非侵入式用电设备单元电流在线量测方法.pdf

本发明公开一种非侵入式用电设备单元电流在线量测方法，用于电力系统负荷能耗分解与监测、用电分析、负荷节能、负荷预测和负荷建模，有如下步骤：在电力负荷入口处监测电压、电流信息，并判断是否有用电设备投入，如果没有则继续监测，如果有则转入下一步；记录用电设备投入前、后电力负荷的稳态电压、电流数据；对上一步所记录的数据进行谐波分析得到电流表达式；计算用电设备投入前后电力负荷稳态电流的差值；对上一步所计算的电流的差值进行单元化，得到用电设备的单元电流参数。本发明能够在不影响电力用户正常生产、生活的情况下得到其内部主要用电设备单元电流的参数，其更有利于非侵入式电力负荷分解的开展。

1.  一种非侵入式用电设备单元电流在线量测方法，其特征在于，用于电力系统负荷能耗分解与监测、用电分析、负荷节能、负荷预测和负荷建模，包括如下步骤：
第一步：在电力负荷入口处监测电压、电流信息，并判断是否有用电设备投入，如果没有则继续监测，如果有则转入下一步；
第二步：记录用电设备投入前、后电力负荷的稳态电压、电流数据；
第三步：对上一步所记录的数据进行谐波分析得到电流表达式；
第四步：计算用电设备投入前后电力负荷稳态电流的差值；
第五步：对上一步所计算的电流的差值进行单元化，得到用电设备的单元电流参数。

2.  根据权利要求1所述的非侵入式用电设备单元电流在线量测方法，其特征在于，第三步所得到的电流表达式是：
ia′(t)=Σ∀k∈N*αk,a·cos(kωt+θk,a)]]>
式中，i′_a(t)是某一用电设备的单元电流，下标a表示用电设备；k∈N^*，即k是一个正整数；kω表示单元电流中第k次谐波分量的角频率；θ_k，a表示单元电流中第k次谐波分量的初相角；α_1，a＝1，当k＞1时，α_k，a是一个小于1的非负实数。

3.  根据权利要求1所述的非侵入式用电设备单元电流在线量测方法，其特征在于，第四步所述的用电设备投入前后电力负荷稳态电流的差值是：
i_a(t)＝i_l，new(t)-i_l(t)
＝I_l1，new·[1·cos(ωt+θ_l1，new)+…+α_lk，new·cos(kωt+θ_lk，new)+…]
-I_l1·[1·cos(ωt+θ_l1)+…+α_lk·cos(kωt+θ_lk)+…]
＝I_a1·[1·cos(ωt+θ_a1)+…+α_ak·cos(kωt+θ_ak)+…]
式中，i_l，new(t)、I_l1，new、θ_l1，new、α_lk，new和θ_lk，new分别表示用电设备投入使用后i_l(t)、I_l1、θ_l1、α_lk和θ_lk的新值；i_a(t)是计算得到的该用电设备稳态工作电流的瞬时值；I_a1是用电设备稳态工作电流基波分量的幅值；θ_a1是用电设备稳态工作电流基波分量的初相角；α_ak表示用电设备稳态工作电流第k次谐波分量幅值与基波分量幅值的比例系数；θ_ak表示用电设备稳态工作电流中第k次谐波分量的初相角。

4.  根据权利要求1所述的非侵入式用电设备单元电流在线量测方法，其特征在于，第五步所述的用电设备的单元电流参数是，根据稳态工作电流可得到这一用电设备的单元电流，如下所示：
i′_a(t)＝1·cos(ωt+θ_a1)+…+α_ak·cos(kωt+θ_ak)+…
式中，i′_a(t)是这一用电设备的单元电流；θ_a1是用电设备稳态工作电流基波分量的初相角；α_ak表示用电设备稳态工作电流第k次谐波分量幅值与基波分量幅值的比例系数；θ_ak表示用电设备稳态工作电流中第k次谐波分量的初相角。

非侵入式用电设备单元电流在线量测方法
技术领域
本发明涉及一种用电设备单元电流在线量测方法。特别是涉及一种能够在不影响电力用户正常生产、生活的情况下得到其内部主要用电设备单元电流参数的非侵入式用电设备单元电流在线量测方法。
背景技术
电力负荷分解数据对全社会(包括电力公司和电力用户)节能和电力系统规划及运行都具有十分重要的意义。
用电设备单元电流参数是非侵入式电力负荷分解的数据基础，参数的获取目前主要采用离线统计的方法。离线统计方法主要适合于实验室研究或具有较好独立测量条件的电力用户。实验室研究就是有针对性地购买一些用电设备，对其进行大量的量测和统计；但由于用电设备的种类繁多，实验室无法购买所有种类的用电设备，如果用户的测量条件允许也可在用户内部对用电设备进行大量的量测和统计。
离线统计方法无疑是一种十分科学、准确获取用电设备单元电流参数的方法，但由于电力负荷的复杂多样以及量测条件的限制，无法实现对每一类用电设备都进行单独大量采样统计得到其单元电流。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够在不影响电力用户正常生产、生活的情况下得到其内部主要用电设备单元电流近似参数的非侵入式用电设备单元电流在线量测方法。
本发明所采用的技术方案是：一种非侵入式用电设备单元电流在线量测方法，用于电力系统负荷能耗分解与监测、用电分析、负荷节能、负荷预测和负荷建模，包括如下步骤：
第一步：在电力负荷入口处监测电压、电流信息，并判断是否有用电设备投入，如果没有则继续监测，如果有则转入下一步；
第二步：记录用电设备投入前、后电力负荷的稳态电压、电流数据；
第三步：对上一步所记录的数据进行谐波分析得到电流表达式；
第四步：计算用电设备投入前后电力负荷稳态电流的差值；
第五步：对上一步所计算的电流的差值进行单元化，得到用电设备的单元电流参数。
第三步所得到的电流表达式是：
ia′(t)=Σ∀k∈N*αk,a·cos(kωt+θk,a)]]>
式中，i′_a(t)是某一用电设备的单元电流，下标a表示用电设备；k∈N^*，即k是一个正整数；kω表示单元电流中第k次谐波分量的角频率；θ_k，a表示单元电流中第k次谐波分量的初相角；α_1，a＝1，当k＞1时，α_k，a是一个小于1的非负实数。
第四步所述的用电设备投入前后电力负荷稳态电流的差值是：
i_a(t)＝i_l，new(t)-i_l(t)
＝I_l1，new·[1·cos(ωt+θl_1，new)+…+α_lk，new·cos(kωt+θ_lk，new)+…]
-I_l1·[1·cos(ωt+θ_l1)+…+α_lk·cos(kωt+θ_lk)+…]
＝I_a1·[1·cos(ωt+θ_a1)+…+α_ak·cos(kωt+θ_ak)+…]
式中，i_l，new(t)、I_l1，new、θl_1，new、α_lk，new和θ_lk，new分别表示用电设备投入使用后i_l(t)、I_l1、θ_l1、α_lk和θ_lk的新值；i_a(t)是计算得到的该用电设备稳态工作电流的瞬时值；I_a1是用电设备稳态工作电流基波分量的幅值；θ_a1是用电设备稳态工作电流基波分量的初相角；α_ak表示用电设备稳态工作电流第k次谐波分量幅值与基波分量幅值的比例系数；θ_ak表示用电设备稳态工作电流中第k次谐波分量的初相角。
第五步所述的用电设备的单元电流参数是，根据稳态工作电流可得到这一用电设备的单元电流，如下所示：
i′_a(t)＝1·cos(ωt+θ_a1)+…+α_ak·cos(kωt+θ_ak)+…
式中，i′_a(t)是这一用电设备的单元电流；θ_a1是用电设备稳态工作电流基波分量的初相角；α_ak表示用电设备稳态工作电流第k次谐波分量幅值与基波分量幅值的比例系数；θ_ak表示用电设备稳态工作电流中第k次谐波分量的初相角。
本发明的非侵入式用电设备单元电流在线量测方法，能够在不影响电力用户正常生产、生活的情况下得到其内部主要用电设备单元电流的参数，其更有利于非侵入式电力负荷分解的开展。
附图说明
图1是本发明的非侵入式用电设备单元电流在线量测方法的流程图；
图2是空调启动全过程负荷实测电压、电流波形图；
图3是空调启动前负荷实测稳态电压、电流波形图；
图4是空调启动后负荷实测稳态电压、电流波形图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的非侵入式用电设备单元电流在线量测方法做出详细说明。
如图1所示，本发明的非侵入式用电设备单元电流在线量测方法，是用于电力系统负荷能耗分解与监测、用电分析、负荷节能、负荷预测和负荷建模，包括如下步骤：
第一步：在电力负荷入口处监测电压、电流信息，并判断是否有用电设备投入，如果没有则继续监测，如果有则转入下一步；
第二步：记录用电设备投入前、后电力负荷的稳态电压、电流数据；
第三步：对上一步所记录的数据进行谐波分析得到电流表达式；
本发明进行非侵入式用电设备单元电流在线量测时，当供电电压符合国标规定时，用电设备的单元电流，即其电流基波幅值的标幺值为1时的电流具有一定的统计规律，可表示成如下形式：
ia′(t)=Σ∀k∈N*αk,a·cos(kωt+θk,a)---(1)]]>
式中，i′_a(t)是某一用电设备的单元电流，下标a表示用电设备；k∈N^*，即k是一个正整数；kω表示单元电流中第k次谐波分量的角频率；θ_k，a表示单元电流中第k次谐波分量的初相角；α_1，a＝1，当k＞1时，α_k，a是一个小于1的非负实数。
用电设备投入使用前电力负荷的稳态电流可表示成如下形式：
i_l(t)＝I_l1·[1·cos(ωt+θ_l1)+…+α_lk·cos(kωt+θ_lk)+…](2)
式中，i_l(t)表示电力负荷稳态电流的瞬时值；下标l表示电力负荷；I_l1表示电流负荷稳态电流基波分量的幅值；ω是电力负荷稳态电流基波分量的角频率；θ_l1是电力负荷稳态电流基波分量的初相角；α_lk表示电力负荷稳态电流第k次谐波分量幅值与基波分量幅值的比例系数；θ_lk表示电力负荷稳态电流第k次谐波分量的初相角；kω表示电力负荷稳态电流第k次谐波分量的角频率。
第四步：计算用电设备投入前后电力负荷稳态电流的差值；
当电力负荷内部有一主要用电设备投入使用后，其新的稳态电流如下：
i_l，new(t)＝I_l1，new·[1·cos(ωt+θ_l1，new)+…+α_lk，new·cos(kωt+θ_lk，new)+…](3)
式中，i_l，new(t)、I_l1，new、θ_l1，new、α_lk，new和θ_lk，new分别表示用电设备投入使用后i_l(t)、I_l1、θ_l1、α_lk和θ_lk的新值。
该用电设备的稳态工作电流可近似用其投入使用后的负荷稳态电流减去其投入使用前的负荷稳态电流得到，如式(4)所示：
i_a(t)＝i_l，new(t)-i_l(t)
＝I_l1，new·[1·cos(ωt+θ_l1，new)+…+α_lk，new·cos(kωt+θ_lk，new)+…]
-I_l1·[1·cos(ωt+θ_l1)+…+α_lk·cos(kωt+θ_lk)+…](4)
＝I_a1·[1·cos(ωt+θ_a1)+…+α_ak·cos(kωt+θ_ak)+…]
式中，i_a(t)是计算得到的该用电设备稳态工作电流的瞬时值；I_a1是用电设备稳态工作电流基波分量的幅值；θ_a1是用电设备稳态工作电流基波分量的初相角；α_ak表示用电设备稳态工作电流第k次谐波分量幅值与基波分量幅值的比例系数；θ_ak表示用电设备稳态工作电流中第k次谐波分量的初相角。
第五步：对上一步所计算的电流的差值进行单元化，得到用电设备的单元电流参数。
根据其稳态工作电流可得到这一用电设备的单元电流，如下所示：
i′_a(t)＝1·cos(ωt+θ_a1)+…+α_ak·cos(kωt+θ_ak)+…(5)
式中，i′_a(t)是这一用电设备的单元电流；θ_a1是用电设备稳态工作电流基波分量的初相角；α_ak表示用电设备稳态工作电流第k次谐波分量幅值与基波分量幅值的比例系数；θ_ak表示用电设备稳态工作电流中第k次谐波分量的初相角。
因此，当负荷内部有主要用电设备投入，且其它用电设备没有变化时，只要得到其投入前、后的负荷稳态电流就可近似的计算出这一用电设备的单元电流。
图2是实测得到的空调启动全过程负荷电压、电流波形，这一过程可分为如图中所示的三个部分：
(1)空调启动前稳态；
(2)空调启动暂态；
(3)空调启动后稳态；
图3是图2中第(1)部分的电压、电流实测波形。经谐波分析，其电压表达式为：


电流表达式式为：


图4是图2中第(3)部分的电压、电流实测波形，其电压表达式为：


电流表达式式为：


空调稳态电流可用其投入前后的负荷稳态电流差值来得到：
iac(t)=i3(t)-i1(t)]]>


其中，i_ac(t)表示空调稳态电流。
那么，空调的单元电流为：
i′_ac(t)＝1.0cos(ωt-3.91°)+0.076cos(3ωt-105.6°)+0.057cos(5ωt-159.31°)
+0.0096cos(7ωt-7.84°)+0.01cos(9ωt-48.44°)+0.0064cos(11ωt-23.35°)
i′_ac(t)表示空调的单元电流，即其基波标幺值为1的电流。
根据求得的空调单元电流，对图2中的第(3)部分进行负荷分解，结果如表1所示：
表1

从分解结果看，这种非侵入式用电设备单元电流参数获取方法可较好的为电力负荷能耗分解提供数据基础，促进负荷分解的开展。