非侵入家庭用电负荷在线监测系统

摘要

负荷监测作为获取用户详细用电情况的必要手段，是智能用电和开展节能减排工作的基础，可以为电力公司提供用于电力系统发展规划和负荷预测的用户用电数据，协助电力公司制定合理的需求响应激励政策，也能帮助电力公司侦测窃电行为，用户通过了解自身的用电情况，可以合理的调整和优化自身的用电行为，达到节省电费的目的。非侵入负荷监测方法只需要在被监测用户的电力入口处安装信息采集装置，通过提取用电负荷的用电特性，运用合适的算法对用电数据进行处理和分析，就能够获得被检测用户内部的各个负荷的用电信息，从而有效的解决了传统侵入式监测技术，安装难、维护成本以及管理复杂等问题，是未来负荷监测发展的主流方向。
　　本文根据侵入式和非侵入式负荷监测技术所具有的特点，从硬件层本，用户接受程度等六个方面分析两种技术的优点和劣势;分析了基于有功和无功功率，电流波形和谐波，电压-电流轨迹以及暂态功率四种不同负荷特征的非侵入式负荷辨识的算法:研究了根据不同负荷特征的非侵入式负荷辨识算法的实现原理，存在的问题以及改进的方法。
　　根据家庭用户用电设备的实际运行状况，对电压和电流传感器的型号和参数进行合理选择;搭建由三级电路构成的具有放大，滤波和偏移的调理电路，实现了对采集到的电压和电流信号的预处理，从而使信号满足USB6009采集卡的工作要求;设计监测系统的工作界面，实现人机友好交互功能;通过完成USB6009的工作模式，采样通道以及采样率等参数的配置，实现电压和电流波形连续的数字采样;利用LabVIEW图形化语言设计了有关负荷特征的提取算法，并实现了信号以文件的形式记录的功能;设计波形显示模块，可以在前面板上实时监测电压和电流信号。
　　本文所设计的非侵入式负荷辨识算法，选取用电负荷稳态电流的波形作为负荷特征，利用动态时间弯曲技术将提取的稳态电流信号与通过可加性准则所组建的模版库进行逐一匹配。先通过实验证明了稳态电流波形所提取的大多数负荷特征不满足可加行准则，无法从电力入口处实现对家庭用电负荷的分解和识别;通过分析负荷电流的稳态特性，提出了稳态电流波形可以满足的基于可加性准则所扩展出的准则以及稳态电流波形提取的条件;最后运用动态时间弯曲技术将提取的稳态电流波形与模版库中的波形匹配。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．3 主要工作和内容安排

第2章 家庭用电负荷监测系统基础研究

2．1 基本概念

2．2 侵入式与非侵入式监测方法比较

2．3 非侵入式的负荷辨识方法分析

2．3．1 基于有功和无功功率的负荷特性

2．3．2 基于电流波形和电流谐波的负荷特性

2．3．3 基于电压-电流轨迹的负荷特性

2．3．4 基于暂态功率的负荷特性

2．4 本章小结

第3章 非侵入家庭用电负荷在线监测系统设计

3．1 系统的硬件部分

3．1．1 传感器

3．1．2 调理电路

3．1．3 数据采集卡

3．2 系统软件架构

3．2．1 设计思路

3．2．2 数据采集模块

3．2．3 波形存储模块

3．2．4 数据处理模块

3．2．5 波形显示模块

3．2．6 监测系统软件界面

3．3 本章小结

第4章 非侵入式家庭用电负荷辨识

4．1 非侵入式家庭用电负荷辨识流程

4．2 非侵入式负荷辨识的基本原理

4．2．1 动态时间弯曲

4．2．2 基尔霍夫电流定律

4．3．2 扩展的特征值可加性准则

4．3．3 电流稳态波形叠加

4．3 实现过程

4．4 本章小结

第5章 系统的测试和运行

5．1 系统运行环境

5．2 数据处理模块测试

5．3 波形记录模块测试

5．4 负荷辨识模块测试

5．4．1 计算过程

5．4．2 计算结果分析

5．5 本章小结

6．1 论文结论

6．2 后续工作

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢