[发明专利]基于双回路智能电能表的空调用电监控系统及监控方法

权利要求书

1.一种基于双回路智能电能表的空调用电监控方法，其特征是，

智能电能表硬件电路主要包括MCU处理器、双回路计量电路、双继电器控制电路、开关电源、时钟模块和通信单元；

计量电路采用两片高精度单相计量芯片ATT7053BU，组成双回路计量电路；计量电路主要由电压采样、电流采样、计量芯片和SPI通信接口组成；电阻网络组成电压采样电路，串联的两个电阻jR20和jR21组成电流采样电路；计量芯片利用SPI通信接口与MCU处理器进行数据传输；

开关电源主要由电磁兼容处理模块、输入整流滤波模块、控制芯片VIPER22A、开关变压器、RCD电路、输出整流滤波模块、输出反馈调节模块和稳压电路组成；220V交流市电输入电压通过电磁兼容处理模块、输入整流滤波模块后经开关变压器后变为低压，最后通过输出整流滤波模块、稳压电路后输出核心电路所需要的低压直流电压，其中输出反馈调节模块通过反馈稳定开关变压器的输出；RCD电路用于抑制开关变压器产生的尖峰电压；RCD电路由二极管D7、电阻R21和电容C6组成，二极管D7用于避免整流后的高压流入控制芯片VIPER22A，电阻R21和电容C6并联在二极管D7的负极上，用于吸收尖峰电压；

通信单元

通信单元包括RS485远传数据接口和红外通信接口，红外通信接口用于手持抄表设备、通过RS485远传数据接口与智能数据网关连接，上行以GPRS通信方式，完成与上层服务器的数据交换；RS485远传数据接口中在485芯片使能端加入电阻R11和电容C11组成的阻容电压保持电路，提高电路驱动能力；

双继电器控制电路包括内置在智能电能表内的两个磁保持继电器，分别控制两个回路的用电情况；

该方法包括以下步骤：

1)数据采集：两个独立的第一计量回路和第二计量回路分别采集空调负荷数据和所有用电负荷数据；

2)数据预处理：对采集的数据进行规范化处理得到规范化负荷数据；

3)拟合负荷曲线：确定负荷特性指标，通过聚类算法对规范化负荷数据进行聚类，拟合出负荷曲线；

4)建立用户典型用电负荷曲线：根据拟合出的负荷曲线提取出用户典型用电负荷曲线；

5)分析与评价：根据规范化负荷数据、负荷曲线及用户典型用电负荷曲线判定空调是否存在故障或使用不当；

空调故障的判定方法为：

记第一和第二计量回路的采样率为fs，每个周期采样0.02fs个电流数据，在0.02fs个电流数据中求得电流最大值I_max，以此电流最大值为基准点，取前0.006fs个采样数据点，对此0.006fs个数据依次做差，并求其相邻两点的斜率值Rate，在0.006fs-1次判定过程中，当斜率值Rate大于设定阈值时，电表跳闸报警寄存器Cnt数值加1，直至Cnt＝3，判定为空调发生故障。

2.根据权利要求1所述的基于双回路智能电能表的空调用电监控方法，其特征是，空调使用不当的判定方法为：

根据第一计量回路、第二计量回路采集的数据，对空调负荷处理模块和电能计量处理模块中的数据进行处理，分别获取空调线路和其他用电线路上不同日、不同时间段的拟合负荷曲线，对这些拟合负荷曲线进行聚类分析提取用户典型用电负荷曲线；

通过对同一监测点的不同日负荷进行聚类，判断该监测点的计量用电是否异常，是否存在空调不规范使用情况。

3.根据权利要求2所述的基于双回路智能电能表的空调用电监控方法，其特征是，当空调使用不当时，进一步判定异常的空调的方法为：

对疑似异常空调负荷曲线与该用户典型用电负荷曲线的距离d进行计算，通过该疑似异常空调负荷曲线偏离用户典型用电负荷曲线的程度判断该空调出现异常的可能性大小。

4.根据权利要求3所述的基于双回路智能电能表的空调用电监控方法，其特征是，疑似异常空调负荷曲线与该用户典型用电负荷曲线的距离d计算公式为：

其中，i为时刻点，P_中心,i、P_偏差,i分别为用户典型用电负荷曲线和疑似异常空调负荷曲线在时刻点i的负荷值。

5.根据权利要求1所述的基于双回路智能电能表的空调用电监控方法，其特征是，数据预处理时采用基于距离的方法进行规范化处理。