第二时间窗口内有功功率的个数；
有功功率均值计算模块，用于根据所述第一时间窗口长度和所述归一化有功功率计算第一时间窗口内有功功率均值，得到第一有功功率均值；还用于根据所述第二时间窗口长度和所述归一化有功功率计算第二时间窗口内有功功率均值，得到第二有功功率均值；
有功功率均值比率计算模块，用于根据所述第一有功功率均值和第二有功功率均值计算有功功率均值比率；
负载开关事件发生时刻生成模块，用于比较所述有功功率均值比率与预设阈值的大小，若所述有功功率均值比率超过所述预设阈值，则该有功功率均值比率对应的有功功率所在时刻为负载开关事件发生的时刻。
可选的，归一化有功功率生成模块，具体包括：
有功功率的最大值获取单元，用于获取所述时间序列内有功功率的最大值；
归一化有功功率生成单元，用于将所述时间序列的有功功率与所述有功功率最大值作商，得到归一化有功功率。
可选的，有功功率均值计算模块，具体包括：
根据如下公式计算第一有功功率均值：
Figure BDA0001805868790000041
根据如下公式计算第二有功功率均值：
Figure BDA0001805868790000042
其中，其中，i为按照时间的先后顺序排列后第i时刻所在时间序列的序号，Ps(i)为序号为i的第一有功功率均值，Pl(i)为序号为i的第二有功功率均值，Ls为第一时间窗口长度，Ll为第一时间窗口长度，Pj为所在时间序列的序号为j的归一化有功功率，当i-Ls≤0时，Pj＝0，当i-Ll≤0时，Pj＝0。
可选的，有功功率均值比率计算模块，具体包括：
根据如下公式计算有功功率均值比率：
Figure BDA0001805868790000043
其中，r(i)为序号为i的有功功率均值比率。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供了一种负载开关事件检测方法及系统，通过对两个时间窗口内平均功率的比值进行计算，可以在很大的程度上消除噪声的影响，能够有效地对抗噪声，提高负载开关事件检测的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一中负载开关事件检测方法流程图；
图2为本发明实施例二中负载开关事件检测系统结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种能够有效消除噪声影响的负载开关事件检测方法。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一：
图1为本发明实施例中负载开关事件检测方法流程图，如图1所示，负载开关事件检测方法，包括：
步骤101：获取标记的负载开关事件发生时刻，在该时刻前后各选取相同个数的多个时刻，按照时间的先后顺序建立开关事件检测时间序列。
其中，标记的负载开关事件发生时刻采用现有技术的开关事件检测方法得到，现有现有技术的开关事件检测方法为：
步骤1：计算相邻两个有功功率数据之差的绝对值，判断绝对值是否大于或等于30W，若是执行步骤3，否则执行步骤2。
步骤2：读取下一时刻的有功功率数据后，继续执行步骤1。
步骤3：将发生事件的持续时间T增加1秒，并继续执行步骤4，初始值T＝0。
步骤4：读取下一时刻的有功功率数据，计算ΔPt+1＝Pt+1-Pt，并判断ΔPt+1绝对值是否大于或等于30W，若是则执行步骤5，否则返回执行步骤6。
步骤5：读取下一时刻的有功功率数据，转入执行步骤3。
步骤6：依据发生事件的持续时间T可获得事件的结束时刻t+T，并计算事件发生前后有功功率的改变值ΔPt+T＝Pt+T-Pt，如果ΔPt+T绝对值大于或等于50W，则执行步骤7，否则确定其为异常情况，返回执行步骤2。
步骤7：输出结果：依据ΔPt+T的正负情况，可确定该发生事件是上升沿事件还是下降沿事件。如果ΔPt+T为正，表明有功功率增加，确定为上升沿事件，通常是用电器投入运行或状态改变导致的；否则有功功率减少，确定为下降沿事件，通常是由用电器退出运行或状态发生变化导致的。t时刻是发生事件的起始时刻，t+T时刻则是事件的结束时刻。
步骤102：获取所述时间序列内各个时刻的有功功率P1’、P2’、……、PN’，N为所述时间序列内有功功率的个数；获取所述时间序列内有功功率的最大值Pmax’；将所述时间序列的有功功率与所述有功功率最大值作商，得到归一化有功功率
Figure BDA0001805868790000061
i为按照时间的先后顺序排列后第i时刻所在时间序列的序号。
步骤103：获取第一时间窗口长度和第二时间窗口长度；所述第一时间窗口和所述第二时间窗口均包括时间序列内的多个有功功率，所述第一时间窗口长度为所述第一时间窗口内有功功率的个数，所述第二时间窗口长度为所述第二时间窗口内有功功率的个数，所述第一时间窗口内有功功率的个数小于所述第二时间窗口内有功功率的个数。优选获取第一时间窗口长度为
Figure BDA0001805868790000062
第一时间窗口长度为
Figure BDA0001805868790000063
Figure BDA0001805868790000064
表示下取整，N为所述时间序列内有功功率的个数。
步骤104：根据所述第一时间窗口长度和所述归一化有功功率计算第一时间窗口内有功功率均值，得到第一有功功率均值；根据所述第二时间窗口长度和所述归一化有功功率计算第二时间窗口内有功功率均值，得到第二有功功率均值。
根据如下公式计算第一有功功率均值：
Figure BDA0001805868790000065
根据如下公式计算第二有功功率均值：
Figure BDA0001805868790000066
其中，其中，i为按照时间的先后顺序排列后第i时刻所在时间序列的序号，Ps(i)为序号为i的第一有功功率均值，Pl(i)为序号为i的第二有功功率均值，Ls为第一时间窗口长度，Ll为第一时间窗口长度，Pj为所在时间序列的序号为j的归一化有功功率，当i-Ls≤0时，Pj＝0，当i-Ll≤0时，Pj＝0。
步骤105：根据所述第一有功功率均值和第二有功功率均值计算有功功率均值比率。
根据如下公式计算有功功率均值比率：
Figure BDA0001805868790000071
其中，r(i)为序号为i的有功功率均值比率。
步骤106：比较所述有功功率均值比率与预设阈值的大小，优选预设阈值为0.7；若所述有功功率均值比率超过所述预设阈值，则该有功功率均值比率对应的有功功率所在时刻为负载开关事件发生的时刻。
实施例二：
图2为本发明实施例中负载开关事件检测方法系统结构图，如图2所示，负载开关事件检测系统，包括：
开关事件检测时间序列生成模块201，用于获取标记的负载开关事件发生时刻，在所述时刻前后各选取相同个数的多个时刻，按照时间的先后顺序建立开关事件检测时间序列。
归一化有功功率生成模块202，用于获取所述时间序列内各个时刻的有功功率，对所述时间序列内的每个有功功率做归一化处理，得到归一化有功功率，具体包括：
有功功率的最大值获取单元，用于获取所述时间序列内有功功率的最大值；
归一化有功功率生成单元，用于将所述时间序列的有功功率与所述有功功率最大值作商，得到归一化有功功率。
时间窗口长度获取模块203，用于获取第一时间窗口长度和第二时间窗口长度；所述第一时间窗口和所述第二时间窗口均包括时间序列内的多个有功功率，所述第一时间窗口长度为所述第一时间窗口内有功功率的个数，所述第二时间窗口长度为所述第二时间窗口内有功功率的个数，所述第一时间窗口内有功功率的个数小于所述第二时间窗口内有功功率的个数。
有功功率均值计算模块204，用于根据所述第一时间窗口长度和所述归一化有功功率计算第一时间窗口内有功功率均值，得到第一有功功率均值；还用于根据所述第二时间窗口长度和所述归一化有功功率计算第二时间窗口内有功功率均值，得到第二有功功率均值。
根据如下公式计算第一有功功率均值：
Figure BDA0001805868790000081
根据如下公式计算第二有功功率均值：
Figure BDA0001805868790000082
其中，其中，i为按照时间的先后顺序排列后第i时刻所在时间序列的序号，Ps(i)为序号为i的第一有功功率均值，Pl(i)为序号为i的第二有功功率均值，Ls为第一时间窗口长度，Ll为第一时间窗口长度，Pj为所在时间序列的序号为j的归一化有功功率，当i-Ls≤0时，Pj＝0，当i-Ll≤0时，Pj＝0。
有功功率均值比率计算模块205，用于根据所述第一有功功率均值和第二有功功率均值计算有功功率均值比率。
根据如下公式计算有功功率均值比率：
Figure BDA0001805868790000083
其中，r(i)为序号为i的有功功率均值比率。
负载开关事件发生时刻生成模块206，用于比较所述有功功率均值比率与预设阈值的大小，若所述有功功率均值比率超过所述预设阈值，则该有功功率均值比率对应的有功功率所在时刻为负载开关事件发生的时刻。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种负载开关事件检测方法，其特征在于，包括：
获取标记的负载开关事件发生时刻，在所述时刻前后各选取相同个数的多个时刻，按照时间的先后顺序建立开关事件检测时间序列；
获取所述时间序列内各个时刻的有功功率，对所述时间序列内的每个有功功率做归一化处理，得到归一化有功功率；
获取第一时间窗口长度和第二时间窗口长度；所述第一时间窗口和所述第二时间窗口均包括时间序列内的多个有功功率，所述第一时间窗口长度为所述第一时间窗口内有功功率的个数，所述第二时间窗口长度为所述第二时间窗口内有功功率的个数，所述第一时间窗口内有功功率的个数小于所述第二时间窗口内有功功率的个数；
根据所述第一时间窗口长度和所述归一化有功功率计算第一时间窗口内有功功率均值，得到第一有功功率均值；根据所述第二时间窗口长度和所述归一化有功功率计算第二时间窗口内有功功率均值，得到第二有功功率均值；
根据如下公式计算第一有功功率均值：
Figure FDA0002478293330000011
根据如下公式计算第二有功功率均值：
Figure FDA0002478293330000012
其中，其中，i为按照时间的先后顺序排列后第i时刻所在时间序列的序号，Ps(i)为序号为i的第一有功功率均值，Pl(i)为序号为i的第二有功功率均值，Ls为第一时间窗口长度，Ll为第一时间窗口长度，Pj为所在时间序列的序号为j的归一化有功功率，当i-Ls≤0时，Pj＝0，当i-Ll≤0时，Pj＝0；
根据所述第一有功功率均值和第二有功功率均值计算有功功率均值比率；
根据如下公式计算有功功率均值比率：
Figure FDA0002478293330000013
其中，r(i)为序号为i的有功功率均值比率；
比较所述有功功率均值比率与预设阈值的大小，若所述有功功率均值比率超过所述预设阈值，则该有功功率均值比率对应的有功功率所在时刻为负载开关事件发生的时刻。
2.根据权利要求1所述的负载开关事件检测方法，其特征在于，获取所述时间序列内各个时刻的有功功率，对所述时间序列内的每个有功功率做归一化处理，得到归一化有功功率，具体包括：
获取所述时间序列内有功功率的最大值；
将所述时间序列的有功功率与所述有功功率最大值作商，得到归一化有功功率。
3.一种负载开关事件检测系统，其特征在于，包括：
开关事件检测时间序列生成模块，用于获取标记的负载开关事件发生时刻，在所述时刻前后各选取相同个数的多个时刻，按照时间的先后顺序建立开关事件检测时间序列；
归一化有功功率生成模块，用于获取所述时间序列内各个时刻的有功功率，对所述时间序列内的每个有功功率做归一化处理，得到归一化有功功率；
时间窗口长度获取模块，用于获取第一时间窗口长度和第二时间窗口长度；所述第一时间窗口和所述第二时间窗口均包括时间序列内的多个有功功率，所述第一时间窗口长度为所述第一时间窗口内有功功率的个数，所述第二时间窗口长度为所述第二时间窗口内有功功率的个数，所述第一时间窗口内有功功率的个数小于所述第二时间窗口内有功功率的个数；
有功功率均值计算模块，用于根据所述第一时间窗口长度和所述归一化有功功率计算第一时间窗口内有功功率均值，得到第一有功功率均值；还用于根据所述第二时间窗口长度和所述归一化有功功率计算第二时间窗口内有功功率均值，得到第二有功功率均值；
所述有功功率均值计算模块，具体包括：
根据如下公式计算第一有功功率均值：
Figure FDA0002478293330000021
根据如下公式计算第二有功功率均值：
Figure FDA0002478293330000022
其中，其中，i为按照时间的先后顺序排列后第i时刻所在时间序列的序号，Ps(i)为序号为i的第一有功功率均值，Pl(i)为序号为i的第二有功功率均值，Ls为第一时间窗口长度，Ll为第一时间窗口长度，Pj为所在时间序列的序号为j的归一化有功功率，当i-Ls≤0时，Pj＝0，当i-Ll≤0时，Pj＝0；
有功功率均值比率计算模块，用于根据所述第一有功功率均值和第二有功功率均值计算有功功率均值比率；
所述有功功率均值比率计算模块，具体包括：
根据如下公式计算有功功率均值比率：
Figure FDA0002478293330000031
其中，r(i)为序号为i的有功功率均值比率；
负载开关事件发生时刻生成模块，用于比较所述有功功率均值比率与预设阈值的大小，若所述有功功率均值比率超过所述预设阈值，则该有功功率均值比率对应的有功功率所在时刻为负载开关事件发生的时刻。
4.根据权利要求3所述的负载开关事件检测系统，其特征在于，归一化有功功率生成模块，具体包括：
有功功率的最大值获取单元，用于获取所述时间序列内有功功率的最大值；
归一化有功功率生成单元，用于将所述时间序列的有功功率与所述有功功率最大值作商，得到归一化有功功率。
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