CN111503720A - 一种基于电压监测的电采暖设备控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于电压监测的电采暖设备控制方法及系统，包括：获取分析样本；计算安全电压阈值；采集室内温度；判断室内温度是否高于最低室温，若是，重新采集室内温度；采集家电电压数据；判断电压数据是否低于安全电压阈值，若是，重新采集室内温度；确定退避时间；延时退避时间并判断当前电压值是否低于安全电压阈值，若是，重新确定退避时间；启动电采暖设备；计时工作时间；判断连续工作时间是否大于预设工作时间或当前室温是否大于预设最高室温，若是，重新计时；关闭电采暖设备，进行下一轮控制。本发明中的上述方法结合安全电压阈值对电采暖设备进行有序用电控制，能够防止出现负荷过载现象，保证用户正常的冬季取暖和生活用电。

Description

一种基于电压监测的电采暖设备控制方法及系统

技术领域

本发明涉及家电智能控制领域，特别是涉及一种基于电压监测的电采暖设备控制方法和系统。

背景技术

随着北方清洁供暖的推进，电采暖作为一种清洁取暖方式逐渐取代了燃煤采暖。但是随着电采暖设备的普及，对家庭供电网的容量提出了更高的要求，在冬季取暖用电高峰期，多个电采暖设备同时启动可能会导致网络过载现象的发生，影响用户的正常取暖需求和生活用电。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于电压监测的电采暖设备控制方法及系统，在冬季取暖用电高峰期，通过电采暖设备历史电压数据，计算电采暖设备的安全电压阈值，并实时监测电采暖设备的电压数据和室温，结合安全电压阈值对电采暖设备进行有序用电控制，防止出现负荷过载现象，保证用户正常的冬季取暖和生活用电。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于电压监测的电采暖设备控制方法，所述方法包括：

获取安全电压阈值分析样本；

基于所述样本计算电采暖设备的安全电压阈值；

实时采集室内温度；

判断当前室内温度是否高于预先设定的最低室温，得到第一判断结果，若第一判断结果表示当前室内温度高于预先设定的最低室温，则不达到启动要求，则重新采集室内温度；；

实时采集家电电压数据；

判断当前电压数据是否低于所述安全电压阈值，得到第二判断结果，若第二判断结果表示当前电压数据低于所述安全电压阈值，则重新采集室内温度；

确定顺序启动所需要的退避时间t_bake-off；

延时所述退避时间t_bake-off并判断当前电压值是否低于所述安全电压阈值，得到第三判断结果，若第三判断结果表示当前电压值低于所述安全电压阈值则重新确定退避时间；

启动电采暖设备；

计时工作时间；

判断连续工作时间是否大于预先设定的工作时间或当前室温是否大于预先设定的最高室温，得到第四判断结果，若第四判断结果表示连续工作时间大于预先设定的工作时间或当前室温大于预先设定的最高室温，则重复上一步骤；

关闭电采暖设备，进行下一轮控制。

可选的，所述获取安全电压阈值分析样本具体包括：

抽取电采暖设备正常启动的电压数据形成数据组，得到安全电压阈值分析样本；所述数据组主要属性包括启动时间、电采暖设备编号以及电采暖设备启动前电压值。

可选的，所述基于所述样本计算电采暖设备的安全电压阈值具体包括：

对所述分析样本进行聚类，得到聚类样本集；

输入所述聚类样本集D＝{x₁,x₂,...,x_n}，输出划分为k个簇C＝{C₁,C₂,...,C_k}；

从聚类样本集中随机选取k个样本作为初始的k个质心：{μ₁,μ₂,...μ_k}；

计算样本x_i,i＝1,2,...,n与质心μ_j,j＝1,2,...,k之间的距离d_ij，

其中最小的d_ij所对应的簇类别为λ_i，将x_i分配到λ_i的簇中，此时更新

重新计算质心：

直至质心不在发生变化，或者达到最大循环次数N，输出C＝{C₁,C₂,...,C_k}。

计算输出簇的平均值，选取其中最小值作为该家电的安全电压阈值。

可选的，所述确定顺序启动所需要的退避时间t_bake-off具体包括：在[0,W_j-1]中随机选择t_{back_off}的数值；其中，W_j为当前时间窗口，j表示本次启动重复计算的次数，

其中，max代表最大退避次数，避免退避时间过大，由用户设定。

本发明另外提供一种基于电压监测的电采暖设备控制系统，所述系统包括：

分析样本获取模块，用于获取安全电压阈值分析样本；

安全电压阈值计算模块，用于基于所述样本计算电采暖设备的安全电压阈值；

温度采集模块，用于实时采集室内温度；

第一判断模块，用于判断当前室内温度是否高于预先设定的最低室温，得到第一判断结果，若第一判断结果表示当前室内温度高于预先设定的最低室温，则不达到启动要求，则重新采集室内温度；

电压数据采集模块，用于实时采集家电电压数据；

第二判断模块，用于判断当前电压数据是否低于所述安全电压阈值，得到第二判断结果，若第二判断结果表示当前电压数据低于所述安全电压阈值，则重新采集室内温度；

退避时间确定模块，用于确定顺序启动所需要的退避时间t_bake-off；

第三判断模块，用于延时所述退避时间t_bake-off并判断当前电压值是否低于所述安全电压阈值，得到第三判断结果，若第三判断结果表示当前电压值低于所述安全电压阈值则重新确定退避时间；

启动模块，用于启动电采暖设备；

工作时间计时模块，用于计时工作时间；

第四判断模块，用于判断连续工作时间是否大于预先设定的工作时间或当前室温是否大于预先设定的最高室温，得到第四判断结果，若第四判断结果表示连续工作时间大于预先设定的工作时间或当前室温大于预先设定的最高室温，则重复上一模块；

循环模块，用于关闭电采暖设备，进行下一轮控制。

可选的，所述分析样本获取模块具体包括：

抽取电采暖设备正常启动的电压数据形成数据组，得到安全电压阈值分析样本；所述数据组主要属性包括启动时间、电采暖设备编号以及电采暖设备启动前电压值。

可选的，所述安全电压阈值计算模块具体包括：

聚类单元，用于对所述分析样本进行聚类，得到聚类样本集；

输出簇划分模块，用于输入所述聚类样本集D＝{x₁,x₂,...,x_n}，输出划分为k个簇C＝{C₁,C₂,...,C_k}；

质心确定单元，用于从聚类样本集中随机选取k个样本作为初始的k个质心：{μ₁,μ₂,...μ_k}；

距离计算单元，用于计算样本x_i,i＝1,2,...,n与质心μ_j,j＝1,2,...,k之间的距离d_ij，

更新单元，用于最小的d_ij所对应的簇类别为λ_i，将x_i分配到λ_i的簇中，此时更新

质心计算单元，用于重新计算质心：

直至质心不在发生变化，或者达到最大循环次数N，输出C＝{C₁,C₂,...,C_k}。

安全电压阈值确定单元，用于计算输出簇的平均值，选取其中最小值作为该家电的安全电压阈值。

可选的，所述退避时间确定模块具体包括：

在[0,W_j-1]中随机选择t_{back_off}的数值；其中，W_j为当前时间窗口，j表示本次启动重复计算的次数，

其中，max表示最大退避次数，为了避免退避时间过大，由用户设定。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明中的一种基于电压监测的电采暖设备控制方法及系统，根据采集到的一周的电采暖设备电压数据，计算电采暖设备的安全电压阈值；实时监测电采暖设备的电压数据和室温，确定电采暖设备安全用电的控制策略，实现了同一供电网下所属电采暖设备的安全控制，能够针对电采暖用电设备，在保证用户正常取暖的前提下，避免负荷过载，保证采暖区域供电网安全稳定供电，本发明适用于家庭供电网，也适用于村级供电网。

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为本发明实施例基于电压监测的电采暖设备控制方法流程图；

图2为本发明实施例基于电压监测的电采暖设备控制系统结构示意图。

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基于电压监测的电采暖设备控制方法及系统，在冬季取暖用电高峰期，通过电采暖设备历史电压数据，计算电采暖设备的安全电压阈值，并实时监测电采暖设备的电压数据和室温，结合安全电压阈值对电采暖设备进行有序用电控制，防止出现负荷过载现象，保证用户正常的冬季取暖和生活用电。

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。

图1为本发明实施例基于电压监测的电采暖设备控制方法流程图，如图1所示，所述方法包括：

步骤101：获取安全电压阈值分析样本。

具体的，是根据采集到的一周电采暖设备电压数据，计算电采暖设备的安全电压阈值。

电采暖设备的安全电压阈值，即允许电采暖设备开启工作的最低电压，若当前电压低于电采暖设备的安全电压阈值，电采暖设备开始工作则供电网络过载，电采暖设备跳闸断电。

获取步骤如下：

从数据模块中的历史电采暖设备电压监测数据中选取最近一周内的数据，其电压数据的主要属性包括时间，电采暖设备编号，电采暖设备当前时间运行状态，电采暖设备当前时间的电压值。数据由物联网终端感知器采集，暂时储存在物联网终端中，后发送至数据存储云端统一存储，其采集间隔为1s。抽取电采暖设备正常启动的电压数据形成数据组，数据组主要属性包括启动时间，电采暖设备编号，电采暖设备启动前电压值形成安全电压阈值分析样本。

步骤102：基于所述样本计算电采暖设备的安全电压阈值。

具体步骤如下：

对所述分析样本采用K-means算法进行聚类，得到聚类样本集；

输入所述聚类样本集D＝{x₁,x₂,...,x_n}，输出划分为k个簇C＝{C₁,C₂,...,C_k}；

从聚类样本集中随机选取k个样本作为初始的k个质心：{μ₁,μ₂,...μ_k}；

计算样本x_i,i＝1,2,...,n与质心μ_j,j＝1,2,...,k之间的距离d_ij，

其中最小的d_ij所对应的簇类别为λ_i，将x_i分配到λ_i的簇中，此时更新

重新计算质心：

直至质心不在发生变化，或者达到最大循环次数N，输出C＝{C₁,C₂,...,C_k}。

计算输出簇的平均值，选取其中最小值作为该家电的安全电压阈值。

以下步骤103-步骤112为家电安全用电的控制策略，控制流程如下：

首先，输入电采暖设备的最低室温T_L、最高室温T_H和工作时间t_work，温度和工作时间的数值可由用户自主调整。

步骤103：实时采集室内温度。

步骤104：判断当前室内温度是否高于预先设定的最低室温，得到第一判断结果，若第一判断结果表示当前室内温度高于预先设定的最低室温，则不达到启动要求，则重新采集室内温度。

步骤105：实时采集家电电压数据。

步骤106：判断当前电压数据是否低于所述安全电压阈值，得到第二判断结果，若第二判断结果表示当前电压数据低于所述安全电压阈值，则重新采集室内温度。

步骤107：确定顺序启动所需要的退避时间t_bake-off。

退避时间采用二进制指数退避时间，计算方法如下：

t_{back_off}的数值在[0,W_j-1]中随机选择，W_j为当前时间窗口，j表示本次启动重复计算的次数。本次启动的首次计算中，时间窗口W₀数值为W，重复一次W_j数值加倍，直至达到最大值W_max＝2^maxW保持不变，直至本次启动成功，下次启动重新计算。公式如下：

步骤108：延时所述退避时间t_bake-off并判断当前电压值是否低于所述安全电压阈值，得到第三判断结果，若第三判断结果表示当前电压值低于所述安全电压阈值则重新确定退避时间。

步骤109：启动电采暖设备。

步骤110：计时工作时间。

步骤111：判断连续工作时间是否大于预先设定的工作时间或当前室温是否大于预先设定的最高室温，得到第四判断结果，若第四判断结果表示连续工作时间大于预先设定的工作时间或当前室温大于预先设定的最高室温，则重复上一步骤。

步骤112：关闭电采暖设备，进行下一轮控制。

图2为本发明实施例一种基于电压监测的电采暖设备控制系统结构示意图，所述系统包括：

分析样本获取模块201，用于获取安全电压阈值分析样本；

安全电压阈值计算模块202，用于基于所述样本计算电采暖设备的安全电压阈值；

温度采集模块203，用于实时采集室内温度；

第一判断模块204，用于判断当前室内温度是否高于预先设定的最低室温，得到第一判断结果，若第一判断结果表示当前室内温度高于预先设定的最低室温，则不达到启动要求，则重新采集室内温度；

电压数据采集模块205，用于实时采集家电电压数据；

第二判断模块206，用于判断当前电压数据是否低于所述安全电压阈值，得到第二判断结果，若第二判断结果表示当前电压数据低于所述安全电压阈值，则重新采集室内温度；

退避时间确定模块207，用于确定顺序启动所需要的退避时间t_bake-off；

第三判断模块208，用于延时所述退避时间t_bake-off并判断当前电压值是否低于所述安全电压阈值，得到第三判断结果，若第三判断结果表示当前电压值低于所述安全电压阈值则重新确定退避时间；

启动模块209，用于启动电采暖设备；

工作时间计时模块210，用于计时工作时间；

第四判断模块211，用于判断连续工作时间是否大于预先设定的工作时间或当前室温是否大于预先设定的最高室温，得到第四判断结果，若第四判断结果表示连续工作时间大于预先设定的工作时间或当前室温大于预先设定的最高室温，则重复上一模块；

循环模块212，用于关闭电采暖设备，进行下一轮控制。

具体的，所述分析样本获取模块201具体包括：

抽取电采暖设备正常启动的电压数据形成数据组，得到安全电压阈值分析样本；所述数据组主要属性包括启动时间、电采暖设备编号以及电采暖设备启动前电压值。

所述安全电压阈值计算模块202具体包括：

聚类单元，用于对所述分析样本进行聚类，得到聚类样本集；

输出簇划分模块，用于输入所述聚类样本集D＝{x₁,x₂,...,x_n}，输出划分为k个簇C＝{C₁,C₂,...,C_k}；

质心确定单元，用于从聚类样本集中随机选取k个样本作为初始的k个质心：{μ₁,μ₂,...μ_k}；

距离计算单元，用于计算样本x_i,i＝1,2,...,n与质心μ_j,j＝1,2,...,k之间的距离d_ij，

更新单元，用于最小的d_ij所对应的簇类别为λ_i，将x_i分配到λ_i的簇中，此时更新

质心计算单元，用于重新计算质心：

直至质心不在发生变化，或者达到最大循环次数N，输出C＝{C₁,C₂,...,C_k}。

安全电压阈值确定单元，用于计算输出簇的平均值，选取其中最小值作为该家电的安全电压阈值。

所述退避时间207确定模块具体包括：

在[0,W_j-1]中随机选择t_{back_off}的数值；其中，W_j为当前时间窗口，j表示本次启动重复计算的次数，

其中，max表示最大退避次数，为了避免退避时间过大，由用户设定。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

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 (8)

1.一种基于电压监测的电采暖设备控制方法，其特征在于，所述方法包括：

获取安全电压阈值分析样本；

基于所述样本计算电采暖设备的安全电压阈值；

实时采集室内温度；

判断当前室内温度是否高于预先设定的最低室温，得到第一判断结果，若第一判断结果表示当前室内温度高于预先设定的最低室温，则不达到启动要求，则重新采集室内温度；

实时采集家电电压数据；

判断当前电压数据是否低于所述安全电压阈值，得到第二判断结果，若第二判断结果表示当前电压数据低于所述安全电压阈值，则重新采集室内温度；

确定顺序启动所需要的退避时间t_bake-off；

延时所述退避时间t_bake-off并判断当前电压值是否低于所述安全电压阈值，得到第三判断结果，若第三判断结果表示当前电压值低于所述安全电压阈值则重新确定退避时间；

启动电采暖设备；

计时工作时间；

判断连续工作时间是否大于预先设定的工作时间或当前室温是否大于预先设定的最高室温，得到第四判断结果，若第四判断结果表示连续工作时间大于预先设定的工作时间或当前室温大于预先设定的最高室温，则重复上一步骤；

关闭电采暖设备，进行下一轮控制。

2.根据权利要求1所述的基于电压监测的电采暖设备控制方法，其特征在于，所述获取安全电压阈值分析样本具体包括：

抽取电采暖设备正常启动的电压数据形成数据组，得到安全电压阈值分析样本；所述数据组主要属性包括启动时间、电采暖设备编号以及电采暖设备启动前电压值。

3.根据权利要求1所述的基于电压监测的电采暖设备控制方法，其特征在于，所述基于所述样本计算电采暖设备的安全电压阈值具体包括：

对所述分析样本进行聚类，得到聚类样本集；

输入所述聚类样本集D＝{x₁,x₂,...,x_n}，输出划分为k个簇C＝{C₁,C₂,...,C_k}；

从聚类样本集中随机选取k个样本作为初始的k个质心：{μ₁,μ₂,...μ_k}；

计算样本x_i,i＝1,2,...,n与质心μ_j,j＝1,2,...,k之间的距离d_ij，

其中最小的d_ij所对应的簇类别为λ_i，将x_i分配到λ_i的簇中，此时更新

重新计算质心：

直至质心不在发生变化，或者达到最大循环次数N，输出C＝{C₁,C₂,...,C_k}。

计算输出簇的平均值，选取其中最小值作为该家电的安全电压阈值。

4.根据权利要求1所述的基于电压监测的电采暖设备控制方法，其特征在于，所述确定顺序启动所需要的退避时间t_bake-off具体包括：

在[0,W_j-1]中随机选择t_{back_off}的数值；其中，W_j为当前时间窗口，j表示本次启动重复计算的次数，

5.一种基于电压监测的电采暖设备控制系统，其特征在于，所述系统包括：

分析样本获取模块，用于获取安全电压阈值分析样本；

安全电压阈值计算模块，用于基于所述样本计算电采暖设备的安全电压阈值；

温度采集模块，用于实时采集室内温度；

第一判断模块，用于判断当前室内温度是否高于预先设定的最低室温，得到第一判断结果，若第一判断结果表示当前室内温度高于预先设定的最低室温，则不达到启动要求，则重新采集室内温度；

电压数据采集模块，用于实时采集家电电压数据；

第二判断模块，用于判断当前电压数据是否低于所述安全电压阈值，得到第二判断结果，若第二判断结果表示当前电压数据低于所述安全电压阈值，则重新采集室内温度；

退避时间确定模块，用于确定顺序启动所需要的退避时间t_bake-off；

第三判断模块，用于延时所述退避时间t_bake-off并判断当前电压值是否低于所述安全电压阈值，得到第三判断结果，若第三判断结果表示当前电压值低于所述安全电压阈值则重新确定退避时间；

启动模块，用于启动电采暖设备；

工作时间计时模块，用于计时工作时间；

第四判断模块，用于判断连续工作时间是否大于预先设定的工作时间或当前室温是否大于预先设定的最高室温，得到第四判断结果，若第四判断结果表示连续工作时间大于预先设定的工作时间或当前室温大于预先设定的最高室温，则重复上一模块；

循环模块，用于关闭电采暖设备，进行下一轮控制。

6.根据权利要求5所述的基于电压监测的电采暖设备控制系统，其特征在于，所述分析样本获取模块具体包括：

抽取电采暖设备正常启动的电压数据形成数据组，得到安全电压阈值分析样本；所述数据组主要属性包括启动时间、电采暖设备编号以及电采暖设备启动前电压值。

7.根据权利要求5所述的基于电压监测的电采暖设备控制系统，其特征在于，所述安全电压阈值计算模块具体包括：

聚类单元，用于对所述分析样本进行聚类，得到聚类样本集；

输出簇划分模块，用于输入所述聚类样本集D＝{x₁,x₂,...,x_n}，输出划分为k个簇C＝{C₁,C₂,...,C_k}；

质心确定单元，用于从聚类样本集中随机选取k个样本作为初始的k个质心：{μ₁,μ₂,...μ_k}；

距离计算单元，用于计算样本x_i,i＝1,2,...,n与质心μ_j,j＝1,2,...,k之间的距离d_ij，

更新单元，用于最小的d_ij所对应的簇类别为λ_i，将x_i分配到λ_i的簇中，此时更新

质心计算单元，用于重新计算质心：

直至质心不在发生变化，或者达到最大循环次数N，输出C＝{C₁,C₂,...,C_k}。

安全电压阈值确定单元，用于计算输出簇的平均值，选取其中最小值作为该家电的安全电压阈值。

8.根据权利要求5所述的基于电压监测的电采暖设备控制系统，其特征在于，所述退避时间确定模块具体包括：

在[0,W_j-1]中随机选择t_{back_off}的数值；其中，W_j为当前时间窗口，j表示本次启动重复计算的次数，

其中max代表最大退避次数。

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