CN109596910B - 一种基于三次谐波时域变化规律的吸尘器非侵入辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于三次谐波时域变化规律的吸尘器非侵入辨识方法，包括步骤电压和电流采样；根据三次谐波电流序列，获取电流值；计算进线端三次谐波电流的突变量；计算突变前后稳态三次谐波电流之差；计算突变三次谐波电流的倍数K和判断吸尘器启动情况等五个步骤，进行吸尘器启动状况的有效判断。此方法不需要进入居民家中就可以准确辨识吸尘器的启动，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吸尘器的启动特性以及能耗情况，并可对其故障诊断做出相应的辅助判断。

Description

一种基于三次谐波时域变化规律的吸尘器非侵入辨识方法

技术领域

本发明属于环保用电技术领域，尤其涉及一种基于三次谐波时域变化规律的吸尘器非侵入辨识方法。

背景技术

居民用电细节监测技术是一门新兴的智能电网基础支撑技术，它以监测并分解出居民户内所有电器的启动时间、工作状态、能耗情况为目标，从而实现更加可靠、精确的电能量管理。居民用电细节监测可以近实时地向用户提供每个/类家用电器的用电功率和所处的工作状态。节能意识较强的用户可依据这些的信息调整和优化用电行为以达到节省电能和电费的目的。主要涉及调整电器运行参数设置和调整电器运行或使用模式等，此外，用电细节可以帮助用户快速准确地监测、诊断和清除电器故障。

基于非侵入式负荷监测分解技术实现非干预式的居民家庭用电可视化的技术基础是居民负荷特性研究与负荷识别算法研究，负荷特性是指用电设备耗电时特有的电气特征，主要包括用电设备的电流、有功和无功、谐波、瞬时功率、开关暂态、V-I曲线等特性，家用电器负荷特征研究在电力需求侧管理和智能化应用中起到了基础性的作用。家用电器种类繁多，按用电元件可分为由电动机元件组成的电器和由加热电阻元件组成的电器两大类。与加热电阻类电器相比，电动机类电器运行状况更加复杂，电流和功率波动性大，启动过程存在冲击电流，同时伴有大量谐波，吸尘器是电动机类的典型电器。

吸尘器的工作原理是靠电动机高速驱动风机叶轮旋转，使空气高速排出，而风机前端吸尘部分的空气不断地补充风机中的空气，致使吸尘器内部产生瞬时真空，和外界大气压形成负压差，在此压差的作用下，吸入含灰尘的空气，经滤尘器过滤，排出清净的空气，负压差越大风量越大，则吸尘能力也越大，吸嘴的尘埃、脏物随空气被吸入吸尘部分，并经过漏器过漏，将尘埃、脏物收集与尘筒内。一般吸尘器的功率为400～1000W或更高，便携式吸尘器的功率一般为250W及其以下，吸尘器通常有两个档位，不同档位的功率也不同，高档一般在1000W～1500W,低档一般在500W以下。研究表明：吸尘器在小档和大档时会有明显的三次谐波电流突变，小档启动时的突变三次谐波电流增量在2.8～3.4A，大档位动时的突变三次谐波电流增量在3.5～4.5A之间，突变过程均在0.3s左右，因此突变三次谐波电流的大小与吸尘器的档位息息相关；此外，稳态三次谐波电流有一个明显的增量，根据吸尘器的型号，挡位不同，小档位稳态三次谐波电流的增量一般在1～2A之间,大档位稳态三次谐波电流的增量一般在0～1A之间。

本发明为吸尘器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出吸尘器的启动，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吸尘器的启动运行特性以及能耗情况，并可作为吸尘器的故障检测的辅助判断手段。

发明内容

技术问题：本发明提供了一种基于三次谐波时域变化规律的吸尘器非侵入辨识方法，该方法能够准确感知吸尘器的启停，可用于非侵入负荷辨识分解装置。

具体技术方案如下：一种基于三次谐波时域变化规律的吸尘器非侵入辨识方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：电压和电流采样：对电源进线的电压和电流分别进行采样，得到电压采样序列u和电流采样序列i；

步骤二：根据三次谐波电流序列，获取电流值：分别获取突变前稳态三次谐波电流I1、突变后稳态三次谐波电流I2和最大启动突变三次谐波电流I3；

步骤三：计算进线端三次谐波电流的突变量ΔI1并作出判断：其中ΔI1＝I3-I1；当2.8A<ΔI1<3.4A时，进入步骤四；否则判断是否满足3.5A<ΔI1<4.5A，是则进入步骤四，否则判断不是吸尘器启动；

步骤四：计算突变前后稳态三次谐波电流之差ΔI2并作出判断：其中ΔI2＝I2-I1；1<ΔI2<2时，或0<ΔI2<1时，进入步骤五；否则判断不是吸尘器启动；

步骤五：计算突变三次谐波电流的倍数K并作出判断；当2<k<5时，判断为小判断存在吸尘器的小档启动；当8<k<10时，判断存在吸尘器的大档启动，否则判断不是吸尘器启动。

更进一步的，所述步骤一中的采样频率选用1kHz。

更进一步的，所述步骤五中，，其中I_M最大启动突变三次谐波电流；IW稳态运行三次谐波电流；I_M＝I₃-I₁；I_W＝I₂-I₁。

更进一步的，所述步骤一中u、i为经过滤波、去噪预处理后的电压信号、电流信号的采样序列。

有益效果：本发明的一种三次谐波时域变化规律的吸尘器非侵入辨识方法，根据启动突变三次谐波电流增量、启动突变三次谐波电流倍数以及突变前后稳态三次谐波电流的差值，可以准确有效快速地辨识出吸尘器的运行，此方法不需要进入居民家中就可以准确辨识吸尘器的启动，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吸尘器的启动特性以及能耗情况，并可对其故障诊断做出相应的辅助判断。

附图说明

图1是本发明一种基于三次谐波时域变化规律的吸尘器非侵入辨识方法的总体流程图

图2是本发明吸尘器小档运行时三次谐波电流的启动及工作特性

图3是本发明吸尘器大档运行时三次谐波电流的启动及工作特性

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例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。

步骤一：使用电压、电流采集器对总电源进线的电压和电流分别进行采样，得到电压采样序列u和电流采样序列i，其中u、i为经过滤波、去噪等预处理后的电压信号、电流信号的采样序列，本文中采样频率选定位1kHz。

步骤二：根据三次谐波电流序列，获取电流值：分别获取得到突变前稳态三次谐波电流I₁、突变后稳态三次谐波电流I₂和最大启动突变三次谐波电流I₃；

步骤三：若进线端三次谐波电流的突变量2.8A<ΔI₁<3.4A，则判别可能为吸尘器小档启动；若若进线端三次谐波电流的突变量3.5A<ΔI₁<4.5A，则判别可能为吸尘器大档启动否则，不是吸尘器电器启动。

步骤四：计算突变后稳态三次谐波电流与突变前三次谐波电流之差。根据三次谐波电流序列I，找出突变前后的稳态三次谐波电流I₁，I₂并计算其差值。若对于ΔI₂＝I₂-I₁，有1<ΔI₂<2则判别可能为吸尘器的小档启动，若0<ΔI₂<1，则判别可能为吸尘器的大档启动。

步骤五：计算启动突变三次谐波电流的倍数。根据三次谐波电流序列I，分析提取最大启动突变三次谐波电流I_M和稳态运行三次谐波电流I_W，计算启动突变三次谐波电流倍数

最大启动突变三次谐波电流I_M和稳态运行三次谐波电流I_W的计算公式如下：

I_M＝I₃-I₁ (1)

I_W＝I₂-I₁ (2)

式(1)和(2)中，I₃为用户进线端突变三次谐波电流，I₂为电器启动后重新回到稳态运行时的三次谐波电流，I₁为电器启动前的三次谐波电流。

若启动突变三次谐波电流倍数2<k<5，则判别可能为吸尘器小档启动；若突变三次谐波电流倍数8<k<10，则判别可能为吸尘器大档启动；否则，判别不是吸尘器启动。

综上，当同时满足2.8A<ΔI₁<3.4A，1<ΔI₂<2和2<k<5，则判别为吸尘器小档启动；当3.5A<ΔI₁<4.5A，0<ΔI₂<1和8<k<10时，则判别可能为吸尘器大档启动；否则，不是吸尘器启动。

实施例1：

参照图1，一种基于三次谐波时域变化规律的吸尘器非侵入辨识方法，包括：

步骤一：电压和电流传感器采集用户总进线处的电压和电流信号，采样频率为1kHz，形成电压和电流的采样序列u、i。

步骤二：根据三次谐波电流序列，获取电流值：分别获取得到突变前稳态三次谐波电流I₁、突变后稳态三次谐波电流I₂和最大启动突变三次谐波电流I₃。图2中，I₁＝0.02A，I₂＝1.5A，I₃＝3.05A。

步骤三：计算启动突变三次谐波电流增量。扫描三次谐波电流序列I。突变三次谐波电流增量为3.05-0.02＝3.03A，在判据中的范围2.8～3.4A，进入步骤四。

步骤四：计算突变后稳态三次谐波电流与突变前稳态三次谐波电流之差。扫描三次谐波电流序列I：从图2中分析提取突变前后稳态运行三次谐波电流I₁＝0.02A和I₂＝1.5A。突变后稳态三次谐波电流与突变前稳态三次谐波电流之差为1.5-0.02＝1.48A，进入步骤五。

步骤五：计算启动突变三次谐波电流倍数。扫描三次谐波电流序列I，分析提取最大启动突变三次谐波电流I_M和稳态运行三次谐波电流I_W，计算启动突变三次谐波电流倍数

最大启动突变三次谐波电流I_M和稳态运行三次谐波电流I_W的计算公式如下：

I_M＝I₃-I₁ (1)

I_W＝I₂-I₁ (2)

式(1)和(2)中，I₃为用户进线端突变三次谐波电流，I₂为电器启动后重新回到稳态运行时的三次谐波电流，I₁为电器启动前的三次谐波电流。

如图2所示，吸尘器小档启动前的三次谐波电流I₁为0.02A，最大突变三次谐波电流I₃，约为3.05A，吸尘器启动后重新稳态运行时的运行三次谐波电流I₂约为1.5A，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：

最大启动突变三次谐波电流：I_M＝3.05-0.02＝3.03A

稳态运行三次谐波电流：I_W＝1.5-0.02＝1.48A

启动突变三次谐波电流倍数：k＝I_M/I_W＝3.03/1.48＝2.04在范围2～5之间。判断存在吸尘器的小档启动。

实施例2：

参照图1，一种基于三次谐波时域变化规律的吸尘器非侵入辨识方法，包括：

步骤一：电压和电流传感器采集用户总进线处的电压和电流信号，采样频率为1kHz，形成电压和电流的采样序列u、i。

步骤二：根据三次谐波电流序列，获取电流值：分别获取得到突变前稳态三次谐波电流I₁、突变后稳态三次谐波电流I₂和最大启动突变三次谐波电流I₃。得到I₁＝0.03A，I₂＝0.46A，I₃＝3.96A。

步骤三：计算启动突变三次谐波电流增量。从图3中分析提取最大启动突变三次谐波电流为3.96A。突变三次谐波电流增量为3.96-0.03＝3.93A，在判据中的范围3.5～4.5A，进入步骤四。

步骤四：计算突变后稳态三次谐波电流与突变前稳态三次谐波电流之差。从图3中分析提取突变前后稳态运行三次谐波电流I₁＝0.03A和I₂＝0.46A。突变后稳态三次谐波电流与突变前稳态三次谐波电流之差为0.46-0.03＝0.43A，进入步骤五。

步骤五：如图3所示，吸尘器大档启动前的三次谐波电流I₁为0.03A，最大突变三次谐波电流I₃，约为3.96A，吸尘器启动后重新稳态运行时的运行三次谐波电流I₂约为0.46A，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：

最大启动突变功率：I_M＝3.96-0.03＝3.93A

稳态运行功率：I_W＝0.46-0.03＝0.43A

启动突变三次谐波电流倍数：k＝I_M/I_W＝3.93/0.43＝9.1在范围8～10之间。则判断存在吸尘器的大档启动。

Claims (3)

1.一种基于三次谐波时域变化规律的吸尘器非侵入辨识方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：电压和电流采样：对电源进线的电压和电流分别进行采样，得到电压采样序列u和电流采样序列i；

步骤二：根据三次谐波电流序列，获取电流值：分别获取突变前稳态三次谐波电流I₁、突变后稳态三次谐波电流I₂和最大启动突变三次谐波电流I₃；

步骤三：计算进线端三次谐波电流的突变量ΔI₁并作出判断：其中ΔI₁＝I₃-I₁；当2.8A<ΔI₁<3.4A或3.5A<ΔI₁<4.5A时，进入步骤四，否则判断不是吸尘器启动；

步骤四：计算突变前后稳态三次谐波电流之差ΔI₂并作出判断：其中ΔI₂＝I₂-I₁；1<ΔI₂<2时或0<ΔI₂<1时，进入步骤五；否则判断不是吸尘器启动；

步骤五：计算突变三次谐波电流的倍数K并作出判断：当2<k<5时，判断存在吸尘器的小档启动；当8<k<10时，判断存在吸尘器的大档启动；否则判断不是吸尘器启动；所述

其中IM为最大启动突变三次谐波电流；IW为稳态运行三次谐波电流；IM＝I3-I1；IW＝I2-I1。

2.根据权利要求1所述的基于三次谐波时域变化规律的吸尘器非侵入辨识方法，其特征在于：所述步骤一中的采样频率选用1kHz。

3.根据权利要求1所述的基于三次谐波时域变化规律的吸尘器非侵入辨识方法，其特征在于：所述步骤一中u、i为经过滤波、去噪预处理后的电压信号、电流信号的采样序列。

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