CN108876476B - 一种电器开关事件检测方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电器开关事件检测方法及***。该方法包括：获取按时间顺序采集的电器的待检测总功率序列；建立第一时间窗和紧随第一时间窗的第二时间窗，第一时间窗和第二时间窗的容量均为奇数；对待检测的总功率序列的左侧和右侧进行数据填充；从第一时间窗的中心对准总功率序列的第一个数据滑动第一时间窗和第二时间窗，直至第一时间窗的中心对准总功率序列的最后一个数据，每滑动一个数据的步长，对第一时间窗内的数据与第二时间窗内的数据进行卡方检验，从而确定总功率序列中的各个数据处是否发生开关事件。本发明的方法及***，能够有效避免噪声对检测精度的影响，提高检测准确度。

Description

一种电器开关事件检测方法及***

技术领域

本发明涉及电器开关事件技术领域，特别是涉及一种电器开关事件检测方法及***。

背景技术

随着智能电网的发展，家庭用电负荷的分析变得越来越重要。通过用电负荷的分析，家庭用户可以及时获得每个电器的用电信息，以及电费的精细化清单；电力部门可以获得更详尽的用户用电信息，并可以提高用电负荷预测的准确度，为电力部门提供统筹规划的依据。同时，利用每个电器的用电信息，可获知用户的用电行为，这对于家庭能耗评估和节能策略的研究具有指导意义。

当前用电负荷分解主要分为侵入式负荷分解和非侵入式负荷分解两种方法。非侵入式负荷分解方法不需要在负荷的内部用电设备上安装监测设备，只需要根据用电负荷总信息即可获得每个用电设备的负荷信息。非侵入式负荷分解方法具有投入少、方便使用等特点，因此，该方法适用于家庭负荷用电的分解。

非侵入式负荷分解算法中，电气设备的开关事件检测是其中最重要的环节。最初的开关事件检测以有功功率P的变化值ΔP作为事件检测的判断依据，方便且直观。这是因为任何一个用电设备的运行状态发生变化，其所消耗的功率值也必然发生改变，并且该改变也将会在所有电器所消耗的总功率中体现出来。这种方法除了需要设置功率变化值的合理阈值，还需要解决事件检测方法在实际应用中存在的问题：某些电器启动时刻的瞬时功率值会出现较大的尖峰(例如，马达启动电流远大于额定电流)，会造成电器稳态功率变化值不准确，从而影响对开关事件的判断；不同家用电器的暂态过程或长或短，因此功率变化值的确定变得较为困难；由于电能质量的变化(如电压突降)有功功率会出现突变的情况，这样很可能会出现误判。

依据家用电器常见品牌的有功功率数据，典型的有功功率数据如表1-1所示，可以看出仅照明类用电器有功功率比较小，其他用电器基本都在50W以上，所以确定事件发生的功率变化阈值设定为50W。

表1常见家用电器的有功功率表

现有的开关事件检测方法为：计算每个时刻读取的有功功率与对应的上一时刻读取的有功功率的差，判断该差值的绝对值是否大于或等于30W，并将连续满足差值大于或等于30W的所有时刻组成的时间段的首尾时刻对应的有功功率作差，得到首尾功率差，判断该首尾功率差的绝对值是否大于或等于50W，若大于或等于50W则确定该时间段内发生了开关事件，若小于50W则确定该时间段内发生功率波动。

现有的开关事件检测方法能够识别有功功率变化值比较大(大于70W)的开关事件，由于***存在噪声的缘故，某些有功功率接近阈值(即50W)的电器在启动时引起的有功功率增加可能被***噪声减弱，因而无法准确识别。

发明内容

本发明的目的是提供一种电器开关事件检测方法及***，有效避免噪声对检测精度的影响，提高检测准确度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种电器开关事件检测方法，包括：

获取按时间顺序采集的电器的待检测的总功率序列；

建立第一时间窗和第二时间窗，所述第一时间窗和所述第二时间窗的容量均为L个数据，其中L为奇数；所述第二时间窗紧随所述第一时间窗；

对所述总功率序列的左侧和右侧进行数据填充，使所述第一时间窗和所述第二时间窗从所述第一时间窗的中心对准所述总功率序列的第一个数据滑动至所述第一时间窗的中心对准所述总功率序列的最后一个数据时，所述第一时间窗和所述第二时间窗内均填充满L个数据；

从所述第一时间窗的中心对准所述总功率序列的第一个数据滑动所述第一时间窗和所述第二时间窗，直至所述第一时间窗的中心对准所述总功率序列的最后一个数据，每滑动一个数据的步长，对所述第一时间窗内的数据与所述第二时间窗内的数据进行卡方检验，从而确定所述总功率序列中的各个数据处是否发生开关事件；

记录所有发生开关事件的数据在所述总功率序列中的序号。

可选的，所述对所述总功率序列的左侧和右侧进行数据填充，具体包括：

将所述总功率序列的左侧补充至少个数据；左侧补充的至少个数据均与所述总功率序列最左侧的数据相同；

将所述总功率序列的右侧补充至少个数据；右侧补充的至少个数据均与所述总功率序列最右侧的数据相同。

可选的，所述每滑动一个数据的步长，对所述第一时间窗内的数据与所述第二时间窗内的数据进行卡方检验，从而确定所述总功率序列中的各个数据处是否发生开关事件，具体包括：

求取所述第一时间窗内所有数据的最大值和最小值，得到取值区间；

将所述取值区间划分为K段，得到K段小区间；

计算所述第一时间窗内的数据介于每个所述小区间内的数量F⁽ⁿ⁾ _P(k)和所述第二时间窗内的数据介于每个所述小区间内的数量F⁽ⁿ⁾ _Q(k)；其中n表示位于所述第一时间窗中心的数据在所述总功率序列中的序号；k为小区间序号，k＝1,2,…,K；

计算数量差值比率：

根据参数K和置信度α，通过查询卡方表获取卡方值χ²(α,K-1)；

判断所述数量差值比率是否大于或等于所述卡方值，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果表示所述数量差值比率大于或等于所述卡方值，则确定在所述总功率序列的第n个数据处发生开关事件；若所述第一判断结果表示所述数量差值比率小于所述卡方值，则确定在所述总功率序列的第n个数据处未发生开关事件。

本发明还公开一种电器开关事件检测***，包括：

功率序列获取模块，用于获取按时间顺序采集的电器的待检测的总功率序列；

时间窗建立模块，用于建立第一时间窗和第二时间窗，所述第一时间窗和所述第二时间窗的容量均为L个数据，其中L为奇数；所述第二时间窗紧随所述第一时间窗；

数据填充模块，用于对所述总功率序列的左侧和右侧进行数据填充，使所述第一时间窗和所述第二时间窗从所述第一时间窗的中心对准所述总功率序列的第一个数据滑动至所述第一时间窗的中心对准所述总功率序列的最后一个数据时，所述第一时间窗和所述第二时间窗内均填充满L个数据；

开关事件检测模块，用于从所述第一时间窗的中心对准所述总功率序列的第一个数据滑动所述第一时间窗和所述第二时间窗，直至所述第一时间窗的中心对准所述总功率序列的最后一个数据，每滑动一个数据的步长，对所述第一时间窗内的数据与所述第二时间窗内的数据进行卡方检验，从而确定所述总功率序列中的各个数据处是否发生开关事件；

记录模块，用于记录所有发生开关事件的数据在所述总功率序列中的序号。

可选的，所述数据填充模块，具体包括：

序列左填充单元，用于将所述总功率序列的左侧补充至少个数据；左侧补充的至少个数据均与所述总功率序列最左侧的数据相同；

序列右填充单元，用于将所述总功率序列的右侧补充至少个数据；右侧补充的至少个数据均与所述总功率序列最右侧的数据相同。

可选的，所述开关事件检测模块，具体包括：

区间计算单元，用于求取所述第一时间窗内所有数据的最大值和最小值，得到取值区间；

区间划分单元，用于将所述取值区间划分为K段，得到K段小区间；

区间数据量计算单元，用于计算所述第一时间窗内的数据介于每个所述小区间内的数量F⁽ⁿ⁾ _P(k)和所述第二时间窗内的数据介于每个所述小区间内的数量F⁽ⁿ⁾ _Q(k)；其中n表示位于所述第一时间窗中心的数据在所述总功率序列中的序号；k为小区间序号，k＝1,2,…,K；

比率计算单元，用于计算数量差值比率：

卡方值查询单元，用于根据参数K和置信度α，通过查询卡方表获取卡方值χ²(α,K-1)；

判断单元，用于判断所述数量差值比率是否大于或等于所述卡方值，得到第一判断结果；

开关事件确定单元，用于若所述第一判断结果表示所述数量差值比率大于或等于所述卡方值，则确定在所述总功率序列的第n个数据处发生开关事件；若所述第一判断结果表示所述数量差值比率小于所述卡方值，则确定在所述总功率序列的第n个数据处未发生开关事件。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明的电器开关事件检测方法及***，利用卡方检验的方法识别开关事件，关注功率值落入某个区间的数量，能够避免依赖于功率差值的大小，从而有效避免噪声或功率波动的影响，提高检测准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明电器开关事件检测方法实施例的方法流程图；

图2为本发明电器开关事件检测***实施例的***结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种电器开关事件检测方法及***，有效避免噪声对检测精度的影响，提高检测准确度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明电器开关事件检测方法实施例的方法流程图。

本发明将时间窗口内采样值落入某一区间的次数作为指标，统计次数差值之和，并将此差值之和与卡方值相比较，将比较结果作为电器开关事件是否发生的标志。

参见图1，该电器开关事件检测方法，包括：

步骤101：获取按时间顺序采集的电器的待检测的总功率序列。

待检测的总功率序列为p₀,p₁,…,p_N-1，其中N为待检测的总功率序列的长度，即待检测的总功率序列所包含的总功率数据的数量。

步骤102：建立第一时间窗和第二时间窗，所述第一时间窗和所述第二时间窗的容量均为L个数据，其中L为奇数，且L满足11≤L≤21；所述第二时间窗紧随所述第一时间窗。

步骤103：对所述总功率序列的左侧和右侧进行数据填充，使所述第一时间窗和所述第二时间窗从所述第一时间窗的中心对准所述总功率序列的第一个数据滑动至所述第一时间窗的中心对准所述总功率序列的最后一个数据时，所述第一时间窗和所述第二时间窗内均填充满L个数据。

其中，对所述总功率序列的左侧和右侧进行数据填充，具体包括：将所述总功率序列的左侧补充至少个数据；左侧补充的至少个数据均与所述总功率序列最左侧的数据相同；将所述总功率序列的右侧补充至少个数据；右侧补充的至少个数据均与所述总功率序列最右侧的数据相同。

步骤104：从所述第一时间窗的中心对准所述总功率序列的第一个数据滑动所述第一时间窗和所述第二时间窗，直至所述第一时间窗的中心对准所述总功率序列的最后一个数据，每滑动一个数据的步长，对所述第一时间窗内的数据与所述第二时间窗内的数据进行卡方检验，从而确定所述总功率序列中的各个数据处是否发生开关事件。

所述第一时间窗内的数据序列为其中n表示位于所述第一时间窗中心的数据在所述总功率序列中的序号；p_n为位于所述第一时间窗中心的数据；P表示第一时间窗的数据序列，p表示总功率序列内的各个数据；由于第二时间窗紧随第一时间窗，则所述第二时间窗内的数据序列为

其中，每滑动一个数据的步长，对所述第一时间窗内的数据与所述第二时间窗内的数据进行卡方检验，从而确定所述总功率序列中的各个数据处是否发生开关事件，具体包括：

求取所述第一时间窗P_n内所有数据的最大值和最小值，得到取值区间；其中最小值记为p⁽ⁿ⁾ _min＝min[P_n]，最大值记为p⁽ⁿ⁾ _max＝max[P_n]，则取值区间为[p⁽ⁿ⁾ _min,p⁽ⁿ⁾ _max]。

将所述取值区间划分为K段，得到K段小区间。其中K的取值一般为10；各个小区间的序号为k，划分之后的每个小区间可以表示为：

k＝1,2,…,K

n＝1,2,…,N

计算所述第一时间窗内的数据介于每个所述小区间内的数量F⁽ⁿ⁾ _P(k)和所述第二时间窗内的数据介于每个所述小区间内的数量F⁽ⁿ⁾ _Q(k)。

计算数量差值比率：

根据参数K和置信度α(α一般取为95％)，通过查询卡方表获取卡方值χ²(α,K-1)；

判断所述数量差值比率是否大于或等于所述卡方值，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果表示所述数量差值比率大于或等于所述卡方值，即γ⁽ⁿ⁾≥χ²(α,K-1)，则确定在所述总功率序列的第n个数据处发生开关事件；若所述第一判断结果表示所述数量差值比率小于所述卡方值，即γ⁽ⁿ⁾＜χ²(α,K-1)，则确定在所述总功率序列的第n个数据处未发生开关事件。

步骤105：记录所有发生开关事件的数据在所述总功率序列中的序号。

电器开关事件检测所面临的最大问题是噪声对检测精度的不良影响。噪声超过一定程度，会造成检测精度极速下降。同时现有的事件检测算法依赖于功率差值的大小。而本发明则考察功率值落入区间的次数，这种统计方法可以在一定程度上避免噪声或者功率波动的影响。

因此，本发明是对相邻的两个数据序列(P和Q)的分布进行统计刻画，如果两者差值之和小于卡方值，则认为这两个数据序列(P和Q)具有相同的分布，没有开关事件发生；如果大于卡方值，则认为这两个数据序列(P和Q)的分布不同，意味着开关事件发生了。利用分布是否相同，可以在一定程度上避免噪声的影响，提高检测精度，并且计算方法十分简单，原理非常明确。

图2为本发明电器开关事件检测***实施例的***结构图。

参见图2，该电器开关事件检测***，包括：

功率序列获取模块201，用于获取按时间顺序采集的电器的待检测的总功率序列。

时间窗建立模块202，用于建立第一时间窗和第二时间窗，所述第一时间窗和所述第二时间窗的容量均为L个数据，其中L为奇数；所述第二时间窗紧随所述第一时间窗。

数据填充模块203，用于对所述总功率序列的左侧和右侧进行数据填充，使所述第一时间窗和所述第二时间窗从所述第一时间窗的中心对准所述总功率序列的第一个数据滑动至所述第一时间窗的中心对准所述总功率序列的最后一个数据时，所述第一时间窗和所述第二时间窗内均填充满L个数据。

所述数据填充模块203，具体包括：序列左填充单元和序列右填充单元。其中序列左填充单元，用于将所述总功率序列的左侧补充至少个数据；左侧补充的至少个数据均与所述总功率序列最左侧的数据相同；序列右填充单元，用于将所述总功率序列的右侧补充至少个数据；右侧补充的至少个数据均与所述总功率序列最右侧的数据相同。

开关事件检测模块204，用于从所述第一时间窗的中心对准所述总功率序列的第一个数据滑动所述第一时间窗和所述第二时间窗，直至所述第一时间窗的中心对准所述总功率序列的最后一个数据，每滑动一个数据的步长，对所述第一时间窗内的数据与所述第二时间窗内的数据进行卡方检验，从而确定所述总功率序列中的各个数据处是否发生开关事件。

所述开关事件检测模块204，具体包括：

区间计算单元，用于求取所述第一时间窗内所有数据的最大值和最小值，得到取值区间；区间划分单元，用于将所述取值区间划分为K段，得到K段小区间；区间数据量计算单元，用于计算所述第一时间窗内的数据介于每个所述小区间内的数量F⁽ⁿ⁾ _P(k)和所述第二时间窗内的数据介于每个所述小区间内的数量F⁽ⁿ⁾ _Q(k)；其中n表示位于所述第一时间窗中心的数据在所述总功率序列中的序号；k为小区间序号，k＝1,2,…,K；比率计算单元，用于计算数量差值比率：卡方值查询单元，用于根据参数K和置信度α，通过查询卡方表获取卡方值χ²(α,K-1)；判断单元，用于判断所述数量差值比率是否大于或等于所述卡方值，得到第一判断结果；开关事件确定单元，用于若所述第一判断结果表示所述数量差值比率大于或等于所述卡方值，则确定在所述总功率序列的第n个数据处发生开关事件；若所述第一判断结果表示所述数量差值比率小于所述卡方值，则确定在所述总功率序列的第n个数据处未发生开关事件。

记录模块205，用于记录所有发生开关事件的数据在所述总功率序列中的序号。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明的电器开关事件检测方法及***，利用卡方检验的方法识别开关事件，关注功率值落入某个区间的数量，能够避免依赖于功率差值的大小，从而有效避免噪声或功率波动的影响，提高检测准确度。

对于实施例公开的***而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种电器开关事件检测方法，其特征在于，包括：

获取按时间顺序采集的电器的待检测的总功率序列；

建立第一时间窗和第二时间窗，所述第一时间窗和所述第二时间窗的容量均为L个数据，其中L为奇数；所述第二时间窗紧随所述第一时间窗；

对所述总功率序列的左侧和右侧进行数据填充，使所述第一时间窗和所述第二时间窗从所述第一时间窗的中心对准所述总功率序列的第一个数据滑动至所述第一时间窗的中心对准所述总功率序列的最后一个数据时，所述第一时间窗和所述第二时间窗内均填充满L个数据；

从所述第一时间窗的中心对准填充前的所述总功率序列的第一个数据滑动所述第一时间窗和所述第二时间窗，直至所述第一时间窗的中心对准填充前的所述总功率序列的最后一个数据，每滑动一个数据的步长，对所述第一时间窗内的数据与所述第二时间窗内的数据进行卡方检验，从而确定所述总功率序列中的各个数据处是否发生开关事件；

记录所有发生开关事件的数据在所述总功率序列中的序号；

所述对所述总功率序列的左侧和右侧进行数据填充，具体包括：

将所述总功率序列的左侧补充至少个数据；左侧补充的至少个数据均与所述总功率序列最左侧的数据相同；

将所述总功率序列的右侧补充至少个数据；右侧补充的至少个数据均与所述总功率序列最右侧的数据相同。

2.根据权利要求1所述的一种电器开关事件检测方法，其特征在于，所述每滑动一个数据的步长，对所述第一时间窗内的数据与所述第二时间窗内的数据进行卡方检验，从而确定所述总功率序列中的各个数据处是否发生开关事件，具体包括：

求取所述第一时间窗内所有数据的最大值和最小值，得到取值区间；

将所述取值区间划分为K段，得到K段小区间；

计算所述第一时间窗内的数据介于每个所述小区间内的数量F⁽ⁿ⁾ _P(k)和所述第二时间窗内的数据介于每个所述小区间内的数量F⁽ⁿ⁾ _Q(k)；其中n表示位于所述第一时间窗中心的数据在所述总功率序列中的序号；k为小区间序号，k＝1,2,…,K；

计算数量差值比率：

根据参数K和置信度α，通过查询卡方表获取卡方值χ²(α,K-1)；

判断所述数量差值比率是否大于或等于所述卡方值，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果表示所述数量差值比率大于或等于所述卡方值，则确定在所述总功率序列的第n个数据处发生开关事件；若所述第一判断结果表示所述数量差值比率小于所述卡方值，则确定在所述总功率序列的第n个数据处未发生开关事件。

3.一种电器开关事件检测***，其特征在于，包括：

功率序列获取模块，用于获取按时间顺序采集的电器的待检测的总功率序列；

时间窗建立模块，用于建立第一时间窗和第二时间窗，所述第一时间窗和所述第二时间窗的容量均为L个数据，其中L为奇数；所述第二时间窗紧随所述第一时间窗；

数据填充模块，用于对所述总功率序列的左侧和右侧进行数据填充，使所述第一时间窗和所述第二时间窗从所述第一时间窗的中心对准所述总功率序列的第一个数据滑动至所述第一时间窗的中心对准所述总功率序列的最后一个数据时，所述第一时间窗和所述第二时间窗内均填充满L个数据；

开关事件检测模块，用于从所述第一时间窗的中心对准填充前的所述总功率序列的第一个数据滑动所述第一时间窗和所述第二时间窗，直至所述第一时间窗的中心对准填充前的所述总功率序列的最后一个数据，每滑动一个数据的步长，对所述第一时间窗内的数据与所述第二时间窗内的数据进行卡方检验，从而确定所述总功率序列中的各个数据处是否发生开关事件；

记录模块，用于记录所有发生开关事件的数据在所述总功率序列中的序号；

所述数据填充模块，具体包括：

序列左填充单元，用于将所述总功率序列的左侧补充至少个数据；左侧补充的至少个数据均与所述总功率序列最左侧的数据相同；

序列右填充单元，用于将所述总功率序列的右侧补充至少个数据；右侧补充的至少个数据均与所述总功率序列最右侧的数据相同。

4.根据权利要求3所述的一种电器开关事件检测***，其特征在于，所述开关事件检测模块，具体包括：

区间计算单元，用于求取所述第一时间窗内所有数据的最大值和最小值，得到取值区间；

区间划分单元，用于将所述取值区间划分为K段，得到K段小区间；

区间数据量计算单元，用于计算所述第一时间窗内的数据介于每个所述小区间内的数量F⁽ⁿ⁾ _P(k)和所述第二时间窗内的数据介于每个所述小区间内的数量F⁽ⁿ⁾ _Q(k)；其中n表示位于所述第一时间窗中心的数据在所述总功率序列中的序号；k为小区间序号，k＝1,2,…,K；

比率计算单元，用于计算数量差值比率：

卡方值查询单元，用于根据参数K和置信度α，通过查询卡方表获取卡方值χ²(α,K-1)；

判断单元，用于判断所述数量差值比率是否大于或等于所述卡方值，得到第一判断结果；

开关事件确定单元，用于若所述第一判断结果表示所述数量差值比率大于或等于所述卡方值，则确定在所述总功率序列的第n个数据处发生开关事件；若所述第一判断结果表示所述数量差值比率小于所述卡方值，则确定在所述总功率序列的第n个数据处未发生开关事件。