一种基于实时平均功率和冲击电流的非变频空调辨识判据

1、申报信息1000042010.2说明书摘要1000042010.2说明书摘要发明名称：申报类型（发明、实用新型或者同时报）申请人（即专利权人，单位或个人）申请人地址申请人组织机构代码（如果是单位）申请人邮编发明人姓名（可以为多个，按先后顺序排列）第一发明人身份证号码1000042010.2本发明公开了一种基于实时平均功率和实时电流的非变频空调辨识判据，其特征在于，包括：步骤一：用电压和电流传感器采集生成空调电器的样本输入参数集；步骤二：计算并生成实时平均功率曲线，提取平均功率辨识特征量；步骤三：绘制生成实时电流特征波形，提取电流辨识特征量；步骤四：比对非变频空调的实时平均功率特征量和电流辨识特

2、征量，进而辨识是否为非变频空调。本发明为非变频空调的准确辨识提供了一种有效的判断依据，可以准确有效快速地辨识非变频空调，有助于用户了解大功率非变频空调电器的投切、运行特性以及能耗情况，同时便于电网公司对空调电器需求侧管理和负荷预测。摘要附图1000052010.2权利要求书100001 2010.2 11一种基于实时平均功率和实时电流的非变频空调辨识判据，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：用电压和电流传感器采集空调电器的样本输入参数集PJ=u，i。其中u为经过滤波、去噪等预处理后的电压信号的采样序列，i为经过滤波、去噪等预处理后的电流信号的采样序列，采样频率为0.5k。步骤二：计算并生成实时平

3、均功率曲线，提取平均功率辨识特征量。以5个周波时间为单位，计算5个周波的平均功率作为这5个周波的功率平均值，计算稳定状态前后的平均功率增量，平均功率P、平均功率增量的定义分别如下： （1） （2）式（1）中，t取5个周波，为时间常数100ms；u、i分别上述预处理后的电压、电流的采样序列。式（2）中，P1为空调投切前稳定状态的平均功率，P2为空调电器投切运行稳定后状态的平均功率。步骤三：绘制生成实时电流特征波形，提取电流辨识特征量。对预处理后的电流序列i，提取空调电器投入的最大冲击电流IM和空调稳态运行峰值电流IW，计算电流冲击倍数，此外通过快速傅立叶分析样本电流谐波特性，主要包括2、3次谐波

4、。空调最大冲击电流IM和空调稳态运行峰值电流IW具体的计算公式如下： （3） （4）式（3）和（4）中，IP1为空调投入运行后的最大电流，IP2空调稳态运行后的最大电流，I0为空调运行前的稳态峰值电流。步骤四：比对非变频空调的实时平均功率特征量和电流辨识特征量，进而辨识是否为非变频空调。说明书100002 2010.2 3一种基于实时平均功率和实时电流的非变频空调辨识判据技术领域本发明提出了一种基于实时平均功率和实时电流的非变频空调辨识判据，具体涉及一种目前非变频空调电器的实时平均功率和实时电流特征，本发明属于节能技术。背景技术随着我国的经济迅速发展和气候变暖，一些中心城市城网的负荷水平和负荷

5、构成发生了变化，尤其是空调类(空调、冰箱和冰柜)负荷数量有了迅速的增长，2013年湖南浏阳电网(县域电网)的最高负荷达到539MW，其中空调负荷已占到夏季最高负荷的20%以上，局部地区甚至已经超过30%，并且空调负荷在未来几年中还将呈现高速增长态势。受空调负荷影响，电网用电负荷迅速增长，峰谷差进一步拉大，空调负荷的急剧增长已经成为夏季电网负荷特性恶化和电力紧缺的重要原因。空调负荷的主要部件是异步电动机，因此空调的负荷特性与异步电动机的特性非常相似。研究显示，空调负荷的电压与无功功率的关系特性表现为：在额定电压附近，空调负荷的无功功率随电压的升降而增减，当电压明显低于额定值时，当电压下降时无功功

6、率反而上升。空调的这种特性对电网电压稳定性的影响不容忽视，特别是无低压保护空调在发生故障后仍然停留在系统中，继续消耗系统的有功功率和无功功率。随着空调负荷的比例和影响日益增大，其特性对电网的电压稳定性影响很大。本文在电力系统动态模拟实验室进行的空调特性试验的基础上，搭建了空调负荷的试验平台，对空调负荷的制冷、制热（制冷、制冷为空调负荷的主要运行状态）的启动过程以及稳态运行过程进行了详细分析，结果表明：空调电器制冷、制热状态启动时，冲击电流很大，启动时电流冲击倍数可达5-9倍，冲击过程在0.2s左右；此外，伴有产生一个功率冲击，冲击倍数亦为5-9倍，并在有功有一个明显的增量，根据空调的型号不同，

7、有功增量在600-4000W之间。冲击电流和冲击功率的大小，与非变频空调的额定功率大小息息相关。电力系统负荷建模、空调负荷对电压稳定影响的研究和空调负荷运行特性研究及建模等文献对空调负荷运行特性进行了研究，介绍了空调不同运行状态下的负荷模型，并指出了空调类负荷对电压稳定有较大的影响，强调需重点注意空调类负荷比重较大的地区，且从防灾减灾的角度讨论了空调的有关问题；文献Transmission voltage delayed by stalled air conditioner compressors和空调类装置密集地区高电压节点负荷特性的集结指出，在空调使用的高峰期，系统多重事故发生后电压难以恢

8、复，分析认为这种情况主要是由空调堵转所致，且对空调压缩机特性及其保护装置进行研究，将其用于了事故的模拟中。 综上所述，现有的研究、文献已经对空调负荷的模型和运行特性进行了研究，指出了空调类负荷对电压和系统稳定具有较大的影响，但尚无文献提出一种准确、有效、快速辨识非变频空调的判据，能够根据实时电压电流信号，提取最大冲击电流，分析电流谐波情况，计算实时平均功率和平均功率增量，比对非变频空调的实时平均功率特征、电流谐波特性以及冲击电流特性，进而辨识是否为非变频空调。进而有助于用户了解大功率非变频空调电器的投切、运行特性以及能耗情况，同时便于电网公司对空调电器需求侧管理和负荷预测。发明内容为解决现有技

9、术的不足，本发明的目的在于提出一种基于实时平均功率和实时电流的非变频空调辨识判据，从而准确有效快速地辨识非变频空调。为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：一种基于实时平均功率和实时电流的非变频空调辨识判据，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：用电压和电流传感器采集空调电器的样本输入参数集PJ=u，i。其中u为经过滤波、去噪等预处理后的电压信号的采样序列，i为经过滤波、去噪等预处理后的电流信号的采样序列，采样频率为0.5k。步骤二：计算并生成实时平均功率曲线，提取平均功率辨识特征量。以5个周波时间为单位，计算5个周波的平均功率作为这5个周波的功率平均值，计算稳定状态前后的平均功率增量，平均功

10、率P、平均功率增量的定义分别如下： （1） （2）式（1）中，t取5个周波，为时间常数100ms；u、i分别上述预处理后的电压、电流的采样序列。式（2）中，P1为空调投切前稳定状态的平均功率，P2为空调电器投切运行稳定后状态的平均功率。 步骤三：绘制生成实时电流特征波形，提取电流辨识特征量。步骤3a）对预处理后的电流序列i，提取空调电器投入的最大冲击电流IM和空调稳态运行峰值电流IW，计算电流冲击倍数，空调最大冲击电流IM和空调稳态运行峰值电流IW具体的计算公式如下： （3） （4）式（3）和（4）中，IP1为空调投入运行后的最大电流，IP2为空调稳态运行后的最大电流，I0为空调运行前的稳态峰

11、值电流。当空调投入运行前没有电器工作时，则I0=0，此时IM=IP1，IW=IP2。步骤3b）通过快速傅立叶分析样本电流谐波特性，主要包括2、3次谐波峰值。步骤四：比对非变频空调的实时平均功率特征量和电流辨识特征量，进而辨识是否为非变频空调。本发明的有益之处在于：本发明的一种基于实时平均功率和实时电流的非变频空调辨识判据，根据样本负荷的电流冲击倍数、电流谐波特性以及实时平均功率增量，可以准确有效快速地辨识非变频空调，一方面有助于用户了解大功率非变频空调电器的投切、运行特性以及能耗情况，另一方面便于电网公司对空调电器需求侧管理和负荷预测，减少对电网电压稳定性的影响。附图说明图1是本发明一种基于实

12、时平均功率和实时电流的非变频空调辨识判据的总体流程图。图2是本发明扬子空调制热运行时（在热水器稳定基础上投入启动）电流的启动特性图3是本发明扬子空调制热运行时的电流谐波特性图4是本发明TCL空调制冷运行时电流的启动特性图5是本发明TCL空调制冷运行时的电流谐波特性图6是本发明非变频空调逐层辨识的框架图具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。参照图1所示，一种基于实时平均功率和实时电流的非变频空调辨识判据，包括：步骤一：用电压和电流传感器采集空调电器的样本输入参数集PJ=u，i。其中u为经过滤波、去噪等预处理后的电压信号的采样序列，i为经过滤波、去噪等预处理后的电流信号的采样序

13、列，采样频率为0.5k。步骤二：计算并生成实时平均功率曲线，提取平均功率辨识特征量。以5个周波时间为单位，计算5个周波的平均功率作为这5个周波的功率的平均值，计算稳定状态前后的平均功率增量，平均功率P、平均功率增量的定义分别如下： （3） （4）当扬子挂式空调在热水器稳定运行投入制热运行过程中，空调投切前稳定状态的平均功率P1=2500W，空调电器投切运行稳定后状态的平均功率P2=3300W，可以计算扬子空调投入运行后的功率增量=3300-2500=800W。同理，当TCL立式空调独立投入制冷运行过程中，空调投切前稳定状态的平均功率P1=0W，空调电器投切运行稳定后状态的平均功率P2=1600

14、W，可以计算TCL立式空调投入运行后的功率增量=P2=1600W。可以看出，空调在投入运行时，实时平均功率将会有一个稳定的比较大的增量，一般在600W-400W之间。 步骤三：绘制生成实时电流特征波形，提取电流辨识特征量。步骤2a）对预处理后的电流序列i，提取空调电器投入的最大冲击电流IM和空调稳态运行峰值电流IW，计算电流冲击倍数，空调最大冲击电流IM和空调稳态运行峰值电流IW具体的计算公式如下： （1） （2）如图2所示，扬子空调在热水器稳定运行基础上制热启动时，热水器稳态峰值电流I0约为16A，空调投入运行后的最大电流IP1约为41A，空调稳态运行后的最大电流IP2约为19A，根据公式（

15、1）和（2）可以计算空调最大冲击电流IM和空调稳态运行峰值电流IW如下：空调最大冲击电流：IM=41-16=25A空调稳态运行峰值电流：IW=19-16=3A电流冲击倍数：k=IM/IW=25/3=8.3同理，如图4所示，TCL立式空调单独制冷启动时，启动前稳态峰值电流I0为，空调投入运行后的最大电流IP1约为48A，空调稳态运行后的最大电流IP2约为7A，根据公式（1）和（2）可以计算空调最大冲击电流IM和空调稳态运行峰值电流IW如下：空调最大冲击电流：IM= IP1=48A空调稳态运行峰值电流：IW= IP2=7A电流冲击倍数：k=IM/IW=48/7=6.9由此可以看出，不管是空调单独启

16、动还是在其他电器运行基础上启动，制冷和制热的启动过程都有5-9被的冲击电流。步骤2b）通过快速傅立叶分析样本电流谐波特性，主要包括2、3次谐波峰值。如图3和5所示，不同品牌不同功率的空调在知冷知热稳定运行时都存在2次谐波，并且所占比例均超过10%。由此可以看出空调运行时存在一定比例的2次谐波。步骤四：比对非变频空调的实时平均功率特征量和电流辨识特征量，进而辨识是否为非变频空调。当样本负荷有5-9倍的冲击电流，含有10%以上的2次谐波，并且平均功率增量在600W-4000W之间，则可判定该样本负荷为非变频空调。如图6所示，以家庭非变频空调为例，应用上述基于实时平均功率和实时电流的辨识判据，其辨识

17、过程如下：分类器1的设计原则是平均功率大小，例如以200W功率为分类判据，可以将负荷分为A类负荷（小于200W）和B类负荷（大于200W），空调属于B类负荷；分类器2和分类器3的设计原则是谐波比例，具有一定比例（10%）的2次谐波的非变频空调属于C类负荷，可以区分出C类负荷（高暂态脉冲幅值负荷）；分类器4的设计原则是电流冲击倍数，非变频空调的电流采集倍数在5-9倍。为简化说明，假设只需要辨识笔记本、灯具、洗衣机、空调、微波炉5种电器，分类器1依据功率将笔记本和灯具辨识为A类负荷，洗衣机、空调、微波炉辨识为B类负荷；分类器2依据谐波比例将笔记本和灯具区分开；分类器3据2、3次谐波比例值将洗衣机和空调这2种C类负荷区分出来，同时直接辨识出微波炉；分类器4依据电流冲击倍数区分洗衣机和空调。本发明的有益之处在于：本发明的一种基于实时平均功率和实时电流的非变频空调