阅读说明：本技术 一种电器能耗分析方法及基于此的用电分配方法 (Electrical appliance energy consumption analysis method and electricity distribution method based on same ) 是由 梁昆 傅一波 张轩铭 王利强 钱伟 于 2019-09-14 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种电器能耗分析方法及基于此的用电分配方法,控制器获取控制电器所在回路的工作电流、得到电器功率,对一定时间段内的电器功率积分得到对应能耗值,超过预设标准则直接将工作电流调整至额定电流并进一步监控,否则以电器功率和时间段得到封闭图形并与比较模型比较,输出结果为能耗存在异常则控制器调节电器的工作电流至额定电流并告警；对控制后的电器情况进行跟踪,电器的功率差值不符合调节需求则切断使用并进行能源再分配。本发明通过积分时间段的选择、获取一定时间段内的用能数值,时效性高,监控时长可调,对异常电器处理及时,能耗异常判断通过算法实现,准确性高,且对于能耗异常发生的具体时间段明确；监控效率高、效果好。(The invention relates to an electric appliance energy consumption analysis method and an electricity distribution method based on the same.A controller acquires working current of a loop in which an electric appliance is controlled to obtain electric appliance power, integrates the electric appliance power in a certain time period to obtain a corresponding energy consumption value, directly adjusts the working current to rated current and further monitors the electric appliance power when the electric appliance power exceeds a preset standard, otherwise obtains a closed graph by using the electric appliance power and the time period and compares the closed graph with a comparison model, and outputs a result that the energy consumption is abnormal, and then the controller adjusts the working current of the electric appliance to the rated current and gives an alarm; and tracking the condition of the controlled electric appliance, and cutting off the use and redistributing the energy if the power difference value of the electric appliance does not accord with the regulation requirement. According to the invention, the energy consumption value in a certain time period is obtained by selecting the integral time period, so that the timeliness is high, the monitoring time length is adjustable, the abnormal electrical appliance is processed timely, the energy consumption abnormity judgment is realized by an algorithm, the accuracy is high, and the specific time period for the energy consumption abnormity is clear; the monitoring efficiency is high and the effect is good.)

一种电器能耗分析方法及基于此的用电分配方法

技术领域

本发明属于测量电变量；测量磁变量的技术领域，特别涉及一种电器能耗分析方法及基于此的用电分配方法。

背景技术

随着科技的发展，越来越多种类的用电设备深入各个家庭、公司、企业，随着智能化的进程，用电设备的种类更是越来越多，而每个用电设备的工作状态也存在不同，甚至会随着环境、时间的变化不间断切换。

能耗计量被广泛应用于用水、用电、燃气等领域，其中，用电设备的工作状态的表现即为耗电量，耗电量不仅与功率有关，还有时间有关，即能耗；能耗是单位时间内能量的损耗，也就是电能在单位时间内做的功。

对于直流电来说，电压一定情况下电流增大，功率就增大；而对于正弦交流电，在电压和功率因数不变的情况下，电流增大功率会增大；由于工作状态的切换，在这个过程中，一些用电设备的能耗将难以统计，导致出现能耗异常情况。

现有技术中，能耗监控主要通过安装硬件监测设备后，获取较长时间内的用能数值、通过对各个月份的分析，获取日均能耗值，也就是仅能实现整体能耗的统计分析后，再进行反溯；这种监控方式存在以下缺点：

（1）监控消耗的时间长，如电器存在问题无法第一时间调节；

（2）能耗异常通过经验判定；

（3）无法确定能耗异常发生的具体时间段。

发明内容

本发明解决了现有技术中，能耗监控存在的问题，提供了一种优化的电器能耗分析方法及基于此的用电分配方法。

本发明所采用的技术方案是，一种电器能耗分析方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1.1：电器初始化，显示正常运行后，进行下一步，否则，重复步骤1.1；

步骤1.2：控制器初始化；

步骤1.3：获取当前控制电器所在回路的工作电流I；

步骤1.4：对工作电流I进行预处理，基于工作电流I、电器的工作电压U和功率因数p得到电器功率P；

步骤1.5：控制器设定以上一时刻t ₀ 为开始、当前时刻t _f 为结束的时间段，对时间段内的电器功率P进行积分，得到时间段内的能耗值W；

步骤1.6：若能耗值W超过电器的预设标准，则控制器调节电器的工作电流I至额定电流I _R ，返回步骤1.3，否则，进行下一步；

步骤1.7：将电器功率P和时间段的关系作图，得到封闭图形A，将封闭图形A输入比较模型进行比较；

步骤1.8：若比较模型输出结果为能耗存在异常，则控制器调节电器的工作电流I至额定电流I _R ，告警，否则，返回步骤1.3。

优选地，所述步骤1.2中，控制器初始化包括读取当前电器的额定功率P _R 及初始化比较模型。

优选地，所述步骤1.4中，对工作电流的预处理包括对工作电流I进行低通滤波。

优选地，所述步骤1.5中，t ₀ 和t _f 为相变时刻，且时间段的时长为交流电周期时间的整数倍。

优选地，所述步骤1.7包括以下步骤：

步骤1.7.1：将电器功率P和时间段作图，得到封闭图形A；

步骤1.7.2：将封闭图形A进行区域分割，得到n个子图形A _i ，n≥1，i为1至n间的整数；

步骤1.7.3：将n个子图形A _i 输入比较模型，取当前电器的标准封闭图形S；

步骤1.7.4：计算hu不变矩，将n个子图形A _i 与对应到标准封闭图形S中，将S分割得到n个与A _i 对应的子图形S _i ；

步骤1.7.5：计算对应的A _i 与S _i 间的欧氏距离；

步骤1.7.6：若存在任一区域分割的欧氏距离小于阈值E，则能耗存在异常，输出结论及所述区域对应的时间段。

优选地，所述区域分割以单位时刻为单位。

一种采用所述的电器能耗分析方法的用电分配方法，所述方法包括以下步骤：

步骤2.1：多于1个电器初始化，显示正常运行后，进行下一步，否则，重复步骤2.1；

步骤2.2：控制器初始化，接入所述多于1个电器；

步骤2.3：对所有运行中电器进行电器能耗分析；

步骤2.4：当比较模型针对任一电器输出结果为能耗存在异常，控制器调节能耗异常的电器的工作电流I至额定电流I _R ；

步骤2.5：获取当前电器所在回路的工作电流I'；

步骤2.6：对工作电流I'进行预处理，基于工作电流I'、电器的工作电压U和功率因数p得到电器功率P'；计算当前电器的功率差值δP，δP=P -P'；

步骤2.7：若δP＜0，则提示切断当前电器，进行能源再分配；

若δP=0，则切断当前电器，电器进行检修，进行能源再分配；

若δP＞0，返回步骤2.3。

优选地，所述步骤2.7中，能源再分配包括以下步骤：

步骤2.7.1：获取切断若干电器后控制器控制的所有运行中的电器的额定功率P _R ；

步骤2.7.2：对于所有运行中的电器的实际功率P小于P _R 的电器进行筛选，若不存在，返回步骤2.3，否则，得到m个待重分配电器，m≥1，进行下一步；

步骤2.7.3：获取筛选后的电器的实际功率和额定功率的差值ε _k ，k为1至m间的整数；

步骤2.7.4：将切断电器后的电能按照所有ε _k 的比例分配至对应的筛选后的运行中电器，返回步骤2.3。

本发明提供了一种优化的电器能耗分析方法及基于此的用电分配方法，通过控制器获取当前控制电器所在回路的工作电流并基于工作电流、电器的工作电压和功率因数得到电器功率，对一定时间段内的电器功率积分得到对应的能耗值，若超过预设标准，则直接将工作电流调整至额定电流并进一步监控，否则以电器功率和时间段得到封闭图形并与比较模型比较，当输出结果为能耗存在异常时，控制器调节电器的工作电流至额定电流并告警；进一步地，基于对每个电器的控制，对控制后的电器情况进行跟踪，若电器的功率差值不符合调节需求则切断使用并进行能源再分配。

本发明可以通过积分时间段的选择、获取一定时间段内的用能数值，时效性高，监控时长可调，对异常电器第一时间进行处理，能耗异常判断通过算法实现，准确性高，且对于能耗异常发生的具体时间段明确；监控效率高、效果好。

附图说明

图1为本发明的电器能耗分析方法流程图；

图2为本发明的用电分配方法流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细描述，但本发明的保护范围并不限于此。

本发明涉及一种电器能耗分析方法，所述方法包括以下步骤。

步骤1.1：电器初始化，显示正常运行后，进行下一步，否则，重复步骤1.1。

本发明中，由于刚启动的电器存在波动、不稳定等情况，故需要等到电器正常运行后，继续后续的工作。

步骤1.2：控制器初始化。

所述步骤1.2中，控制器初始化包括读取当前电器的额定功率P _R 及初始化比较模型。

本发明中，控制器为本领域技术人员可以常规选用的芯片等元器件，其应当包括读入、读出、存储和运算功能，本领域技术人员可以依据需求自行设置。

步骤1.3：获取当前控制电器所在回路的工作电流I。

步骤1.4：对工作电流I进行预处理，基于工作电流I、电器的工作电压U和功率因数p得到电器功率P。

所述步骤1.4中，对工作电流的预处理包括对工作电流I进行低通滤波。

本发明中，对工作电流I进行采样获取，得到电压信号后，需要对电流进行低通滤波、信号整形，通过模数转换器将模拟量信号转换成数字量信 号并进行存储。

本发明中，通过P=UIcosφ，得到电器功率P。

步骤1.5：控制器设定以上一时刻t ₀ 为开始、当前时刻t _f 为结束的时间段，对时间段内的电器功率P进行积分，得到时间段内的能耗值W。

所述步骤1.5中，t ₀ 和t _f 为相变时刻，且时间段的时长为交流电周期时间的整数倍。

本发明中，数字信号处理器对数字信号进行信号处理后，对指定时间段的电器功率P进行积分运算，得到能耗数据，此为本领域技术人员容易理解的内容。

本发明中，为了保证运算的简便、积分的完成，一般情况下，t ₀ 和t _f 均取相变时刻，即电流换向的时刻，且时间段的时长一般为交流电周期的整数倍。

步骤1.6：若能耗值W超过电器的预设标准，则控制器调节电器的工作电流I至额定电流I _R ，返回步骤1.3，否则，进行下一步。

本发明中，若能耗值W确定超过电器的预设标准，则一般表示工作电流过高，则通过分流等形式，直接将电器的工作电流调节至额定电流，或是以下。

步骤1.7：将电器功率P和时间段的关系作图，得到封闭图形A，将封闭图形A输入比较模型进行比较。

所述步骤1.7包括以下步骤：

步骤1.7.1：将电器功率P和时间段作图，得到封闭图形A；

步骤1.7.2：将封闭图形A进行区域分割，得到n个子图形A _i ，n≥1，i为1至n间的整数；

所述区域分割以单位时刻为单位。

步骤1.7.3：将n个子图形A _i 输入比较模型，取当前电器的标准封闭图形S；

步骤1.7.4：计算hu不变矩，将n个子图形A _i 与对应到标准封闭图形S中，将S分割得到n个与A _i 对应的子图形S _i ；

步骤1.7.5：计算对应的A _i 与S _i 间的欧氏距离；

步骤1.7.6：若存在任一区域分割的欧氏距离小于阈值E，则能耗存在异常，输出结论及所述区域对应的时间段。

本发明中，存在一种情况是电流处于正常的起伏中，能耗值W整体没有超过电器的预设标准，但是在某些时间段可能存在过高或过低的情况，前者对电器有所损坏，前者和后者都对整体电路存在威胁，故需要对监控时间段进行分段核查。

本发明中，将封闭图形A进行区域分割，一般来说，分割是以时刻为基础进行纵向划分，即将一整个表示能耗的图分割成了在不同的时间子段下的分段式能耗图。图像分割是将图像中相连的区域进行划分、将不同区域分离，便于对各区域进行特征提取和计数。

本发明中，采用hu不变矩的平移、比例和旋转不变性的特点，定义中心矩，对中心矩进行归一化处理，特征匹配后，使得S分割得到n个与A _i 对应的子图形S _i 。

本发明中，采用欧氏距离衡量对应的A _i 与S _i 间的相似程度，以阈值进行区分，当未超过阈值时，认为能耗在正常的波动范围内，不进行告警，当超过阈值，表示能耗存在问题，则告警，并输出对应的时间段。

步骤1.8：若比较模型输出结果为能耗存在异常，则控制器调节电器的工作电流I至额定电流I _R ，告警，否则，返回步骤1.3。

本发明还涉及一种采用所述的电器能耗分析方法的用电分配方法，所述方法包括以下步骤。

步骤2.1：多于1个电器初始化，显示正常运行后，进行下一步，否则，重复步骤2.1。

步骤2.2：控制器初始化，接入所述多于1个电器。

步骤2.3：对所有运行中电器进行电器能耗分析。

步骤2.4：当比较模型针对任一电器输出结果为能耗存在异常，控制器调节能耗异常的电器的工作电流I至额定电流I _R 。

步骤2.5：获取当前电器所在回路的工作电流I'。

步骤2.6：对工作电流I'进行预处理，基于工作电流I'、电器的工作电压U和功率因数p得到电器功率P'；计算当前电器的功率差值δP，δP=P -P'。

步骤2.7：若δP＜0，则提示切断当前电器，进行能源再分配；

若δP=0，则切断当前电器，电器进行检修，进行能源再分配；

若δP＞0，返回步骤2.3。

所述步骤2.7中，能源再分配包括以下步骤：

步骤2.7.1：获取切断若干电器后控制器控制的所有运行中的电器的额定功率P _R ；

步骤2.7.2：对于所有运行中的电器的实际功率P小于P _R 的电器进行筛选，若不存在，返回步骤2.3，否则，得到m个待重分配电器，m≥1，进行下一步；

步骤2.7.3：获取筛选后的电器的实际功率和额定功率的差值ε _k ，k为1至m间的整数；

步骤2.7.4：将切断电器后的电能按照所有ε _k 的比例分配至对应的筛选后的运行中电器，返回步骤2.3。

本发明中，基于针对单个电器的电器能耗分析方法，可以通过控制器管理局域内的多个电器，即分别对多个电器进行电器能耗分析方法；而局域内的可用电能往往是有限的，当存在电器需要强行关闭时，通过对剩余电能分配，可以使得局域内的电器工作状态最优。

本发明中，对任一电器进行电器能耗分析方法处理后，可能会调节其工作电流至额定电流I _R ，但事实上，电器本身的性能导致其未必会达到此额定值，故取工作电流I'，并基于此获得电器的更新功率P'；通过对更新前后的功率进行判断，确认当前电器的控制情况是否完成。

本发明中，当更新前后的功率δP＜0时，表示此时电器可能工作在一个不适宜的电流下，可能导致其他所有电器的工作不正常，故给出切断当前电器的提示，若用户执行，则切断电器并进行能源再分配；当更新前后的功率δP=0，表示当前电器本身存在问题，电器需要进行检修，故进行电器切断，进行能源再分配；更新前后的功率δP＞0则为正常状态，继续监控。

本发明中，切断某个电器后，基于其他运行中的电器的额定功率P _R 进行筛选，当存在m个电器没有达到额定功率时，对这些电器的功率进行重新分配，分配则是基于实际功率和额定功率的差值ε _k 间的比例进行。

本发明通过控制器获取当前控制电器所在回路的工作电流并基于工作电流、电器的工作电压和功率因数得到电器功率，对一定时间段内的电器功率积分得到对应的能耗值，若超过预设标准，则直接将工作电流调整至额定电流并进一步监控，否则以电器功率和时间段得到封闭图形并与比较模型比较，当输出结果为能耗存在异常时，控制器调节电器的工作电流至额定电流并告警；进一步地，基于对每个电器的控制，对控制后的电器情况进行跟踪，若电器的功率差值不符合调节需求则切断使用并进行能源再分配。

本发明可以通过积分时间段的选择、获取一定时间段内的用能数值，时效性高，监控时长可调，对异常电器第一时间进行处理，能耗异常判断通过算法实现，准确性高，且对于能耗异常发生的具体时间段明确；监控效率高、效果好。