阅读说明：本技术 应用于家庭配电箱的半侵入式负荷监测系统、方法和应用 (Semi-invasive load monitoring system and method applied to household distribution box and application ) 是由 康兵 许志浩 周志康 丁贵立 王振 郑少华 王晓虎 石润泽 胡艺 刘亚茹 于 2019-11-12 设计创作，主要内容包括：本发明涉及电力负荷监测技术领域,公开了一种应用于家庭配电箱的半侵入式负荷监测系统,包括传感模块,传感模块包括若干电流传感器和空气断路器,位于总回路上的电流传感器连接漏电保护模块,位于支路回路上的电流传感器连接有数据采集模块,数据采集模块连接有数据处理与控制模块,数据处理与控制模块分别双向连接显示模块和存储模块,所述数据采集模块通过供电模块进行供电；还公开了其检测方法和具体应用。本发明,通过半侵入式负荷监测方法实现家庭配电箱每个空气断路器回路电器运行状态实时判断,并具有漏电保护功能。(The invention relates to the technical field of power load monitoring, and discloses a semi-invasive load monitoring system applied to a household distribution box, which comprises a sensing module, wherein the sensing module comprises a plurality of current sensors and an air circuit breaker, the current sensors positioned on a main loop are connected with an electric leakage protection module, the current sensors positioned on a branch loop are connected with a data acquisition module, the data acquisition module is connected with a data processing and control module, the data processing and control module is respectively connected with a display module and a storage module in a bidirectional mode, and the data acquisition module supplies power through a power supply module; its detection method and its application are also disclosed. According to the invention, the real-time judgment of the running state of the electric appliance of each air circuit breaker loop of the household distribution box is realized by a semi-invasive load monitoring method, and the electric leakage protection function is realized.)

应用于家庭配电箱的半侵入式负荷监测系统、方法和应用

技术领域

本发明涉及电力负荷监测技术领域，具体是一种应用于家庭配电箱的半侵入式负荷监测系统、方法和应用。

背景技术

电能被广泛应用在各个有关工业生产和人民生活领域中，已经成为社会不可或缺的“能源元素”。但随着当今世界飞速发展，能源消耗日趋紧张，电能作为一种工业社会最为依赖的二次能源，也在面临各类短缺、浪费的问题。为了更加合理地规划、分配、使用电能，需要对用电端进行负荷监测辨识，居民侧建立可视化界面监测家用电器能耗情况，能帮助用户拟定策略节约用电，对缓解能源压力具有重要意义。

传统的负荷监测辨识方法，通过在每一个被监视负荷处加装传感器等硬件设备，获取各用电设备用电行为，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资金，也无法满足电力系统的不断发展的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于家庭配电箱的半侵入式负荷监测系统、方法和应用，通过对家庭配电箱中的总空气断路器电压电流以及分支空气断路器处电流进行监测，从而实现家用电器的在线识别，并获取用电器信息，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种应用于家庭配电箱的半侵入式负荷监测系统，包括传感模块，传感模块包括若干电流传感器和空气断路器，位于总回路上的电流传感器连接漏电保护模块，位于支路回路上的电流传感器连接有数据采集模块，数据采集模块连接有数据处理与控制模块，数据处理与控制模块分别双向连接显示模块和存储模块，所述数据采集模块通过供电模块进行供电，其中，

所述传感模块，用于实时采集配电箱中支回路空气断路器的电流信息，采集配电箱总空气断路器的电压信息和电流信息；

所述漏电保护模块，用于实时监控总空气断路器电流信息，漏电后记录漏电时间并且发出警报；

所述数据采集模块，用于将所述电流信息以及电压信息转化成数字信息；

所述数据处理与控制模块，用于根据所述数据采集模块中获取的电流、电压数据信息分别提取每个空气断路器上的负荷特征量，并用于识别在线负荷电器，将在线用电器的名称，在线状态，实时功率，已使用功率，在线时长，在线时间和实时波形信息存储到所述的存储模块；

所述存储模块，用于保存上个月整月的各用电器各个状态各自的在线时长，以及功率，并从零开始重新保存本月负荷电器在线状态，实时功率，已使用功率，在线时长，在线时间和实时波形信息；

所述显示模块，用于显示在线用电器的名称，在线状态，实时功率，已使用功率，在线时长，在线时间和实时波形信息，并且为用户对数据处理与控制模块无法识别的负荷进行人工识别提供窗口；

所述供电模块，用于维持所述数据处理与控制模块和显示模块持续正常工作

作为本发明进一步的方案：所述数据处理与控制模块采用STM32F469单片机。

一种应用于家庭配电箱的半侵入式负荷监测方法，包括如下步骤：

S1：传感模块实时采集配电箱中每个空气断路器的电流信息，配电箱总空气断路器的电压信息和电流信息，将信息传递给数据采集模块；

S2：将S1中获取的电流，电压信息经数据采集模块转化为数字信号；

S3：数据处理与控制模块对S2中获取的数字信号进行处理，获取在线电器负荷特征，加以判断，并识别在线电器，识别在线电器所处状态，计算在线电器实时功率和在线电器已使用功率，计算在线电器在线时长，记录在线电器在线时间，并将这些信息传输到存储模块上，同时在显示模块上进行显示。

作为本发明进一步的方案：S3中，对于无法识别的在线电器，数据处理与控制模块依然会识别在线电器所处状态，计算在线电器实时功率和在线电器已使用功率，计算在线电器在线时长，记录在线电器在线时间，同时显示器模块提供用户窗口供用户填写用电器名称。

作为本发明再进一步的方案：S1中，漏电保护模块实时监控主回路零线与火线组合电流信息，信息异常则断开总开关断路器。

上述系统可以在家庭配电箱的半侵入式负荷监测、识别在线用电器以及人工识别并修正用电器上进行应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该系统通过半侵入式负荷监测方法实现家庭配电箱每个空气断路器回路电器运行状态实时判断，并具有漏电保护功能。

附图说明

图1为应用于家庭配电箱的半侵入式负荷监测系统的结构示意图。

图2为应用于家庭配电箱的半侵入式负荷监测系统中传感模块的结构示意图。

图中：101-传感模块、102-漏电保护模块、103-数据采集模块、104-供电模块、105-数据处理与控制模块、106-存储模块、107-显示模块。

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。

请参阅图1，本发明实施例中，一种应用于家庭配电箱的半侵入式负荷监测系统，每个配电箱内设置包括传感模块101，传感模块101上设有电压传感器与电流传感器，电流传感器与电压传感器设置要求：每个分支空气开关下设置一个电流传感器，用于获取家庭配电箱中每条支路电路的电流信息，主空器开关下设置电压传感器和电流传感器，主空气开关下电流传感器用于采集零线与火线的组合信息，监测配电箱漏电情况；传感模块101包括若干电流传感器和空气断路器，位于总回路上的电流传感器连接漏电保护模块102，位于支路回路上的电流传感器连接有数据采集模块103，数据采集模块103连接有数据处理与控制模块105，数据处理与控制模块105分别双向连接显示模块107和存储模块106，所述数据采集模块103通过供电模块104进行供电，其中，

所述传感模块101，用于实时采集配电箱中支回路空气断路器的电流信息，采集配电箱总空气断路器的电压信息和电流信息；传感模块101将电压信息与分支电路电流信息传递给数据采集模块102、将总开关电流信息传递给漏电保护模块102。

所述漏电保护模块102，用于实时监控总空气断路器电流信息，漏电后记录漏电时间并且发出警报；监测接收传感模块101传递过来的总开关电流信息，如果出现异常，控制总空气开关断开开关；数据采集模块103将传感模块101传递过来的物理信息转为数字信息，并将数字信息传递给数据处理与控制模块105。

所述数据采集模块103，用于将所述电流信息以及电压信息转化成数字信息；

所述数据处理与控制模块105，用于根据所述数据采集模块103中获取的电流、电压数据信息分别提取每个空气断路器上的负荷特征量，并用于识别在线负荷电器，将在线用电器的名称，在线状态，实时功率，已使用功率，在线时长，在线时间和实时波形信息存储到所述的存储模块106；

所述存储模块106，用于保存上个月整月的各用电器各个状态各自的在线时长，以及功率，并从零开始重新保存本月负荷电器在线状态，实时功率，已使用功率，在线时长，在线时间和实时波形信息；

所述显示模块107，用于显示在线用电器的名称，在线状态，实时功率，已使用功率，在线时长，在线时间和实时波形信息，并且为用户对数据处理与控制模块105无法识别的负荷进行人工识别提供窗口；

所述供电模块104，用于维持所述数据处理与控制模块105和显示模块107持续正常工作。

所述数据处理与控制模块105采用STM32F469单片机，器件片内部集成得益于灵活的存储控制器（FMC）和双模式Quad SPI接口，轻松扩展存储范围。在90 MHz下工作的FMC带有一个32位的并行接口，能支持Compact Flash、SRAM、PSRAM、NOR、 NAND以及SDRAM存储器。双模式Quad SPI工作频率为90 MHz，实现了高性价比的NOR Flash，并支持内存映射模式。芯片集成多达17个频率高达180 MHz的16和32位定时器，最高180MHZ工作频率。

STM32F469单片机具有如下特性：

1）性能强大，在相同的主频下能够处理更多的任务；

2）功耗低，具有动态功耗调节功能，能在运行模式下和从Flash存储执行时实现低至280µA/MHz的电流消耗（@ 180 MHz）停机模式下，功耗为120 µA

3）在180 MHz频率下，从Flash执行时，STM32F446和STM32F479单片机能够提供225DMIPS/608 CoreMark性能，并且利用意法半导体的ART Accelerator™实现了零等待状态。

一种应用于家庭配电箱的半侵入式负荷监测方法，包括如下步骤：

S1：传感模块（01实时采集配电箱中每个空气断路器的电流信息，配电箱总空气断路器的电压信息和电流信息，将信息传递给数据采集模块103；

S2：将S1中获取的电流，电压信息经数据采集模块103转化为数字信号；

S3：数据处理与控制模块105对S2中获取的数字信号进行处理，获取在线电器负荷特征，加以判断，并识别在线电器，识别在线电器所处状态，计算在线电器实时功率和在线电器已使用功率，计算在线电器在线时长，记录在线电器在线时间，并将这些信息传输到存储模块106上，同时在显示模块107上进行显示。

参阅图2，配电箱中电压传感器获取总空气开关处电压，电流传感器分别获取总空气开关电流信息和分支空气开关电流信息，将总空气开关处获取的电流信息传递给漏电保护模块102，总空气开关电压信息以及分支空气开关电流信息传递给数据处理与控制模块105。

本发明的工作原理是：数据处理与控制模块105将对获取的信息进行处理，将电流电压变为有效值，然后检测电流电压的暂态信息，并提取暂态电压电流前后的稳态波形以及暂态波形，对稳态波形进行处理，提取其有功功率、无功功率、相位和暂态波形等信息作为电器负荷特征，将所获得的电器负荷特征量与数据库中电器的典型特征信息进行对比，寻找匹配电器，如果电器无法识别，则通过显示模块107交予用户进行人工识别，如果无法识别电器为数据库已存在电器，数据处理与控制模块105则会对数据库典型电器特征通过进化算法进行修正。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。