本公开的领域涉及确定用于多个重叠电负载的运行模式。本公开尤其提供了一种用于确定聚合较高功率信号内的低功率模式的方法和系统。
背景技术：
1、经常忽视与电力管理系统相关联的电负载的所有电力消耗的监测。特别是出于能量管理的目的，通常仅评估高功率电负载，并且是对于仅连接一个负载的电路。因此，仅确定单一的运行模式。然而，在由断路器或电源板供电的电路中，可以存在由单个插座或断路器供电的多个电负载。连接到同一电路的这些多个电负载可以同时以不同的运行模式运行。因此，当在不同模式下运行时，在断路器或电源板处的所得电信号包括具有不同电力的重叠负载的聚合电信号。这样，一些负载可能处于活动模式(即，执行实际操作)，并且一些负载可能处于低功率模式(即，待机模式)。
2、例如，建筑物中使用的电负载和/或电器根据负载所做的实际工作而经历各种运行模式，这也可以取决于用户的使用情况。例如，当微波炉主动用于加热时，其可以被分类为处于活动模式，而当微波炉插入电源插座而不用于加热时，其可以被分类为处于待机模式或低功率模式。通过现有的方法，可以在负载被单独供电或单独运行时检测插座/负载的运行模式(美国专利号10837989，2020)。但是，与微波炉的示例一样，在断路器连接了多个厨房电器的情况下，并非所有负载都将同时供电。
3、为了向终端用户提供更准确的节能建议或功率控制，知道组合电信号中的任何负载是否在低功率模式下运行是有利的。提供对来自聚合信号的负载的变化运行模式(特别是低功率模式)的详细分析，使终端用户有机会进一步节能。在确定低功率运行模式的负载后，用户可以选择关闭这些负载，从而节省功率和能量。
技术实现思路
1、本发明提供了一种在重叠负载的情况下检测低功率运行模式的存在的方法。通过有效地检测电器的运行模式，可以提供各种益处。它使客户能够看到按照运行模式的负载能量/功率使用情况。在联网的插入式负载系统中，这些信息对于提供聚合能量/功率消耗是特别重要的，其在实际使用的能量与用户认为被消耗的能量之间进行区分/细分。这些信息使客户直接看到潜在的省电机会。
2、此外，可靠的运行模式检测还确保了对插入式关键负载的可靠控制(或安全关闭)，最大限度地减少了对设备的潜在损坏和对用户的负面影响。因此，当插入式负载(尤其是关键负载)要关闭时，这有助于最大限度地减少不必要的误跳闸(nuisance trip)。
3、在本公开的一方面，提供了一种重叠的电负载的运行模式检测方法。该重叠的电负载的运行模式检测方法包括：测量电源插座的聚合功率信号；确定聚合功率信号的运行模式，其中，运行模式被确定为活动模式、较低功率模式和关闭模式中的一种；在确定了运行模式是活动模式时，该方法还包括：确定聚合功率信号的负载类别；从负载类别数据库中选择对应的负载类别特征功率信号；评估聚合功率信号与负载类别特征功率信号之间的频谱相干性；确定聚合功率信号的频率分量与负载类别特征功率信号的频率分量之间的总体相干性概率；确定在活动模式的聚合功率信号内是否存在低功率模式，由此，低功率模式被布置为可以基于相干性概率的值来检测；以及确定重叠的电负载中的每个电负载的运行模式。
4、了解重叠的电负载的运行模式可以改善功耗监测，并增强包括对负载的有效控制的能量管理能力。
5、在一些实施方式中，测量聚合功率信号可以包括读取电源插座的聚合电流信号和聚合电压信号。从电源插座进行测量，允许在单个源处而不是在每个负载处执行监测和采集。如果某些位置的访问受限，这也是有利的。
6、在一些实施方式中，读取聚合电流信号和聚合电压信号可以被执行最少5个周期。采集至少5个周期的信号，能够在所得测量的聚合信号中最大限度地减少在一个周期中引起的任何异常或异常情况。
7、在一些实施方式中，聚合功率信号的负载类别可以被确定为多个负载类别之一，这些负载类别可以包括：无功率因数校正(np)的电力电子负载；有功率因数校正(p)的电力电子负载；变压器(t)；无功的(x)；相位角受控的(pac)；复杂的(m)；或电阻的(r)。知道负载类别有助于确定与负载相关联的电器，使得可以控制这种电器的电力管理。本领域技术人员将认识到，可以使用其他负载类别，并且该方法不限于上述负载类别。
8、在一些实施方式中，该方法还可以包括将聚合功率信号归一化，其中，聚合的电流和电压波形被归一化。归一化的聚合信号能够更容易地与归一化的样本信号进行比较，因为感兴趣的是波形的行为而不是最大电流或电压。
9、在一些实施方式中，负载类别特征功率信号可以包括对于每个负载类别的一个周期的活动模式下的归一化波形。负载类别特征功率信号是已经针对特定负载类别校准的采样信号，因此当特定负载在活动模式下运行时仅需要单个周期。
10、在一些实施方式中，评估聚合功率信号与负载类别特征功率信号之间的频谱相干性还可以包括：基于聚合功率信号和负载类别特征功率信号各自的电压/电流、vi轨迹波形和vi轨迹中包围的面积，来评估聚合功率信号与负载类别特征功率信号之间的差异。
11、在一些实施方式中，评估聚合功率信号与负载类别特征功率信号之间的频谱相干性还可以包括：使用均方根误差(rmse)分析，计算聚合功率信号与负载类别特征功率信号的vi轨迹包围的面积之间的差异。由聚合功率信号和负载类别特征功率(样本)信号的vi轨迹包围的面积之间的差异用作区分特征，因为该区分特征有助于提供对存在于聚合信号中的低功率负载的更容易和更准确的预测。
12、在一些实施方式中，评估聚合功率信号与负载类别特征功率信号之间的频谱相干性还可以包括：使用welch平均修正周期图方法(https://en.wikipedia.org/wiki/welch％27s_method)来估计聚合功率信号的归一化电流信号与负载类别特征功率信号的归一化电流信号之间的频谱相干性。同样，这是有助于提供对存在于聚合信号中的低功率负载的更容易和更准确的预测的区分特征。
13、在一些实施方式中，评估聚合功率信号与负载类别特征功率信号之间的频谱相干性还可以包括：记录所比较信号的所有频率分量的频谱相干性的估计。
14、在一些实施方式中，该方法还可以包括评估聚合功率信号与负载类别特征功率信号之间的频谱相关性计数，其中，评估频谱相关性计数包括对相干性值低于阈值的频率分量的数量进行计数。
15、在一些实施方式中，相干性值可以低于阈值0.8。具有合理的阈值(例如，0.8)，能够排除频谱相关计数中可能接近1比1相关性的任何异常值，因为具有1比1相关性说明在比较信号的频率分量之间没有差异。
16、在一些实施方式中，该方法还可以包括评估在120hz频率下的聚合功率信号与负载类别特征功率信号之间的相位差。同样，这是有助于提供对存在于聚合信号中的低功率负载的更容易和更准确的预测的区分特征。
17、在一些实施方式中，该方法还可以包括使用对于每个特征的sigmoid隶属函数来计算总体概率，其中，特征包括聚合功率信号与负载类别特征功率信号的vi波形面积差异、频谱相关性计数和相位差。
18、在一些实施方式中，sigmoid隶属函数可以由以下等式给出：
19、
20、其中，α是分布的中心点，并且β是分布的宽度。
21、在一些实施方式中，可以使用以下等式计算总体相干性概率：
22、prob＝phase120×diffarea×spectralcorr
23、其中，phase120是120hz下的相位差的隶属函数，diffarea是vi波形面积差异的隶属函数，并且spectralcorr是频谱相关性计数的隶属函数。
24、在一些实施方式中，当相干性概率的值大于0.5时，可以存在低功率模式。
25、在一些实施方式中，频率分量可以包括ac和dc。使用单个方法测量ac和dc的频率分量，涵盖了所有不同类型的负载。
26、在一些实施方式中，频率分量的数量可以大于>1。
27、在本公开的一方面，提供了一种重叠电负载的运行模式检测系统，该运行模式检测系统包括：电源插座；外部计算组件，其中，外部计算组件被配置为：经由电源插座测量聚合功率信号；确定聚合功率信号的运行模式，其中，运行模式被确定为活动模式、较低功率模式和关闭模式中的一种；在确定了运行模式是活动模式时，外部计算组件还被配置为：确定聚合功率信号的负载类别；从负载类别数据库中选择对应的负载类别特征功率信号；评估聚合功率信号与负载类别特征功率信号之间的频谱相干性；确定聚合功率信号的频率分量与负载类别特征功率信号的频率分量之间的总体相干性概率；基于所确定的相干性概率的值，确定在活动模式的聚合信号内是否存在低功率模式；以及确定重叠负载中的每个负载的运行模式。
1.一种重叠电负载的运行模式检测方法，所述重叠电负载的运行模式检测方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，测量所述聚合功率信号包括读取所述电源插座的聚合电流信号和聚合电压信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，读取所述聚合电流信号和所述聚合电压信号被执行最少5个周期。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚合功率信号的所述负载类别被确定为多个负载类别之一，所述负载类别包括：
5.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述聚合功率信号归一化，其中，聚合的电流和电压波形被归一化。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述负载类别特征功率信号包括对于每个负载类别的一个周期的活动模式下的归一化波形。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，评估所述聚合功率信号与所述负载类别特征功率信号之间的频谱相干性还包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其中，评估所述聚合功率信号与所述负载类别特征功率信号之间的频谱相干性还包括：
9.根据权利要求8所述的方法，其中，评估所述聚合功率信号与所述负载类别特征功率信号之间的频谱相干性还包括：
10.根据权利要求9所述的方法，其中，评估所述聚合功率信号与所述负载类别特征功率信号之间的频谱相干性还包括：
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，还包括评估所述聚合功率信号与所述负载类别特征功率信号之间的频谱相关性计数，其中，评估所述频谱相关性计数包括对相干性值低于阈值的频率分量的数量进行计数。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述相干性值低于阈值0.8。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，还包括：评估在120hz频率下的所述聚合功率信号与所述负载类别特征功率信号之间的相位差。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，还包括使用对于每个特征的sigmoid隶属函数来计算总体概率，其中，所述特征包括所述聚合功率信号与所述负载类别特征功率信号的vi波形面积差异、频谱相关性计数以及相位差。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述sigmoid隶属函数由以下等式给出：
16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其中，使用以下等式计算所述总体相干性概率：
17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，其中，当所述相干性概率的值大于0.5时，存在低功率模式。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的方法，其中，所述频率分量包括ac和dc。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的方法，其中，所述频率分量的数量大于>1。
20.一种重叠电负载的运行模式检测系统，所述运行模式检测系统包括：
