基于平均有功無功綜合頻譜分析的微波爐非侵入辨識方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于智能用電技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于平均有功無功綜合頻譜分析的 微波爐非侵入辨識方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 居民電力負荷監(jiān)測分解技術(shù)是一口新興的智能電網(wǎng)基礎(chǔ)支撐技術(shù)，與目前智能電 表僅量測用戶總功率不同，它W監(jiān)測并分解出居民戶內(nèi)所有電器的啟動時間、工作狀態(tài)、能 耗情況為目標，從而實現(xiàn)更加可靠、精確的電能量管理。電力負荷監(jiān)測分解技術(shù)使用戶的電 費清單像電話費清單一樣，各類家用電器的用電量一目了然，從而使用戶及時了解自己的 用電情況，為合理分配各個電器的用電時間及相應(yīng)的用電量提供參考，最終能夠有效減少 電費支出和電能浪費。Google統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，如果家庭用戶能夠及時了解住宅電器的詳細 用電信息，就能使每月電費開支下降5%~15%。如果全美國有一半家庭每個月節(jié)省運么多 開支，減少的碳排放量相當于減少800萬輛汽車的使用。對于工業(yè)用戶而言，其負荷投切安 排一般是比較固定的，只需分時計量即可，對負荷分解的需求較少，本項目的主要研究對象 是住宅用電負荷。
[0003] 目前，居民電力負荷監(jiān)測分解技術(shù)主要分為侵入式監(jiān)測分解（Intrusive Load Monitoring and decomposition, ILMD)和非侵入式監(jiān)測分解（Non-intrusive Load Monitoring and decomposition，NILMD)兩大類：
[0004] (1)侵入式負荷監(jiān)測分解技術(shù)（ILMD):侵入式負荷監(jiān)測將帶有數(shù)字通信功能的傳 感器安裝在每個電器與電網(wǎng)的接口，可W準確監(jiān)測每個負荷的運行狀態(tài)和功率消耗。但大 量安裝監(jiān)測傳感器造成建設(shè)和維護的成本較高，最重要的是侵入式負荷監(jiān)測需要進入居民 家中進行安裝調(diào)試，容易造成用戶抵制屯、理。
[0005] (2)非侵入式負荷監(jiān)測分解技術(shù)(NILMD):僅在用戶入口處安裝一個傳感器，通過 采集和分析入口總電流、電壓等信息來判斷戶內(nèi)每個或每類電器的用電功率和工作狀態(tài) (例如，空調(diào)具有制冷、制熱、待機等不同工作狀態(tài)），從而得出居民的用電規(guī)律。和侵入式負 荷分解相比，由于只需要安裝一個監(jiān)測傳感器，非侵入負荷分解方案的建設(shè)成本和后期維 護難度都大幅降低;另外，傳感器安裝位置可W選擇在用戶電表箱處，完全不會侵入居民戶 內(nèi)進行施工。可W認為，NILMDW分解算法代替ILMD系統(tǒng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)，具有簡單、經(jīng)濟、可 靠、數(shù)據(jù)完整和易于迅速推廣應(yīng)用等優(yōu)勢，有望發(fā)展成為高級量測體系(AMI)中新一代核屯、 技術(shù)(成熟后，NILMD算法也可W融合到智能電表的忍片內(nèi)），支持需求側(cè)管理、定制電力等 智能用電的高級功能，也適用于臨時性的負荷用電細節(jié)監(jiān)測與調(diào)查。
[0006] 微波爐是用微波來烹調(diào)食物的，它是由一種電子真空管一一磁控管，產(chǎn)生2450MHz 的超短波電磁波，通過微波傳導元件一一波導管，發(fā)射到爐內(nèi)各處，通過發(fā)射、傳導、被食物 吸收，引起食物內(nèi)的極性分子(如水、脂肪、蛋白質(zhì)、糖等似每秒24.5億次的極高速振動.并 由振動所引起的摩擦使食物內(nèi)部產(chǎn)生高熱，將食物烹熟。
[0007] 微波爐的微波輸出功率一般在600W~900W范圍內(nèi)。轉(zhuǎn)換效率一般按30%~60%計 算，微波爐的實際消耗功率約為lioow~1400W。由于微波爐中有大量感性元件，微波爐功率 因數(shù)一般為0.90，因此微波爐會消耗無功功率大約為400~80(War。
[0008] 熱斷路器是用來監(jiān)控磁控管或爐腔工作溫度的組件。當工作溫度超過某一限值 時，熱斷路器會立即切斷電源，使微波爐停止工作，當溫度低于某一限值時，熱斷路器恢復 電源供電，使微波爐持續(xù)工作，微波爐的間歇工作具有一定的規(guī)律(約為0.05化）。
[0009] 綜上所述，NILMD技術(shù)已經(jīng)逐漸成為一個研究熱點，相關(guān)技術(shù)的突破和產(chǎn)業(yè)化對全 社會的節(jié)能減排具有重要意義。目前，NILMD技術(shù)的研究還停留在理論研究階段，多狀態(tài)間 歇工作電器尤其是微波爐的實用化分解辨識方法還有待突破。
[0010] 因此，亟待解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 發(fā)明目的:本發(fā)明的目的是提供一種能夠準確感知微波爐的運行的基于平均有功 無功綜合頻譜分析的微波爐非侵入辨識方法。
[0012] 技術(shù)方案:為實現(xiàn)W上目的，本發(fā)明公開了一種基于平均有功無功綜合頻譜分析 的微波爐非侵入辨識方法，包括如下步驟：
[0013] (1)在一定采樣頻率范圍內(nèi)，對總電源進線的電壓和電流進行采樣，形成電壓采樣 序列U和電流義樣序列i ;
[0014] (2)在一定計算時間窗口內(nèi)，計算總電源進線處的平均有功功率序列P和平均無功 功率序列Q;
[0015] (3)選取平均有功功率序列P和平均無功功率序列Q的一組樣本量進行快速傅里葉 變換，得到該平均有功功率序列P和平均無功功率序列Q的幅頻特性；
[0016] (4)根據(jù)步驟(3)中平均有功功率序列P和平均無功功率序列Q的幅頻特性判斷是 否有微波爐啟動，如未啟動，則返回步驟(3)。
[0017] 其中，所述步驟（1)中的采樣頻率范圍為f = 1 kHz~1 OkHz。
[0018]優(yōu)選的，所述步驟(2)中所述平均有功功率序列P和平均無功功率序列Q的計算公 式為
[0021] 其中，m為平均有功功率序列P和平均無功功率序列Q的計算時間窗口所含工頻周 期數(shù)目，取m = 5個工頻周期，k為采樣點編號，N為一個工頻周期包含的采樣點數(shù)目。
[0022] 進一步，所述步驟(3)中所述平均有功功率序列P和平均無功功率序列Q的幅頻特 性包括幅值結(jié)果序列和頻率結(jié)果序列，其計算公式為
[0023] Fp[i]=FFT(P)，fp[i] = (i-l)*50/(m* 化）
[0024] Fq[j]=FFT(Q)，Mj] = (j-l)*50/(m* 化）
[0025] 其中，i，j = 1，2，…，化，F(xiàn)FT表示快速傅里葉變換運算，F(xiàn)p[ i ]、Fq[ j ]為幅值結(jié)果序 列，fp[i]、fq[j]為頻率結(jié)果序列，Ns為參與本次快速傅里葉變換的P和Q的樣本數(shù)量，化取 500 ~2000個。
[0026] 其中，所述步驟(4)中判斷方法為:掃描幅頻特性中的幅值結(jié)果序列和頻率結(jié)果序 列，如果平均有功無功綜合頻譜在0.04化~0.06化頻率范圍內(nèi)同時存在幅值大于500W的有 功頻譜分量和ISOVar的無功頻譜分量，即可判斷當次計算時間窗口內(nèi)有微波爐啟動，否則 返回步驟(3)對平均有功功率序列P和平均無功功率序列Q的下一組樣本量進行快速傅里葉 變換。
[0027] 有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下顯著優(yōu)點:本發(fā)明提出了一種基于平 均有功無功綜合頻譜分析的微波爐非侵入辨識方法，該方法相較于單一的有功功率分析， 充分考慮了微波爐工作時既有有功功率波動又有無功功率波動的特點，從而能夠準確區(qū)分 微波爐和純阻性間歇工作電器(例如電飯鍋等），增加了微波爐非侵入辨識的準確性。
【附圖說明】：
[0028] 圖1為本發(fā)明的流程示意圖；
[0029] 圖2為本發(fā)明中平均有功功率的計算結(jié)果圖；
[0030] 圖3為本發(fā)明中平均無功功率的計算結(jié)果圖；
[0031 ]圖4為本發(fā)明中樣本數(shù)量化取500時平均有功功率幅頻特性圖；
[0032] 圖5為本發(fā)明中樣本數(shù)量化取500時平均無功功率幅頻特性圖；
[0033] 圖6為本發(fā)明中樣本數(shù)量化取1000時平均有功功率幅頻特性圖；
[0034] 圖7為本發(fā)明中樣本數(shù)量化取1000時平均無功功率幅頻特性圖；
[0035] 圖8為本發(fā)明中樣本數(shù)量化取2000時平均有功功率幅頻