CN213581187U - 负载识别系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种负载识别系统。其中，该负载识别系统包括：至少一个插座；多个电器负载，其中，每个电器负载通过插座连接至直流母线；电压电流传感器，设置在直流母线的端口处，用于采集多个电器负载使用电能时的电压电流信息；控制电路，分别与电压电流传感器和插座连接，基于电压电流信息和负载功率特征，识别每个电器负载的电能使用信息。本实用新型解决了相关技术中采用大量高精度传感器识别微网系统中的电器负载时，容易受到外部影响，导致识别准确率降低的技术问题。

Description

负载识别系统

技术领域

本实用新型涉及负载控制技术领域，具体而言，涉及一种负载识别系统。

背景技术

相关技术中，在直流微网系统中，负载识别技术一般通过负载的有功功率、无功功率、谐波等方面进行分析和辨别，其中，利用有功功率进行负载识别的更加快速和便捷，因此直流微网系统为此项技术提供了一个良好的应用场景。但是，当前的负载识别技术是通过入侵式负载监测实现，此方法需耗费大量高精度的传感器，且只要任意一个传感器出现问题就会对负载识别结果产生影响，容易导致识别准确率降低。为解决这个问题，提出了非入侵式电荷分解技术，在建筑电源输入口处安装一组电压电流传感器便可分解出所有负载的运行状况，此项技术有两个方向可实现，利用负载在静态稳定时功率一定的特性进行负荷分解，或者是利用负载开启瞬间的功率特征曲线进行负载辨别。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种负载识别系统，以至少解决相关技术中采用大量高精度传感器识别微网系统中的电器负载时，容易受到外部影响，导致识别准确率降低的技术问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种负载识别系统，包括：至少一个插座；多个电器负载，其中，每个所述电器负载通过所述插座连接至直流母线；电压电流传感器，设置在所述直流母线的端口处，用于采集多个电器负载使用电能时的电压电流信息；控制电路，分别与所述电压电流传感器和所述插座连接，基于所述电压电流信息和负载功率特征，识别每个所述电器负载的电能使用信息。

可选地，每个所述插座至少包括第一继电器和第二继电器，其中，所述第一继电器的线圈侧连接在所述直流母线的正极上，所述第一继电器的触点侧与所述控制电路的开关量检测模块相连接；所述第二继电器的触点侧连接在所述直流母线的正极上，所述第二继电器的线圈侧与所述控制电路的开关量控制模块相连接。

可选地，所述控制电路至少包括：开关量检测模块，分别与每个所述插座中第一继电器的触点侧连接；开关量控制模块，分别与每个所述插座中第二继电器的线圈侧连接。

可选地，所述控制电路还包括：采样模块，与所述电压电流传感器连接，以预设采样频率采集所述电压电流信息，并将采集得到的所述电压电流信息转换为功率信息。

可选地，所述控制电路还包括：电器特征存储器，用于存储每个所述电器负载的负载功率特征。

可选地，所述控制电路还包括：负荷分解模块，分别与所述采样模块和所述电器特征存储器连接，基于所述功率信息和所述负载功率特征，确定待识别的功率信息所对应的目标电器负载；信息处理模块，基于所述开关量检测模块采集得到的开关量信息，分析所述目标电器负载的电能使用信息。

可选地，所述负载识别系统还包括：显示器，采用预设显示模式展示经过所述信息处理模块处理后的电能使用信息。

可选地，所述负载识别系统还包括：终端，与所述显示器连接，用于接收电能使用信息。

可选地，所述负载识别系统还包括：云服务器，与所述电器特征存储器连接，向所述电器特征存储器传输不同电器负载的功率特征。

可选地，所述多个电器负载包括：电磁炉、电视机、洗衣机、空调。

本实用新型实施例中，将每个电器负载通过插座连接至直流母线，采用电压电流传感器采集多个电器负载使用电能时的电压电流信息，通过控制电路基于电压电流信息和负载功率特征，识别每个电器负载的电能使用信息。在该实施例中，可以通过每个负载对应的插座来辅助识别直流微网中的所有电器负载的实时运行状况及其具体位置，提高负载识别准确度，从而解决相关技术中采用大量高精度传感器识别微网系统中的电器负载时，容易受到外部影响，导致识别准确率降低的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的一种可选的负载识别系统的示意图；

图2是根据本实用新型实施例的一种可选的插座的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本实用新型可以应用于直流微网系统中，能够对各种负载的信息(如负载类型、负载名称、负载用电量)进行识别，实时识别直流微网中的所有电器负载的实时运行状况及其具体位置，从而指导用户根据以上负载信息合理安排电器负载的使用，实现节约用电、错峰用电等节能减排措施。

本实用新型实施例，可以在识别电器负载时，利用电器瞬态特征(主要是对同一类型的电器开启时具有相似的功率瞬态特性，例如，根据瞬态特性曲线将电器分成了6种类型：电阻式电器、泵启动式电器、电机式电器、电馈式电器、电子功率控制式电器以及荧光灯具)的特征差异进行识别，结合微网系统中的至少一个插座(每个电气接入点都安装一个内附有继电器的插座)监控及控制家用电器的启停，从而使得主控单元可以确定直流微网系统中所有电器负载的运行信息，定位其具体位置，指导用户根据负载信息合理安排电器负载的使用，实现节约用电、错峰用电等节能减排措施。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种负载识别系统，包括：至少一个插座，多个电器负载，电压电流传感器，控制电路，其中，

插座数量与电器负载对应，至少为每一个电器负载配置一个插座，插座内配置继电器。

多个电器负载，其中，每个电器负载通过插座连接至直流母线，电器负载的类型多种多样，例如，洗衣机、空调、电视机、电磁炉、电脑等。

电压电流传感器，设置在直流母线的端口处，用于采集多个电器负载使用电能时的电压电流信息。

控制电路，分别与电压电流传感器和插座连接，基于电压电流信息和负载功率特征，识别每个电器负载的电能使用信息。该控制电路可以为主控单元，包括多个内部采集元件和处理器。

上述负载识别系统，可以将每个电器负载通过插座连接至直流母线，采用电压电流传感器采集多个电器负载使用电能时的电压电流信息，通过控制电路基于电压电流信息和负载功率特征，识别每个电器负载的电能使用信息。在该实施例中，可以通过每个负载对应的插座来辅助识别直流微网中的所有电器负载的实时运行状况及其具体位置，提高负载识别准确度，从而解决相关技术中采用大量高精度传感器识别微网系统中的电器负载时，容易受到外部影响，导致识别准确率降低的技术问题。

上述控制电路得到的电能使用信息至少包括：负载功率消耗信息、负载开启时间、负载关闭时间和负载位置。

可选的，每个插座至少包括第一继电器和第二继电器，其中，第一继电器的线圈侧连接在直流母线的正极上，第一继电器的触点侧与控制电路的开关量检测模块相连接；第二继电器的触点侧连接在直流母线的正极上，第二继电器的线圈侧与控制电路的开关量控制模块相连接。

本实用新型实施例中，控制电路至少包括：开关量检测模块，分别与每个插座中第一继电器的触点侧连接；开关量控制模块，分别与每个插座中第二继电器的线圈侧连接。

上述开关量检测模块的类型可以为开关量采集器或者开关量传感器，能够实时获取到开关量信息；而开关量控制模块可以为开关量控制器，以控制插座内的继电器的触点，使常闭触点打开。

另一种可选的，控制电路还包括：采样模块，与电压电流传感器连接，以预设采样频率采集电压电流信息，并将采集得到的电压电流信息转换为功率信息。

上述采样模块可以为电压电流接收器或者电压电流传感器，采样模块以预设采样频率(例如，1kHz、2kHz的采样频率)对电压电流传感器获取到的电气参数进行采样，然后把采样后得到的电流电压信息转换为功率参数并传递到控制电路的负荷分解模块中。

可选的，控制电路还包括：电器特征存储器，用于存储每个电器负载的负载功率特征。

在本实用新型实施例中，控制电路还包括：负荷分解模块，分别与采样模块和电器特征存储器连接，基于功率信息和负载功率特征，确定待识别的功率信息所对应的目标电器负载；信息处理模块，基于开关量检测模块采集得到的开关量信息，分析目标电器负载的电能使用信息。

上述负荷分解模块可以为负荷分解器或者功率转换器，负荷分解模块采用非入侵式负荷分解技术，并引入每个负载开关量的监测和控制。减轻负荷分解算法的负担，提升其负荷分解的效率和准确率。

上述的信息处理模块可以为信息处理芯片或者参数计算器，能够在接收到开关量信息(用于指示电器负载在各个工作模式下的开关情况，如通过0指示关状态，1指示开状态)后，结合负荷分解模块以及开关量检测模块提供的数据，确定每个电器负载的电能使用信息(例如，功率消耗情况、启动/关闭时间以及它们的具体位置)。

可选的，负载识别系统还包括：显示器，采用预设显示模式展示经过信息处理模块处理后的电能使用信息。通过显示器显示出信息处理模块处理后的数据，该显示器可以包括显示屏，通过图表的形式展示电能使用信息。

另一种可选的，负载识别系统还包括：终端，与显示器连接，用于接收电能使用信息。

可选的，负载识别系统还包括：云服务器，与电器特征存储器连接，向电器特征存储器传输不同电器负载的功率特征。

图1是根据本实用新型实施例的一种可选的负载识别系统的示意图，如图1所示，该负载识别系统可以包括：插座101(图1中示意了第一插座101-1、第二插座101-2、第三插座101-3、第四插座101-4)、电器负载102(图1中示意了第一负载电磁炉102-1、第二负载电视机102-1、第三负载电视机102-3、第四负载空调102-4)、电压电流传感器103、控制电路104、云服务器105、显示器106、终端107。其中，控制电流104可以包括：采样模块104-1、负荷分解模块104-2、开关量检测模块104-3、开关量控制模块104-4、信息处理模块104-5、电器特征存储器104-6。各个电器负载102通过插座连接至直流母线。

图2是根据本实用新型实施例的一种可选的插座的示意图，如图2所示，插座的内部集成了两个继电器，第一继电器201的线圈侧连在直流母线+V上，第一继电器201的触点侧(一般为常开触点)与控制器的开关量检测模块相连，第二继电器202的触点侧(一般为常闭触点)连在直流母线+V上，第二继电器202的线圈侧与控制器的开关量控制模块相连。

在微电网的直流母线上的进户端口处安装电压电流传感器103，电压电流传感器103输出的参数送至控制电路104中的采样模块104-1，电器特征存储器104-6可以通过有线通讯/无线通信与云服务器105进行信息交流，控制电路104处理后的参数包通过显示器106进行人机交互，显示器通过有线通讯/无线通信把信息传递到终端107。

电压电流传感器103处于直流母线的入户端口处，可获取用户住宅内总的电压电流参数，然后把这些参数实时输送到控制电路的采样模块中，采样模块可以1kHz的采样频率得到这些电气参数，然后把采样后得到的电流电压参数转换为功率信息并传递到控制电路的负荷分解模块104-2中。

当电器负载开启或关闭时，在总功率和控制电路监测的开关量上都会有所体现。例如，家用电器负载开启时，总功率会根据电器负载工作时的功率特征增加相应的功率变化成分，由于电器负载一旦开启其电源线上便会有电流流动，即插座内第一继电器201的线圈有电流通过触发触点闭合，当电器负载关闭时，总功率上由该电器的功率产生的功率变化成分将消除，插座内第一继电器201的线圈无电流通过触点打开。

不同电器负载运行时会表现出不一样的功率变化，而这些不一致的功率变化则定义为它们各自的功率特征，这些功率特征可以通过多次监测电器负载整个运行过程的功率变化得到。因此，电器特征存储器可以通过网络从云服务器上下载不同品牌不同类型电器负载的标准功率特征(同一个电器负载在不同工作模式下也会有不一样的功率特征)。负荷分解模块利用总实时功率以及电器特征存储器中的功率特征进行负载识别的，负载识别的基本原理如下面的数学模式所示：

其中，P(t)是负荷分解模块获取的实时总功率；P_i ^j是第i个用电器处于j个工作模式下的功率；

第i个用电器处于j个工作模式下的开关情况。S只有0和1两个值，0代表关，1代表开。

e(t)是检测到的实时总功率与所有正在工作电器的功率总和的误差值。

负荷分解模块通过遗传算法进行迭代的运算，最终会寻到一组功率特征能够使上述的数学模型中的e(t)得到最小值。此时，找到的这组功率特征所代表的电器负载即为当前住宅内在线的电器负载。由于每个电器负载开启/关闭时，控制电路都能接收到其所接插座传来的开关量信号,因此控制电路可以通过结合负荷分解模块以及开关量检测模块提供的数据，信息处理模块得到每个家用电器功率消耗情况、启动/关闭时间以及它们的具体位置。然后，把信息处理模块处理后的数据通过显示器以图表的形式展示出来给用户，同步把这些图表信息通过网络传输给终端APP上。

控制电路中有一个开关量控制模块，该模块可以控制插座内的第二继电器202的触点，使常闭触点打开。在以下情景，控制电路不会主动下发开关量控制指令，但会给终端发送提示建议，用户可以在查看到终端信息后，自主下发控制指令；(1)若用户已外出，可通过终端APP及时发现哪些电器忘记关闭的(如空调)，然后可通过终端APP进行远程关闭；(2)控制电路主动周期性地通知终端目前哪些电器负载正处于待机状态，并建议用户下发关闭指令；(3)若总功率消耗较大且达到了预设负荷阈值(例如，阈值设置为80％负荷)，控制电路会给终端发送当前系统负荷高的预警，并给出建议手动关闭的电器列表，这些建议关闭的电器一般为用时较短、瞬时功率高、紧急关闭不出现安全隐患、使用灵活的电器负载(如热吹风、电热水壶等，控制电路把这类家用电器定义为可切负载)。

在以下情景，控制电路主动下发开关量控制指令。(1)若总的功率消耗较大且达到了90％负荷，控制电路则立即断开部分可切负载减轻系统的负荷。(2)若某个可切负载的使用时长是其正常使用时长3倍以上，控制电路则立即断开该电器。

通过上述实施例，只需要一组电压电流传感器以及内部附有继电器的插座便可掌握所有电器负载的运行状况，并监控各个电器负载的具体位置，根据电器负载的实时状况，控制电路智能地提出合理的操作建议，然后用户可自主地进行本地或远程断开负载，即在本实用新型实施例中，通过识别直流微网中的所有电器负载的实时运行状况及其具体位置，以指导用户合理安排电器的使用，实现节约用电、错峰用电等节能减排措施。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种负载识别系统，其特征在于，包括：

至少一个插座；

多个电器负载，其中，每个所述电器负载通过所述插座连接至直流母线；

电压电流传感器，设置在所述直流母线的端口处，用于采集多个电器负载使用电能时的电压电流信息；

控制电路，分别与所述电压电流传感器和所述插座连接，基于所述电压电流信息和负载功率特征，识别每个所述电器负载的电能使用信息。

2.根据权利要求1所述的负载识别系统，其特征在于，每个所述插座至少包括第一继电器和第二继电器，其中，

所述第一继电器的线圈侧连接在所述直流母线的正极上，所述第一继电器的触点侧与所述控制电路的开关量检测模块相连接；

所述第二继电器的触点侧连接在所述直流母线的正极上，所述第二继电器的线圈侧与所述控制电路的开关量控制模块相连接。

3.根据权利要求2所述的负载识别系统，其特征在于，所述控制电路至少包括：

开关量检测模块，分别与每个所述插座中第一继电器的触点侧连接；

开关量控制模块，分别与每个所述插座中第二继电器的线圈侧连接。

4.根据权利要求3所述的负载识别系统，其特征在于，所述控制电路还包括：

采样模块，与所述电压电流传感器连接，以预设采样频率采集所述电压电流信息，并将采集得到的所述电压电流信息转换为功率信息。

5.根据权利要求4所述的负载识别系统，其特征在于，所述控制电路还包括：

电器特征存储器，用于存储每个所述电器负载的负载功率特征。

6.根据权利要求5所述的负载识别系统，其特征在于，所述控制电路还包括：

负荷分解模块，分别与所述采样模块和所述电器特征存储器连接，基于所述功率信息和所述负载功率特征，确定待识别的功率信息所对应的目标电器负载；

信息处理模块，基于所述开关量检测模块采集得到的开关量信息，分析所述目标电器负载的电能使用信息。

7.根据权利要求6所述的负载识别系统，其特征在于，所述负载识别系统还包括：

显示器，采用预设显示模式展示经过所述信息处理模块处理后的电能使用信息。

8.根据权利要求7所述的负载识别系统，其特征在于，所述负载识别系统还包括：

终端，与所述显示器连接，用于接收电能使用信息。

9.根据权利要求5所述的负载识别系统，其特征在于，所述负载识别系统还包括：

云服务器，与所述电器特征存储器连接，向所述电器特征存储器传输不同电器负载的功率特征。

10.根据权利要求1所述的负载识别系统，其特征在于，所述多个电器负载包括：电磁炉、电视机、洗衣机、空调。

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