“泰迪杯”挑战赛 - 基于非侵入式负荷检测与分解针对日常电器的电力数据挖掘_基于非侵入式负荷检测与分解的电力数据挖掘的四个问题-优快云博客

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1.挖掘目标

2.分析方法与过程
2.1 问题 1 分析方法与过程
2.1.1 单个设备运行特征
2.1.2 实时用电量计算
2.2 问题 2 分析方法与过程
2.2.1 流程图
2.2.2 基于 SVM 的多分类判别模型
2.2.3 基于最近邻的判别模型
2.2.4 电流电压轨迹图可视化验证
2.3 问题 3 分析方法与过程
2.3.1 流程图
2.3.2 设备类型分类
2.3.3 不同运行状态下设备运行电流特征
2.3,4 运用线性组合思想对设备组进行分析
2.4 问题 4 分析方法与过程
2.4.1 流程图
2.4.2 基于波形特征匹配的设备判别
2.4.3 基于线性组合的设备组状态分析

3．结果分析
3.1 问题 1 结果分析
3.1.1 实时用电量计算结果
3.1.2 各用电设备运行特征
3.2 问题 2 结果分析
3.2.1 附件 2 设备 1 判别分析
3.2.2 附件 2 设备 2 判别分析
3.3 问题 3 结果分析
3.3.1 附件 3 设备组 4-YD2+YD8 各用电设备分析
3.3.2 附件 3 设备组 5-YD3+YD5+YD11 各用电设备分析
3.3.3 附件 3 设备组 6-YD1+YD2+YD3+YD6+YD7 各用电设备分析
3.4 问题 4 结果分析
3.4.1 附件 4 设备组 1 各用电设备判别及状态分析
3.4.2 附件 4 设备组 2 各用电设备判别及状态分析
3.4.3 附件 4 设备组 3 各用电设备判别及状态分析

4．结论

5．参考文献

1.挖掘目标

本次建模的目标是利用 NILMD 装置测得的整个电路上的电力数据，利用 SVM、最近邻、线性组合、可视化的方法与工具，实现从整条线路中“分解”出每个用电设备的独立用电数据。具体要实现四个目标：

分析每个用电设备的运行特征，并计算实时用电量。
设计自动识别单一设备的数学模型和计算方法。
设计在已知设备组下判别各个用电设备的状态、操作及操作时间的方法，并计算实时用电量。
设计未知设备组下判别设备组成、各个用电设备的状态、操作及操作时间的方法，并计算实时用电量。

需要实现的目标从单一到混合、从已知到未知，问题由易变难。

2.分析方法与过程

2.1 问题 1 分析方法与过程

2.1.1 单个设备运行特征

1、YD1(奥克斯风扇)

特征描述：奥克斯风扇属于有限多状态设备，一共具有 4 种状态。图2-1所示 YD1 的电流轨迹图，我们可以看出电流呈现阶梯状的改变，每达到一种运行稳态后电流会趋于平稳的状态。但是档位发生切换的瞬间会存在暂态特征。图2-2是 YD1 的电流-电压轨迹图，而且在不同档位下的电流-电压轨迹图呈现出相似的形态，这是奥克斯风扇的独特的负荷印迹[1]。

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图 2-1 YD1 电流运行轨迹

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图 2-2 YD1 电流电压轨迹图

2、YD2(美的微波炉)

特征描述：美的微波炉属于有限多状态设备，一共有 6 种运行状态。图2-3所示的电流轨迹图呈现出明显的“梳齿”状，而且电流幅值呈现一种缓慢下降，但是总体维持在高位水平。微波炉不同的运行状态不能够直接根据电流的幅值进行判别，而需要计算“占空比”，占空比是指微波炉高电流运行时间与低电流运行时间的比值。例如：“低火”状态的微波炉，高电流运行时间短，低电流运行时间长；“中火”状态下，高电流运行时间相对变长，低电流运行时间变短。图2-4所示的是 YD2 的电流-电压轨迹图，而且在不同档位下的电流-电压轨迹图呈现出相似的形态，这是美的微波炉独特的负荷印迹。

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图 2-3 YD2 电流运行轨迹

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图 2-4 YD2 电流电压轨迹图

3、YD3(九阳热水壶)

特征描述：九阳热水壶属于“ON/OFF”型设备，只有开启和关闭两种状态，开启状态下电流相对平稳，而且热水壶暂态不明显。图2-6所示的是 YD3 的电流-电压轨迹图，而且在不同状态下的电流-电压轨迹图呈现出相似的形态，这是九阳热水壶的负荷印迹。

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图 2-5 YD3 电流运行轨迹

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图 2-6 YD3 电流电压轨迹图

4、YD4(Thinkpad 笔记本电脑)

特征描述：Thinkpad 笔记本电脑属于连续变状态设备，这类设备的稳态区段功率无恒定均值，而是在一个范围内连续变动，图2-7明显表现出这种特征。图2-8所示的是 YD4的电流-电压轨迹图，而且在不同运行状态下的电流-电压轨迹图呈现出相似的形态，这是Thinkpad 笔记本电脑的独特的负荷迹。

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图 2-7 YD4 电流运行轨迹
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图 2-8 YD4 电流电压轨迹图

5、YD5(白炽灯)

特征描述：白炽灯与九阳热水壶类似，同属于“ON/OFF”型设备，只有开启和关闭两种状态，开启状态下电流相对平稳，而且白炽灯暂态也不明显。图2-10所示的是 YD5 的电流-电压轨迹图，而且在不同状态下的电流-电压轨迹图呈现出相似的形态，这是白炽灯的负荷印迹。

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图 2-9 YD5 电流运行轨迹

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图 2-10 YD5 电流电压轨迹图

6、YD6(节能灯)

特征描述：节能灯与白炽灯相似，同属于“ON/OFF”型设备，只有开启和关闭两种状态，开启状态下电流相对平稳但是低于白炽灯，而且节能灯暂态相对明显。图2-12所示的是 YD5 的电流-电压轨迹图，而且在不同状态下的电流-电压轨迹图呈现出相似的形态，这是节能灯的负荷印迹。

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图 2-11 YD6 电流运行轨迹

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图 2-12 YD6 电流电压轨迹图

7、YD7(FUJI 激光打印机)

特征描述：FUJI 激光打印机属于有限多状态设备，但是打印机工作状态比较特殊，根据已知数据绘制的电流图如图2-13所示。前面两个峰值波动均为打印机开启状态下的暂态波动，第三个峰值为打印状态下的特征，第四个峰值为复印状态下的特征，复印暂态峰值更高，而扫描状态则维持在相对低的电流水平。图2-14所示的是 YD7 的电流-电压轨迹图，但是对于打印机不同运行状态下的电流-电压轨迹图会呈现出相对不同的形态，因为扫描状态和打印状态相差较远，这是打印机的负荷印迹。

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图 2-13 YD7 电流运行轨迹

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图 2-14 YD7 电流电压轨迹图

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图 2-15 YD7 电流电压轨迹图

8、YD8(饮水机)

特征描述：饮水机有 5 种运行状态，属于有限多状态设备。不同运行状态下的电流处于不同的峰值，而且稳态下的电流相对平稳，但是饮水机状态切换存在一定的暂态波动。图2-17所示的是 YD8 的电流-电压轨迹图，而且在不同档位下的电流-电压轨迹图呈现出相似的形态，这是饮水机的负荷印迹。

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图 2-16 YD8 电流运行轨迹

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图 2-17 YD8 电流电压轨迹图

9、YD9(挂式空调)

特征描述：挂式空调属于连续变状态的设备。虽然在不同的档位下，空调的电流幅值处于不同高度，但是不会稳定在一定水平，图2-18能够明显体现出来。但是空调还有明显的暂态特征，因此不能够简单根据电流的幅值对空调的运行状态进行判别，应该在此基础上根据波形的形状进行判别。图2-19所示的是 YD9 的电流-电压轨迹图，而且在不同档位下的电流-电压轨迹图呈现出相似的形态，这是挂式空调的负荷印迹。

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图 2-18 YD9 电流运行轨迹
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图 2-19 YD9 电流电压轨迹图

10、YD10(奔腾电吹风)

特征描述：奔腾电吹风有 5 种运行状态，属于有限多状态设备。类似于饮水机，不同运行状态下的电流处于不同的峰值，而且稳态下的电流相对平稳，但是状态切换存在一定的暂态波动。图2-21所示的是 YD10 的电流-电压轨迹图，但是不同档位下的运行差异比较大因此 V-I 轨迹图在不同运行状态下会呈现不同的特征，这是属于奔腾电吹风的负荷印迹。

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