基于hsmm的非侵入型家庭电力负荷分解算法研究

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1、基于HSMM的非侵入型家庭电力负荷分解算法研究第一章引言1.1课题研究背景能源是整个社会进展的重要命脉，在人们的日常生产、生活中起到了至关重要的作用，是提高人民生活水平、加快社会进步的重要物质基础，人类社会一切的发展都与能源息息相关。能源的更新和发展极大的推进了人类社会和世界经济的进步，可以说人类的活动根本离不开能源。特别是随着信息技术的日新月异、工业生产的迅猛发展以及人口数量的激增，全球资源环境的压力和能源的需求也在不断增加，人们需要更多的能源来满足各种需求。但是，自然界中所存在的能源数量是有限的，能源短缺问题在各行业中均得到体现，而且正在逐渐演变成一个世

2、界性的难题，因此人们迫切需要找到可行的方案来解决这一难题[1]。目前我国的能耗在能源消费国中位居第二，虽然我国拥有非常丰富的可再生能源资源，水力资源发电量占世界首位，但是由于我国人口众多，天然气、石油人均资源量占世界平均水平的百分之二十左右[2]，煤炭和水力资源人均拥有量仅相当于世界平均水平的一半，耕地资源所占比例不到世界平均水平的百分之三十。因此，从人均占有率来看，我国的能源资源相对贫乏。在经济全球化的当今社会，随着科学技术的快速发展，社会生产力的进一步提高，能源短缺与环境污染问题逐渐成为全世界、全人类共同关注的问题，各国都应该从本国的实际国情出发解决能源

3、短缺与环境污染问题，因此协调能源开发和环境保护已经成为当今社会发展的核心问题。为了解决能源供需以及环境污染的问题，人们正在提高能源研发技术和环保研发水平。..1.2课题研究意义电力系统自动化和智能化已经成为全球电网的发展目标。高级量测体系(AdvancedMeteringInfrastructure,AMI)和自动抄表技术(AutomaticMeterReading,AMR)是国际上公认的实现智能配电的关键技术。许多国家通过制定法律来促进能源技术，例如美国在能源政策条例中明确规定电力公司需根据家庭用户需求提供分时电价等服务。AMI是一个由终端智能电表、量测数

4、据管理系统和通信网络系统三部分组成的网络监测系统。近年来，一些用户住宅内已经开始引入该系统，一方面电力系统部门通过AMI和AMR实时监控用户用电的详细情况，灵活制定分时电价；另一方面使用户了解详细用电信息和自身的用电行为，为选择用电设备提供参考信息[5]。电力负荷分解可以通过辨识电力负荷中不同类型的运行状态，从而得到用电设备所消耗的功率，负荷的正确监测与分解对减少电能损耗有着基础性的重要意义。电力负荷控制监测系统是一种综合管理信息系统，它不仅运用了通信技术和计算机技术，还运用了自动控制技术。它提高了电力设备的利用率，确保电网实现安全和经济运行[6]。电力系统

5、负荷监测理论在现代电力系统中也已经占有非常重要的地位，也是电力系统自动化和智能化领域中的一项重要内容[7]。电力负荷分解数据对电力系统、电力用户和全社会都有非常重大的意义[8]。第二章数据预处理2.1数据分析非侵入式家庭电力负荷监测与分解系统主要包括四部分，数据采集，数据预处理、负荷状态辨识和能耗预测，原理框图如图2.1所示。数据导入模块是指提取已知采集到的数据集中相关有用信息。数据预处理模块是对原始数字信号如电压、电流、功率等做预处理，然后再提取有用特征向量，最后再建立合理的负荷分解模型，采用有效的分解算法识别负荷运行状态，根据负荷的运行状态可以求得单个设

6、备所消耗的能量，最后再根据每类设备的均值计算单类设备消耗的能量。在本章中我们主要对数据预处理进行阐述。电力负荷元件是指各种将电能转换成其他形式能量的用电设备，如电动机、电弧炉、加热器、空调、家用电器、照明设备、娱乐设施等。其中家庭用电设备中包含不同的负荷类型，而每一种负荷类型又包含很多的用电设备，各个用电设备的特性存在差异，因此可以针对不同用电设备的特征对设备进行分类。近年来，随着居民生活水平的提高，家用电器在人们的生活中迅速普及，特别是空调，基本上每家都有，而且一些高层次的家用电器如全自动洗衣机、电脑等都进入了大部分家庭。同时家用电器数量存在着明显的差别，

7、这与家庭构成及个人生活习惯息息相关。本文主要针对家庭用电设备进行分解，按用途的不同，家庭电力设备大致可以分为以下几类：1.照明设备，如白炽灯、日光灯等；2.供暖设备，如电阻加热、热泵等；3.制冷设备，如空调；4.家用电器，如冰箱、洗碗机、洗衣机、电磁炉等；5.热水器，如电热水器、太阳能热水器等；6.娱乐设施，如电视、音响；7.其他。在本文中，我们主要针对电力设备的功率幅值范围对家庭用电设备进行分类。在一般家庭用户中，绝大多数家用电器具有运行和停止两种状态[35]。每当电器启动时，功率值都会突然增加。功率增加有两种情况：一种情况是有电器开启，第二种情况是由于某

8、些原因，例如磁场对电流的干扰等。根据实际的测量统计，