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基于暂态过程的非侵入式负荷监测

牛卢璐  
【摘要】:对电力系统而言,负荷监测具有重要意义。传统的负荷监测一般需要在每一个被监视负荷处加装传感器等硬件设备,这种侵入式监测方法在安装和维护方面需要花费大量的时间和金钱,也满足不了不断发展的电力系统的需要。为此,人们提出了非侵入式负荷监测(NILM)系统,它只需要在电力入口处安装监测设备,通过监测该处的电压、电流等信号就可以分析得到负荷集群中单个负荷的种类和运行情况。NILM可以方便地进行负荷监测,能够节省安装和维护所需要的时间和金钱,符合目前整个社会所提倡的建设节约型社会的要求。对电力公司来说,NILM还有助于电力公司了解电力用户负荷的构成,加强负荷侧管理,通过引导用户合理消费、合理安排负荷的使用时间达到调节峰谷差和降低网损等目的;有助于改善电力负荷的预测精度,为电力系统仿真分析、系统规划提供更准确的数据。对电力用户来说,通过NILM对负荷能耗等数据的有效分析可以减少不必要的能源开销,达到节能降耗的目的。非侵入式负荷监测是未来电力测量方面的发展趋势,吸引了学术界和工业界的广泛关注。 电力负荷的暂态响应特性是与其执行的物理任务密切相关的,不同类型的负荷在投切等过程中,通常会表现出独特的暂态特征信息。据此暂态特征信息,NILM能够实现对整个变电站、建筑物内部负荷集群的分解与分析,进一步获得有用的信息。它一定程度上能克服利用负荷稳态特征信息进行负荷辨识时的局限性,能够提高负荷辨识率。NILM系统应该能够自动检测负荷投切等所引起的暂态过程,并触发相关程序把暂态信息记录下来,然后送给后台高级应用程序做进一步处理。为此,本文提出了基于滑动窗的双边CUSUM暂态过程自动检测算法,此算法能根据相关电压、电流、有功功率等信号准确检测到负荷投切等引起的系统暂态过程,具有较强的精度和抗干扰能力。 当前的NILM系统主要用于检测单个家庭、居民小区、商业大楼等中低压场合,且主要是单相负荷。本文把NILM进一步扩展到较高电压等级的三相系统中去,提出了一种能应用于较高电压等级变电站、发电厂等场合的非侵入式负荷监测算法—基于互相关函数的非侵入式负荷辨识算法。此算法通过同步dq变换的方法来提取负荷投切过程中的暂态特征信息,然后与负荷模型库中的典型负荷特性做比对,通过互相关函数来判别其相似性。此算法能够通过测量变电站或者发电厂母线电压以及挂接在同一母线下的负荷集群的聚合电流来有效辨识多种设备的种类和运行状态。数字仿真验证上述算法的有效性,适用于非侵入式负荷监测系统。


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