CN112649644B - 一种学生公寓用电安全负载学习方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及公寓用电安全的技术领域，尤其涉及一种学生公寓用电安全负载学习方法：采集稳态下待学习电器同一个周期的瞬时电压波形U_lib和瞬时电流波形I_lib，并存入学习库；采集稳态下新增负载同一个周期的瞬时电压波形U_s和瞬时电流波形I_s，以U_lib、I_lib为基准，使U_s、I_s与之同相而得到瞬时电压波形U_ss和瞬时电流波形I_ss；计算I_lib与I_ss的余弦相似度而进行判断是否继续；计算一个周期的有效值U_librms、I_librms、U_ssrms、I_ssrms，通过U_librms和U_ssrms比值与I_librms和I_ssrms比值之间的比较来判断新增负载是否与学习库匹配。本发明的目的就是针对现有技术中存在的缺陷提供一种学生公寓用电安全负载学习方法，通过采用学习库录入待学习电器数据的方法，对新增负载进行匹配检测，提高了安全性和实用性。

Description

一种学生公寓用电安全负载学习方法

技术领域

本发明涉及公寓用电安全的技术领域，尤其涉及一种学生公寓用电安全负载学习方法。

背景技术

考虑到用电安全，学生公寓通常是不允许使用热得快，电烧水壶这类阻性电器的，但为了方便学生生活又会配置同为阻性性质的热水器和饮水机。现有的解决方法是禁止所有这类电器，而后设置热水器和饮水机功率区间学习库，通过比对学习库中的功率范围，为热水器和饮水机放行。

但以上方法的最大问题在于受电压波动的影响比较大，电压变化后功率随之变化，从而导致在使用功率区间解决学习问题时，或者需要增大学习区间，但会增大非放行电器的放行风险，或者保持区间不变，则需承受功率区间失效的可能。

鉴于上述问题，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期设计学生公寓用电安全负载学习方法，通过采用学习库录入待学习电器数据的方法，对新增负载进行匹配检测，提高了安全性和实用性。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术中存在的缺陷提供一种学生公寓用电安全负载学习方法，通过采用学习库录入待学习电器数据的方法，对新增负载进行匹配检测，提高了安全性和实用性。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种学生公寓用电安全负载学习方法，包括如下步骤：

步骤一，创建学习库，采集稳态下待学习电器同一个周期的瞬时电压波形U_lib和瞬时电流波形I_lib，并存入所述学习库中；

步骤二，当有新增负载输入时，采集稳态下新增负载同一个周期的瞬时电压波形U_s和瞬时电流波形I_s；

步骤三，以瞬时电压波形U_lib和瞬时电流波形I_lib为基准，使瞬时电压波形U_s与瞬时电压波形U_lib同相，瞬时电流波形I_s与瞬时电流波形I_lib同相，分别得到同相后的瞬时电压波形U_ss和瞬时电流波形I_ss；

步骤四，计算瞬时电流波形I_lib与瞬时电流波形I_ss的余弦相似度I_xcosp，当I_xcosp≤α，则新增负载与所述学习库不匹配，计算结束，当I_xcosp>α，则进行下一步骤，其中α为相似度门限值，根据待学习电器情况设定；

步骤五，分别计算瞬时电压波形U_lib、瞬时电流波形I_lib、瞬时电压波形U_ss、瞬时电流波形I_ss一个周期的有效值U_librms、I_librms、U_ssrms、I_ssrms，通过有效值U_librms与U_ssrms的比值求得U_rate， I_librms和I_ssrms的比值求得I_rate；

步骤六，根据I_rate 计算出高门限电流值I_rateup和低门限电流值I_ratelow；I_rateup和I_ratelow的算法为：

I_rateup = I_rate*(1+δ)

I_ratelow = I_rate*(1-δ)

式中δ为缩放比例，根据待学习电器情况设定；

步骤七，分别将U_rate与I_ratelow和I_rateup进行比较，若满足设定结果，则新增负载与所述学习库匹配，若否，则计算结束；

重复执行步骤二~步骤七。

进一步地，其特征在于，所述步骤七中，当I_ratelow≤ U_rate≤ I_rateup，则新增负载与所述学习库匹配；当U_rate＜I_ratelow和/或U_rate＞ I_rateup，则新增负载与所述学习库不匹配，计算结束。

进一步地，所述步骤二中，瞬时电流波形I_s采用如下计算方法：

记新增负载接入前待学习电器稳态下一个周期的瞬时电流波形I₀；

记新增负载接入后稳态下一个周期采集的瞬时电流波形I₁；

以新增负载接入后的稳态为基准，使接入前稳态下的电流与接入后稳态下的电流同相，得到移相后的新增负载接入前稳态下瞬时电流波形I_0s；

通过公式I_s = I₁ - I_0s求得所述瞬时电流波形I_s。

进一步地，所述步骤二中，瞬时电压波形U_s采用如下计算方法：

记新增负载接入后稳态下与瞬时电流波形I₁同一个周期采集的瞬时电压波形U₁；

通过公式U_s = U₁求得所述瞬时电流波形U_s。

进一步地，所述步骤五中，有效值U_librms的算法为：

U_librms=

式中N为一个周期的采样点数，U_libt为每个采样点处的瞬时电压波形。

进一步地，所述步骤五中，有效值_Ilibrms的算法为：

I_librms=

式中N为一个周期的采样点数，I_libt为每个采样点处的瞬时电流波形。

进一步地，所述步骤五中，有效值U_ssrms的算法为：

U_ssrms =

式中N为一个周期的采样点数，U_sst为每个采样点处的同相后的瞬时电压波形。

进一步地，所述步骤五中，有效值I_ssrms的算法为：

I_ssrms =

式中N为一个周期的采样点数，I_sst为每个采样点处的同相后的瞬时电流波形。

进一步地，所述步骤一和步骤二中，波形的采集均以电压过零点时刻开始，同时采集同一个周期的电流值和电压值。

通过本发明的技术方案，可实现以下技术效果：

通过采用学习库录入待学习电器数据的方法，对新增负载进行匹配检测，提高了安全性和实用性，针对新增负载的判断以及瞬时电压波形和瞬时电流波形的采集是循环往复持续进行的，从而有效的适应了实际环境中供电的波动情况，作为比较标准的待学习电器与新增负载处于同样的供电环境中，从而使得针对电器的放行标准随供电的波动而变化，既避免了非放行电器的放行风险，又保证了所需电器的有效放行。这种学习算法解决的问题是同一电器在不同电压下会表现出不同的电流、功率。在一个电压值下学习好电器的电流特性，电压发生波动后，学习好的特性就很可能失效。本学习算法的主要优势是避免了学习负载受电压波动的影响，适用场景更广，准确度更高。

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，下面将对实施例或现有技术描述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中记载的一些实施例，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为本发明实施例中学生公寓用电安全负载学习方法的流程图。

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。

一种学生公寓用电安全负载学习方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤一，创建学习库，采集稳态下待学习电器同一个周期的瞬时电压波形U_lib和瞬时电流波形I_lib，并存入学习库中；

步骤二，当有新增负载输入时，采集稳态下新增负载同一个周期的瞬时电压波形U_s和瞬时电流波形I_s；

步骤三，以瞬时电压波形U_lib和瞬时电流波形I_lib为基准，使瞬时电压波形U_s与瞬时电压波形U_lib同相，瞬时电流波形I_s与瞬时电流波形I_lib同相，分别得到同相后的瞬时电压波形U_ss和瞬时电流波形I_ss；

步骤四，计算瞬时电流波形I_lib与瞬时电流波形I_ss的余弦相似度I_xcosp，当I_xcosp≤α，则新增负载与学习库不匹配，计算结束，当I_xcosp>α，则进行下一步骤，其中α为相似度门限值，根据待学习电器情况设定；

步骤五，分别计算瞬时电压波形U_lib、瞬时电流波形I_lib、瞬时电压波形U_ss、瞬时电流波形I_ss一个周期的有效值U_librms、I_librms、U_ssrms、I_ssrms，通过有效值U_librms与U_ssrms的比值求得U_rate， I_librms和I_ssrms的比值求得I_rate；

步骤六，根据I_rate 计算出高门限电流值I_rateup和低门限电流值I_ratelow；I_rateup和I_ratelow的算法为：

I_rateup = I_rate*(1+δ)

I_ratelow = I_rate*(1-δ)

式中δ为缩放比例，根据待学习电器情况设定；

步骤七，分别将U_rate与I_ratelow和I_rateup进行比较，若满足设定结果，则新增负载与学习库匹配，若否，则计算结束；

重复执行步骤二~步骤七。

在上述实施例的步骤三中，以瞬时电压波形U_lib和瞬时电流波形I_lib为基准对瞬时电压波形U_s和瞬时电流波形I_s进行调整，有效的保证了对电器放行标准的时效性，适应了供电环境的波动情况；在步骤四中，通过余弦相似度I_xcosp与相似度门限值α的比较实现了数据的剔除，通过第一次相似度的比较判断有效的降低了数据的处理难度，在本发明中，优选α取0.9，同样的，此项数据的剔除根据待学习电器的具体情况进行，相对提高了准确性；步骤五中，通过电压有效值的比值和电流有效值的比值获得了供后续进行数据比对的常数，其中，以电流比值作为电压比值的比较基准，实现了第二次相似度的比较判断，从而有效的实现了数据判断的准确度。

本发明整个技术方案通过采用学习库录入待学习电器数据的方法，对新增负载进行匹配检测，提高了安全性和实用性，针对新增负载的判断以及瞬时电压波形和瞬时电流波形的采集是循环往复持续进行的，从而有效的适应了实际环境中供电的波动情况，作为比较标准的待学习电器与新增负载处于同样的供电环境中，从而使得针对电器的放行标准随供电的波动而变化，既避免了非放行电器的放行风险，又保证了所需电器的有效放行。

步骤六的I_rateup和I_ratelow的算法中，式中δ为缩放比例，根据待学习电器情况设定，针对不同的待学习电器可通过δ的调整获得不同的放行标准，当δ取值较大时，放行标准较为宽泛，而当δ取值较小时，放行标准较为严格，在实际的学习过程中，优选δ为0.05。I_ratelow和I_rateup以I_rate按照设定算法计算得出，始终保证了数据的关联度。

作为上述实施例的优选，步骤七中，当I_ratelow≤ U_rate≤ I_rateup，则新增负载与学习库匹配；当U_rate＜I_ratelow和/或U_rate＞ I_rateup，则新增负载与学习库不匹配，计算结束。

作为上述实施例的优选，步骤二中，瞬时电流波形I_s采用如下计算方法：

步骤2.1，记新增负载接入前待学习电器稳态下一个周期的瞬时电流波形I₀；

步骤2.2，记新增负载接入后稳态下一个周期采集的瞬时电流波形I₁；

步骤2.3，以新增负载接入后的稳态为基准，使接入前稳态下的电流与接入后稳态下的电流同相，得到移相后的新增负载接入前稳态下瞬时电流波形I_0s；

步骤2.4，通过公式I_s = I₁ - I_0s求得瞬时电流波形I_s。

而就瞬时电压波形U_s的计算，则如下计算方法：

记新增负载接入后稳态下与瞬时电流波形I₁同一个周期采集的瞬时电压波形U₁；通过公式U_s = U₁求得瞬时电流波形U_s。

作为上述实施例的优选步骤五中，有效值U_librms的算法为：

U_librms=

式中N为一个周期的采样点数，U_libt为每个采样点处的瞬时电压波形。

出于同样的目的，步骤五中，有效值_Ilibrms的算法为：

I_librms=

有效值U_ssrms的算法为：

U_ssrms =

有效值I_ssrms的算法为：

I_ssrms =

式中N为一个周期的采样点数，I_libt为每个采样点处的瞬时电流波形。

作为上述实施例的优选，步骤一和步骤二中，波形的采集均以电压过零点时刻开始，同时采集同一个周期的电流值和电压值，可有效保证数据采集的准确性。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种学生公寓用电安全负载学习方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，创建学习库，采集稳态下待学习电器同一个周期的瞬时电压波形U_lib和瞬时电流波形I_lib，并存入所述学习库中；

步骤二，当有新增负载输入时，采集稳态下新增负载同一个周期的瞬时电压波形U_s和瞬时电流波形I_s；

步骤三，以瞬时电压波形U_lib和瞬时电流波形I_lib为基准，使瞬时电压波形U_s与瞬时电压波形U_lib同相，瞬时电流波形I_s与瞬时电流波形I_lib同相，分别得到同相后的瞬时电压波形U_ss和瞬时电流波形I_ss；

步骤四，计算瞬时电流波形I_lib与瞬时电流波形I_ss的余弦相似度I_xcosp，当I_xcosp≤α，则新增负载与所述学习库不匹配，计算结束，当I_xcosp>α，则进行下一步骤，其中α为相似度门限值，根据待学习电器情况设定；

步骤五，分别计算瞬时电压波形U_lib、瞬时电流波形I_lib、瞬时电压波形U_ss、瞬时电流波形I_ss一个周期的有效值U_librms、I_librms、U_ssrms、I_ssrms，通过有效值U_librms与U_ssrms的比值求得U_rate， I_librms和I_ssrms的比值求得I_rate；

步骤六，根据I_rate 计算出高门限电流值I_rateup和低门限电流值I_ratelow；I_rateup和I_ratelow的算法为：

I_rateup = I_rate*(1+δ)

I_ratelow = I_rate*(1-δ)

式中δ为缩放比例，根据待学习电器情况设定；

步骤七，分别将U_rate与I_ratelow和I_rateup进行比较，若满足设定结果，则新增负载与所述学习库匹配，若否，则计算结束；

重复执行步骤二~步骤七。

2.根据权利要求1所述的学生公寓用电安全负载学习方法，其特征在于，所述步骤七中，当I_ratelow≤ U_rate≤ I_rateup，则新增负载与所述学习库匹配；当U_rate＜_Iratelow和/或U_rate＞I_rateup，则新增负载与所述学习库不匹配，计算结束。

3.根据权利要求1所述的学生公寓用电安全负载学习方法，其特征在于，所述步骤二中，瞬时电流波形I_s采用如下计算方法：

记新增负载接入前待学习电器稳态下一个周期的瞬时电流波形I₀；

记新增负载接入后稳态下一个周期采集的瞬时电流波形I₁；

以新增负载接入后的稳态为基准，使接入前稳态下的电流与接入后稳态下的电流同相，得到移相后的新增负载接入前稳态下瞬时电流波形I_0s；

通过公式I_s = I₁ - I_0s求得所述瞬时电流波形I_s。

4.根据权利要求3所述的学生公寓用电安全负载学习方法，其特征在于，所述步骤二中，瞬时电压波形U_s采用如下计算方法：

记新增负载接入后稳态下与瞬时电流波形I₁同一个周期采集的瞬时电压波形U₁；

通过公式U_s = U₁求得所述瞬时电流波形U_s。

5.根据权利要求1~4任一项所述的学生公寓用电安全负载学习方法，其特征在于，所述步骤五中，有效值U_librms的算法为：

U_librms=

式中N为一个周期的采样点数，U_libt为每个采样点处的瞬时电压波形。

6.根据权利要求1~4任一项所述的学生公寓用电安全负载学习方法，其特征在于，所述步骤五中，有效值_Ilibrms的算法为：

I_librms=

式中N为一个周期的采样点数，I_libt为每个采样点处的瞬时电流波形。

7.根据权利要求1~4任一项所述的学生公寓用电安全负载学习方法，其特征在于，所述步骤五中，有效值U_ssrms的算法为：

U_ssrms =

式中N为一个周期的采样点数，U_sst为每个采样点处的同相后的瞬时电压波形。

8.根据权利要求1~4任一项所述的学生公寓用电安全负载学习方法，其特征在于，所述步骤五中，有效值I_ssrms的算法为：

I_ssrms =

式中N为一个周期的采样点数，I_sst为每个采样点处的同相后的瞬时电流波形。

9.根据权利要求1所述的学生公寓用电安全负载学习方法，其特征在于，所述步骤一和步骤二中，波形的采集均以电压过零点时刻开始，同时采集同一个周期的电流值和电压值。

Images