一种负载识别装置、识别方法及系统

技术领域

本发明涉及电力电子技术应用领域，特别是涉及一种负载识别装置、识别方法及系统。

背景技术

在公寓和集体宿舍用电中，为了辨别有功功率超过300W以上的用电电器，一般都是从功率因数角度去分析感性、容性和阻性负载。随着经济的快速发展，高校学生公寓和大中型企业集体宿舍已经安装了制冷和制热空调，空调的有功功率(制冷功率、制热功率和辅助加热功率)大于300W。在高校管理方或企业管理方同意公寓或宿舍使用空调时，由于现在的空调的能效很高，功率因数达到0.99以上，甚至0.9999；特别是空调启动辅助加热时就是纯电阻性负载，同热的快和电炉的性质完全一致，从功率因数角度去分析感性、容性和阻性负载的辨别方法就无效了；且用户还会使用专用转换器去改变热的快和电炉的功率因数，所以根本就无法辨别负载性质从而也就无法控制公寓和集体宿舍中使用的热的快和电炉等非空调的大功率电器。并且现有技术只能通过控制总功率来控制超过300W以上的用电电器，若限制小了，空调不能启用；若限制大了，热的快、电炉可以正常使用，有严重的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种负载识别装置、识别方法及系统，以有效识别非空调的大功率负载，并控制非空调的大功率负载的使用。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种负载识别装置，所述装置包括：精密电流互感器、计量芯片和单片机；

所述精密电流互感器的线圈缠绕在220V市电向用电设备供电的输电线路上，所述精密电流互感器用于测量所述输电线路的电流值；

所述计量芯片的控制端与所述单片机连接，所述计量芯片的输入端与所述精密电流互感器的输出端连接；所述计量芯片用于在所述单片机的控制下，按照20ms的采样周期对所述精密电流互感器测量的电流值进行采样，获得采样电流，并根据采样电流计算采样电流的真有效值；

所述单片机与所述计量芯片的输出端连接，所述单片机用于接收所述计量芯片的采样电流的真有效值，根据所述采样电流的真有效值判断启动的用电设备是否为空调。

可选的，所述单片机包括：

采样电流序列构成模块，用于获取自用电设备启动以20ms为采样周期的采样电流的真有效值，构成采样电流序列；

启动电流值和正常电流值确定模块，用于获取所述采样电流序列中自用电设备启动100ms内的任一采样时刻的采样电流的真有效值，确定为启动电流值，并获取所述采样电流序列中自用电设备启动200ms以后的任一采样时刻的采样电流的真有效值，确定为正常电流值；

第一判断结果获得模块，用于当所述启动电流值与所述用电设备未启动时的采样电流的真有效值的差值大于第一电流阈值时，判断所述正常电流值与所述启动电流值的差值是否大于第二电流阈值，获得第一判断结果；所述第一电流阈值小于或等于所述第二电流阈值的二倍；

空调确定模块，用于若所述第一判断结果表示是，则启动的用电设备为空调；

非空调确定模块，用于若所述第一判断结果表示否，则启动的用电设备为非空调。

可选的，所述装置还包括：降压电阻和磁保持继电器；

所述输电线路通过所述降压电阻与所述计量芯片的输入端连接，所述计量芯片用于在所述单片机的控制下，按照20ms的采样周期对所述输电线路降压后的电压进行采样，获得采样电压，并根据所述采样电压和所述采样电流计算有功功率；

所述单片机与所述磁保持继电器的控制端连接，所述单片机用于获取所述计量芯片的有功功率，当根据所述采样电流的真有效值判断启动的用电设备为空调时，且所述有功功率的增量大于负载预设值时向所述磁保持继电器输出跳闸信号，控制所述输电线路断开。

可选的，所述单片机还包括：

增加的有功功率确定模块，用于当根据所述采样电流的真有效值判断启动的用电设备为空调时，获取自用电设备启动10秒后输电线路增加的有功功率或获取自用电设备启动3分钟后输电线路增加的有功功率；

第二判断结果获得模块，用于当10秒后输电线路增加的有功功率大于空调预设的制冷功率和预设有功功率阈值之和时或当3分钟后输电线路增加的有功功率大于空调预设的制热功率和预设有功功率阈值之和时，向所述磁保持继电器输出跳闸信号，控制所述输电线路断开。

一种负载识别方法，应用前述的负载识别装置，所述方法包括：

获取自用电设备启动以20ms为采样周期的采样电流的真有效值，构成采样电流序列；

获取所述采样电流序列中自用电设备启动100ms内的任一采样时刻的采样电流的真有效值，确定为启动电流值，并获取所述采样电流序列中自用电设备启动200ms以后的任一采样时刻的采样电流的真有效值，确定为正常电流值；

当所述启动电流值与所述用电设备未启动时的采样电流的真有效值的差值大于第一电流阈值时，判断所述正常电流值与所述启动电流值的差值是否大于第二电流阈值，获得第一判断结果；所述第一电流阈值小于或等于所述第二电流阈值的二倍；

若所述第一判断结果表示是，则启动的用电设备为空调；

若所述第一判断结果表示否，则启动的用电设备为非空调。

可选的，若所述第一判断结果表示是，则启动的用电设备负载为空调负载，之后还包括：

获取自用电设备启动10秒后输电线路增加的有功功率或获取自用电设备启动3分钟后输电线路增加的有功功率；

当10秒后输电线路增加的有功功率大于空调预设的制冷功率和预设有功功率阈值之和时或当3分钟后输电线路增加的有功功率大于空调预设的制热功率和预设有功功率阈值之和时，向所述磁保持继电器输出跳闸信号，控制所述输电线路断开。

一种负载识别系统，所述系统包括：

采样电流序列模块，用于获取自用电设备启动以20ms为采样周期的采样电流的真有效值，构成采样电流序列；

启动电流值和正常电流值确定模块，用于获取所述采样电流序列中自用电设备启动100ms内的任一采样时刻的采样电流的真有效值，确定为启动电流值，并获取所述采样电流序列中自用电设备启动200ms以后的任一采样时刻的采样电流的真有效值，确定为正常电流值；

第一判断结果获得模块，用于当所述启动电流值与所述用电设备未启动时的采样电流的真有效值的差值大于第一电流阈值时，判断所述正常电流值与所述启动电流值的差值是否大于第二电流阈值，获得第一判断结果；所述第一电流阈值小于或等于所述第二电流阈值的二倍；

空调确定模块，用于若所述第一判断结果表示是，则启动的用电设备为空调；

非空调确定模块，用于若所述第一判断结果表示否，则启动的用电设备为非空调。

可选的，所述系统还包括：

增加的有功功率确定模块，用于获取自用电设备启动10秒后输电线路增加的有功功率或获取自用电设备启动3分钟后输电线路增加的有功功率；

第二判断结果获得模块，用于当10秒后输电线路增加的有功功率大于空调预设的制冷功率和预设有功功率阈值之和时或当3分钟后输电线路增加的有功功率大于空调预设的制热功率和预设有功功率阈值之和时，向所述磁保持继电器输出跳闸信号，控制所述输电线路断开。

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：

本发明的目的是提供一种负载识别装置、识别方法及系统，获取用电设备启动后以20ms为采样周期的采样电流的真有效值，将自用电设备启动100ms内的任一采样时刻的采样电流的真有效值确定为启动电流值，将自用电设备启动200ms以后的任一采样时刻的采样电流的真有效值确定为正常电流值，当启动电流值与用电设备未启动时的采样电流的真有效值的差值大于第一电流阈值时，判断启动电流值与正常电流值的差值是否大于第二电流阈值，若是则启动的用电设备为空调；若否则启动的用电设备为非空调；之后还通过自用电设备启动10秒后或者3分钟后输电线路增加的有功功率去识别空调以外的大功率负载，控制输电线路断开，有效识别了非空调的大功率负载，并控制非空调的大功率负载的使用。

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为本发明提供的一种负载识别的装置的结构图；

图2为本发明提供的一种负载识别的装置的原理图；

图3为本发明提供的一种负载识别的方法的流程图；

图4为本发明提供的空调参数设置图；

符号说明：

1-精密电流互感器，2-降压电阻，3-计量芯片，4-单片机，5-磁保持继电器。

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负载识别装置、识别方法及系统，以有效识别非空调的大功率负载，并控制非空调的大功率负载的使用。

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。

一种负载识别装置，如图1-2所示，装置包括：精密电流互感器1、计量芯片3、单片机4和磁保持继电器5；

精密电流互感器1的线圈缠绕在220V市电向用电设备供电的输电线路上，精密电流互感器1用于测量输电线路的电流值；精密电流互感器1为100A/50mA精密电流互感器。

计量芯片3的控制端与单片机4连接，计量芯片3的输入端与精密电流互感器1的输出端连接；计量芯片3用于在单片机4的控制下，按照20ms的采样周期对精密电流互感器1测量的电流值进行采样，获得采样电流，并根据采样电流计算采样电流的真有效值；计量芯片3为能够测量20ms周期真有效值交流电流的专用计量芯片。

单片机4与计量芯片3的输出端通过SPI接口连接，单片机4用于用于接收计量芯片3的采样电流的真有效值，根据采样电流的真有效值判断启动的用电设备是否为空调。

本发明使用的继电器为节能的磁保持继电器，降低了电能的使用。

其中，单片机4包括：

采样电流序列构成模块，用于获取自用电设备启动以20ms为采样周期的采样电流的真有效值，构成采样电流序列；

启动电流值和正常电流值确定模块，用于获取采样电流序列中自用电设备启动100ms内的任一采样时刻的采样电流的真有效值，确定为启动电流值，并获取采样电流序列中自用电设备启动200ms以后的任一采样时刻的采样电流的真有效值，确定为正常电流值；

第一判断结果获得模块，用于当启动电流值与用电设备未启动时的采样电流的真有效值的差值大于第一电流阈值时，判断正常电流值与启动电流值的差值是否大于第二电流阈值，获得第一判断结果；第一电流阈值小于或等于第二电流阈值的二倍；

空调确定模块，用于若第一判断结果表示是，则启动的用电设备为空调；

非空调确定模块，用于若第一判断结果表示否，则启动的用电设备为非空调。

负载识别装置还包括：降压电阻2和磁保持继电器5；

输电线路通过降压电阻2与计量芯片3的输入端连接，计量芯片3用于在单片机4的控制下，按照20ms的采样周期对输电线路降压后的电压进行采样，获得采样电压，并根据采样电压和采样电流计算有功功率；

单片机4与磁保持继电器5的控制端连接，单片机4用于获取计量芯片3的有功功率，当根据采样电流的真有效值判断启动的用电设备为空调时，且有功功率的增量大于负载预设值时向磁保持继电器5输出跳闸信号，控制输电线路断开。

其中，单片机4还包括：

增加的有功功率确定模块，用于当根据采样电流的真有效值判断启动的用电设备为空调时，获取自用电设备启动10秒后输电线路增加的有功功率或获取自用电设备启动3分钟后输电线路增加的有功功率；

第二判断结果获得模块，用于当10秒后输电线路增加的有功功率大于空调预设的制冷功率和预设有功功率阈值之和时或当3分钟后输电线路增加的有功功率大于空调预设的制热功率和预设有功功率阈值之和时，向磁保持继电器5输出跳闸信号，控制输电线路断开。

后台软件根据季节自动修改延时时间，即10秒或者3分钟。在空调需要制冷的季节，后台软件将延时时间设置为10秒，空调启动后处于制冷模式；在空调需要制热的季节，后台软件将延时时间设置为3分钟(180秒)，空调启动后处于制热模式。

由于在公寓和集体宿舍用电中禁止使用有功功率超过300W以上的用电电器，所以预设有功功率阈值大于或等于300W。图4中空调预设的制冷功率为1004W，空调预设的制热功率为1120W，辅助加热的功率为1000W。

本发明还提供了一种负载识别的方法，应用前述的负载识别装置，如图3所示，方法包括：

S101，获取用电设备启动后以20ms为采样周期的采样电流的真有效值，构成采样电流序列；

S102，获取采样电流序列中自用电设备启动100ms内的任一采样时刻的采样电流的真有效值，确定为启动电流值，并获取采样电流序列中自用电设备启动200ms以后的任一采样时刻的采样电流的真有效值，确定为正常电流值；

S103，当启动电流值与用电设备未启动时的采样电流的真有效值的差值大于第一电流阈值时，判断正常电流值与启动电流值的差值是否大于第二电流阈值，获得第一判断结果；第一电流阈值小于或等于第二电流阈值的二倍；优选地，第一电流阈值为8A，第二电流阈值为4A；

S104，若第一判断结果表示是，则启动的用电设备为空调；

S105，若第一判断结果表示否，则启动的用电设备为非空调。

步骤S104之后分析有功功率的走向，对输电线路的通断进行控制，具体包括：

获取自用电设备启动10秒后输电线路增加的有功功率或获取自用电设备启动3分钟后输电线路增加的有功功率；

当10秒后输电线路增加的有功功率大于空调预设的制冷功率和预设有功功率阈值之和时或当3分钟后输电线路增加的有功功率大于空调预设的制热功率和预设有功功率阈值之和时，向磁保持继电器输出跳闸信号，控制输电线路断开。

有功功率变化值的计算周期为5s。即单个电器有功功率的大小，是通过分析有功功率5秒钟的变化值而达到。当检测到空调启动特性时最大周期为3分钟。

在允许使用空调时，不能简单通过功率因数去辨别，对于空调设备，即使有功功率达到3000W，也不判定跳闸，而对于非空调设备则无论功率因数多少，单个电器大于预设有功功率阈值也判定跳闸。

空调启动时，有100ms的启动电流，然后恢复正常电流，并且100ms的启动电流大于正常电流的3倍，如果天气过冷将会在3分钟内启动辅助加热器，本发明利用空调的这一特性，有效的辨别空调设备的投入使用，从而有效的控制非空调的大功率负载的使用。

不论用电设备是否接专用转换器，本发明均能根据空调的特有启动电流特性准确无误的辨别空调的特性，从而有效的辨别控制。

本发明还提供了一种负载识别的系统，系统包括：

采样电流序列模块，用于获取自用电设备启动以20ms为采样周期的采样电流的真有效值，构成采样电流序列；

启动电流值和正常电流值确定模块，用于获取采样电流序列中自用电设备启动100ms内的任一采样时刻的采样电流的真有效值，确定为启动电流值，并获取采样电流序列中自用电设备启动200ms以后的任一采样时刻的采样电流的真有效值，确定为正常电流值；

第一判断结果获得模块，用于当启动电流值与用电设备未启动时的采样电流的真有效值的差值大于第一电流阈值时，判断正常电流值与启动电流值的差值是否大于第二电流阈值，获得第一判断结果；第一电流阈值小于或等于第二电流阈值的二倍；

空调确定模块，用于若第一判断结果表示是，则启动的用电设备为空调；

非空调确定模块，用于若第一判断结果表示否，则启动的用电设备为非空调。

系统还包括：

增加的有功功率确定模块，用于获取自用电设备启动10秒后输电线路增加的有功功率或获取自用电设备启动3分钟后输电线路增加的有功功率；

第二判断结果获得模块，用于当10秒后输电线路增加的有功功率大于空调预设的制冷功率和预设有功功率阈值之和时或当3分钟后输电线路增加的有功功率大于空调预设的制热功率和预设有功功率阈值之和时，向磁保持继电器输出跳闸信号，控制输电线路断开。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，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。