CN112180155A - 一种利用紧支集的负荷开关事件检测方法和系统 - Google Patents

一种利用紧支集的负荷开关事件检测方法和系统 Download PDF

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CN112180155A CN202011068045.4A CN202011068045A CN112180155A CN 112180155 A CN112180155 A CN 112180155A CN 202011068045 A CN202011068045 A CN 202011068045A CN 112180155 A CN112180155 A CN 112180155A
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Abstract

本发明的实施例公开一种利用紧支集的负荷开关事件检测方法和系统，所述方法包括：步骤101获取按时间顺序采集的信号序列S；步骤102求取窗口长度；步骤103求取延迟信号矩阵；步骤104求取点密度函数；步骤105求取N2个紧支集函数；步骤106求取N个紧支集值；步骤107检测负荷开关事件。

Description

一种利用紧支集的负荷开关事件检测方法和系统
技术领域
本发明涉及电力领域，尤其涉及一种负荷开关事件检测方法和系统。
背景技术
随着智能电网的发展，家庭用电负荷的分析变得越来越重要。通过用电负荷的分析，家庭用户可以及时获得每个电器的用电信息，以及电费的精细化清单；电力部门可以获得更详尽的用户用电信息，并可以提高用电负荷预测的准确度，为电力部门提供统筹规划的依据。同时，利用每个电器的用电信息，可获知用户的用电行为，这对于家庭能耗评估和节能策略的研究具有指导意义。
当前用电负荷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。非侵入式负荷分解方法具有投入少、方便使用等特点，因此，该方法适用于家庭负荷用电的分解。
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。最初的事件检测以有功功率P的变化值作为事件检测的判断依据，方便且直观。这是因为任何一个用电设备的运行状态发生变化，其所消耗的功率值也必然发生改变，并且该改变也将会在所有电器所消耗的总功率中体现出来。这种方法除了需要设置功率变化值的合理阈值，还需要解决事件检测方法在实际应用中存在的问题：某些电器启动时刻的瞬时功率值会出现较大的尖峰(例如，马达启动电流远大于额定电流)，会造成电器稳态功率变化值不准确，从而影响对开关事件的判断，这种尖峰其实就是脉冲噪声；而且不同家用电器的暂态过程或长或短(脉冲噪声的持续时间和发生频率相差较大)，因此功率变化值的确定变得较为困难；由于电能质量的变化(如电压突降)有功功率会出现突变的情况，这样很可能会出现误判。(脉冲)噪声的强度很大，并且背景噪声对开关事件的正确检测有较大的影响。
现在常用的负载开关事件往往利用功率数据的变化来确定：当功率变化值超过预置的阈值时，则认为有负载开关事件发生。这种方法虽然简单易行，但由于脉冲噪声以及非线性负载的普遍使用，造成开关事件检测精度的极大下降。
因此，开关事件检测过程中，如何提高开关事件检测精度是非常重要的。负载开关事件检测是能量分解中最为重要的一步，既要检测到事件发生，同时还能确定事件发生的时刻。但是开关事件检测的精度受功率信号(功率序列)中噪声的影响较大，尤其是功率信号中普遍存在着脉冲噪声，进一步影响了检测精度。因此有效提高负载开关事件的检测精度是当前非常重要的一项工作。
发明内容
现在常用的负载开关事件往往利用功率数据的变化来确定：当功率变化值超过预置的阈值时，则认为有负载开关事件发生。这种方法虽然简单易行，但由于脉冲噪声以及非线性负载的普遍使用，造成开关事件检测精度的极大下降。
本发明的目的是提供一种利用紧支集的负荷开关事件检测方法和系统，所提出的方法利用了不同负荷开关动作时所产生的暂态功率信号差异，通过紧支集性质区分不同负荷的不同开关事件以及异常功率信号造成的异常事件。所提出的方法具有较好的开关事件检测性能，计算也非常简单。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种利用紧支集的负荷开关事件检测方法，包括：
步骤101获取按时间顺序采集的信号序列S；
步骤102求取窗口长度，具体为：窗口长度记为M，其求取公式为：
Figure BDA0002714427070000021
其中：
Figure BDA0002714427070000022
表示对
Figure BDA0002714427070000023
上取整；
σ0：所述信号序列S的均方差；
SNR：所述信号序列S的信噪比；
N：所述信号序列S的长度；
步骤103求取延迟信号矩阵，具体为：延迟信号矩阵D的第i行第j列元素为
Figure BDA0002714427070000024
其求取公式为：
Figure BDA0002714427070000025
其中：
Figure BDA0002714427070000026
为所述信号序列S的第|i+j-M|N个元素；
i＝1,2,···,N为行序号；
j＝1,2,···,N为列序号；
|i+j-M|N表示以N为模对i+j-M取余数；
步骤104求取点密度函数，具体为：点密度函数记为rk，其求取公式为：
Figure BDA0002714427070000027
其中：
k＝1,2,···,N为点密度序号；
T：所述信号序列S的采样间隔；
f0：所述信号序列S的中心频率；
步骤105求取N2个紧支集函数，具体为：序号为(i,j)的紧支集函数记为
Figure BDA0002714427070000031
其计算公式为：
Figure BDA0002714427070000032
步骤106求取N个紧支集值，具体为：所述延迟信号矩阵D的第i行矢量所对应的紧支集值为Hi，其计算公式为：
Figure BDA0002714427070000033
其中：*表示卷积运算；
步骤107检测负荷开关事件，具体为：如果第i个所述紧支集值Hi不为零，则在所述信号序列S的第i点处，检测到负荷开关事件；否则未检测到负荷开关事件。
一种利用紧支集的负荷开关事件检测系统，包括：
模块201获取按时间顺序采集的信号序列S；
模块202求取窗口长度，具体为：窗口长度记为M，其求取公式为：
Figure BDA0002714427070000034
其中：
Figure BDA0002714427070000035
表示对
Figure BDA0002714427070000036
上取整；
σ0：所述信号序列S的均方差；
SNR：所述信号序列S的信噪比；
N：所述信号序列S的长度；
模块203求取延迟信号矩阵，具体为：延迟信号矩阵D的第i行第j列元素为
Figure BDA0002714427070000037
其求取公式为：
Figure BDA0002714427070000038
其中：
Figure BDA0002714427070000039
为所述信号序列S的第|i+j-M|N个元素；
i＝1,2,···,N为行序号；
j＝1,2,···,N为列序号；
|i+j-M|N表示以N为模对i+j-M取余数；
模块204求取点密度函数，具体为：点密度函数记为rk，其求取公式为：
Figure BDA0002714427070000041
其中：
k＝1,2,···,N为点密度序号；
T：所述信号序列S的采样间隔；
f0：所述信号序列S的中心频率；
模块205求取N2个紧支集函数，具体为：序号为(i,j)的紧支集函数记为
Figure BDA0002714427070000042
其计算公式为：
Figure BDA0002714427070000043
模块206求取N个紧支集值，具体为：所述延迟信号矩阵D的第i行矢量所对应的紧支集值为Hi，其计算公式为：
Figure BDA0002714427070000044
其中：*表示卷积运算；
模块207检测负荷开关事件，具体为：如果第i个所述紧支集值Hi不为零，则在所述信号序列S的第i点处，检测到负荷开关事件；否则未检测到负荷开关事件。
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：
现在常用的负载开关事件往往利用功率数据的变化来确定：当功率变化值超过预置的阈值时，则认为有负载开关事件发生。这种方法虽然简单易行，但由于脉冲噪声以及非线性负载的普遍使用，造成开关事件检测精度的极大下降。
本发明的目的是提供一种利用紧支集的负荷开关事件检测方法和系统，所提出的方法利用了不同负荷开关动作时所产生的暂态功率信号差异，通过紧支集性质区分不同负荷的不同开关事件以及异常功率信号造成的异常事件。所提出的方法具有较好的开关事件检测性能，计算也非常简单。
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，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为本发明的方法流程示意图；
图2为本发明的系统流程示意图；
图3为本发明的具体实施案例流程示意图。
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。
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1一种利用紧支集的负荷开关事件检测方法的流程示意图
图1为本发明一种利用紧支集的负荷开关事件检测方法的流程示意图。如图1所示，所述的一种利用紧支集的负荷开关事件检测方法具体包括以下步骤：
步骤101获取按时间顺序采集的信号序列S；
步骤102求取窗口长度，具体为：窗口长度记为M，其求取公式为：
Figure BDA0002714427070000051
其中：
Figure BDA0002714427070000052
表示对
Figure BDA0002714427070000053
上取整；
σ0：所述信号序列S的均方差；
SNR：所述信号序列S的信噪比；
N：所述信号序列S的长度；
步骤103求取延迟信号矩阵，具体为：延迟信号矩阵D的第i行第j列元素为
Figure BDA0002714427070000054
其求取公式为：
Figure BDA0002714427070000055
其中：
Figure BDA0002714427070000056
为所述信号序列S的第|i+j-M|N个元素；
i＝1,2,···,N为行序号；
j＝1,2,···,N为列序号；
|i+j-M|N表示以N为模对i+j-M取余数；
步骤104求取点密度函数，具体为：点密度函数记为rk，其求取公式为：
Figure BDA0002714427070000061
其中：
k＝1,2,···,N为点密度序号；
T：所述信号序列S的采样间隔；
f0：所述信号序列S的中心频率；
步骤105求取N2个紧支集函数，具体为：序号为(i,j)的紧支集函数记为
Figure BDA0002714427070000062
其计算公式为：
Figure BDA0002714427070000063
步骤106求取N个紧支集值，具体为：所述延迟信号矩阵D的第i行矢量所对应的紧支集值为Hi，其计算公式为：
Figure BDA0002714427070000064
其中：*表示卷积运算；
步骤107检测负荷开关事件，具体为：如果第i个所述紧支集值Hi不为零，则在所述信号序列S的第i点处，检测到负荷开关事件；否则未检测到负荷开关事件。
图2一种利用紧支集的负荷开关事件检测系统的结构意图
图2为本发明一种利用紧支集的负荷开关事件检测系统的结构示意图。如图2所示，所述一种利用紧支集的负荷开关事件检测系统包括以下结构：
模块201获取按时间顺序采集的信号序列S；
模块202求取窗口长度，具体为：窗口长度记为M，其求取公式为：
Figure BDA0002714427070000065
其中：
Figure BDA0002714427070000066
表示对
Figure BDA0002714427070000067
上取整；
σ0：所述信号序列S的均方差；
SNR：所述信号序列S的信噪比；
N：所述信号序列S的长度；
模块203求取延迟信号矩阵，具体为：延迟信号矩阵D的第i行第j列元素为
Figure BDA0002714427070000071
其求取公式为：
Figure BDA0002714427070000072
其中：
Figure BDA0002714427070000073
为所述信号序列S的第|i+j-M|N个元素；
i＝1,2,···,N为行序号；
j＝1,2,···,N为列序号；
|i+j-M|N表示以N为模对i+j-M取余数；
模块204求取点密度函数，具体为：点密度函数记为rk，其求取公式为：
Figure BDA0002714427070000074
其中：
k＝1,2,···,N为点密度序号；
T：所述信号序列S的采样间隔；
f0：所述信号序列S的中心频率；
模块205求取N2个紧支集函数，具体为：序号为(i,j)的紧支集函数记为
Figure BDA0002714427070000075
其计算公式为：
Figure BDA0002714427070000076
模块206求取N个紧支集值，具体为：所述延迟信号矩阵D的第i行矢量所对应的紧支集值为Hi，其计算公式为：
Figure BDA0002714427070000077
其中：*表示卷积运算；
模块207检测负荷开关事件，具体为：如果第i个所述紧支集值Hi不为零，则在所述信号序列S的第i点处，检测到负荷开关事件；否则未检测到负荷开关事件。
下面提供一个具体实施案例，进一步说明本发明的方案
图3为本发明具体实施案例的流程示意图。如图3所示，具体包括以下步骤：
步骤301获取按时间顺序采集的信号序列S；
步骤302求取窗口长度，具体为：窗口长度记为M，其求取公式为：
Figure BDA0002714427070000081
其中：
Figure BDA0002714427070000082
表示对
Figure BDA0002714427070000083
上取整；
σ0：所述信号序列S的均方差；
SNR：所述信号序列S的信噪比；
N：所述信号序列S的长度；
步骤303求取延迟信号矩阵，具体为：延迟信号矩阵D的第i行第j列元素为
Figure BDA0002714427070000084
其求取公式为：
Figure BDA0002714427070000085
其中：
Figure BDA0002714427070000086
为所述信号序列S的第|i+j-M|N个元素；
i＝1,2,···,N为行序号；
j＝1,2,···,N为列序号；
|i+j-M|N表示以N为模对i+j-M取余数；
步骤304求取点密度函数，具体为：点密度函数记为rk，其求取公式为：
Figure BDA0002714427070000087
其中：
k＝1,2,···,N为点密度序号；
T：所述信号序列S的采样间隔；
f0：所述信号序列S的中心频率；
步骤305求取N2个紧支集函数，具体为：序号为(i,j)的紧支集函数记为
Figure BDA0002714427070000088
其计算公式为：
Figure BDA0002714427070000089
步骤306求取N个紧支集值，具体为：所述延迟信号矩阵D的第i行矢量所对应的紧支集值为Hi，其计算公式为：
Figure BDA0002714427070000091
其中：*表示卷积运算；
步骤307检测负荷开关事件，具体为：如果第i个所述紧支集值Hi不为零，则在所述信号序列S的第i点处，检测到负荷开关事件；否则未检测到负荷开关事件。
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，所以描述较为简单，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 (2)

1.一种利用紧支集的负荷开关事件检测方法，其特征在于，包括：
步骤101获取按时间顺序采集的信号序列S；
步骤102求取窗口长度，具体为：窗口长度记为M，其求取公式为：
Figure FDA0002714427060000011
其中：
Figure FDA0002714427060000012
表示对
Figure FDA0002714427060000013
上取整；
σ0：所述信号序列S的均方差；
SNR：所述信号序列S的信噪比；
N：所述信号序列S的长度；
步骤103求取延迟信号矩阵，具体为：延迟信号矩阵D的第i行第j列元素为
Figure FDA0002714427060000014
其求取公式为：
Figure FDA0002714427060000015
其中：
Figure FDA0002714427060000019
为所述信号序列S的第|i+j-M|N个元素；
i＝1,2,···,N为行序号；
j＝1,2,···,N为列序号；
|i+j-M|N表示以N为模对i+j-M取余数；
步骤104求取点密度函数，具体为：点密度函数记为rk，其求取公式为：
Figure FDA0002714427060000016
其中：
k＝1,2,···,N为点密度序号；
T：所述信号序列S的采样间隔；
f0：所述信号序列S的中心频率；
步骤105求取N2个紧支集函数，具体为：序号为(i,j)的紧支集函数记为
Figure FDA0002714427060000017
其计算公式为：
Figure FDA0002714427060000018
步骤106求取N个紧支集值，具体为：所述延迟信号矩阵D的第i行矢量所对应的紧支集值为Hi，其计算公式为：
Figure FDA0002714427060000021
其中：*表示卷积运算；
步骤107检测负荷开关事件，具体为：如果第i个所述紧支集值Hi不为零，则在所述信号序列S的第i点处，检测到负荷开关事件；否则未检测到负荷开关事件。
2.一种利用紧支集的负荷开关事件检测系统，其特征在于，包括：
模块201获取按时间顺序采集的信号序列S；
模块202求取窗口长度，具体为：窗口长度记为M，其求取公式为：
Figure FDA0002714427060000022
其中：
Figure FDA0002714427060000023
表示对
Figure FDA0002714427060000024
上取整；
σ0：所述信号序列S的均方差；
SNR：所述信号序列S的信噪比；
N：所述信号序列S的长度；
模块203求取延迟信号矩阵，具体为：延迟信号矩阵D的第i行第j列元素为
Figure FDA0002714427060000025
其求取公式为：
Figure FDA0002714427060000026
其中：
Figure FDA0002714427060000028
为所述信号序列S的第|i+j-M|N个元素；
i＝1,2,···,N为行序号；
j＝1,2,···,N为列序号；
|i+j-M|N表示以N为模对i+j-M取余数；
模块204求取点密度函数，具体为：点密度函数记为rk，其求取公式为：
Figure FDA0002714427060000027
其中：
k＝1,2,···,N为点密度序号；
T：所述信号序列S的采样间隔；
f0：所述信号序列S的中心频率；
模块205求取N2个紧支集函数，具体为：序号为(i,j)的紧支集函数记为
Figure FDA0002714427060000031
其计算公式为：
Figure FDA0002714427060000032
模块206求取N个紧支集值，具体为：所述延迟信号矩阵D的第i行矢量所对应的紧支集值为Hi，其计算公式为：
Figure FDA0002714427060000033
其中：*表示卷积运算；
模块207检测负荷开关事件，具体为：如果第i个所述紧支集值Hi不为零，则在所述信号序列S的第i点处，检测到负荷开关事件；否则未检测到负荷开关事件。
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