基于动态谐波导纳参数的非侵入式负荷监测数据模拟生成方法

作     者：王谱宇 丁一帆 陈鉴祥 刘兴江 方凯杰 程含渺 张小平 WANG Puyu;DING Yifan;CHEN Jianxiang;LIU Xingjiang;FANG Kaijie;CHENG Hanmiao;ZHANG Xiaoping

作者机构：南京理工大学自动化学院江苏省南京市210094 中国电子科技集团公司第18研究所天津电源研究所天津市南开区300384 江苏省电力有限公司营销服务中心江苏省南京市210019 伯明翰大学工程学院英国伯明翰B152TT 

出 版 物：《中国电机工程学报》 (PROCEEDINGS OF THE CHINESE SOCIETY FOR ELECTRICAL ENGINEERING)

年 卷 期：2025年第45卷第3期

页      面：923-935,I0010页

核心收录：

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

基　　金：江苏省自然科学基金(面上项目)(BK20242048) 国防科技重点实验室基金项目(JCJQLB05406) 

主　　题：非侵入式负荷监测 数据集 居民负荷数据模拟生成 动态谐波导纳参数 导纳转移 区间电流 

摘      要：非侵入式负荷监测(non-invasive load monitoring,NILM)技术在推动电力系统管理智能化及引导用户用电计划合理化方面具有重要意义,但其监测结果的准确性受到用电负荷数据集规模与真实度的制约。现有公共数据集中样本数量与种类以及自建数据集的广泛性与真实性均有待提升。针对上述问题,该文提出一种可应用于非侵入式负荷监测的居民负荷数据模拟生成方法。首先,通过对采样得到的有限原始电气负荷数据进行规范化预处理及快速傅里叶变换计算,得出其动态谐波导纳参数;其次,提出导纳转移方法将动态导纳参数进行处理,将其约束至一/四象限内以便于仿真验证,利用处理后得出的各谐波次数下导纳与电源参数推导电气负荷谐波导纳数学模型;再次,搭建仿真模型以模拟生成此电气负荷的标准电流波形。通过与其他方法的比较,评估提出的方法具有在多场景中(从简单开关负荷到多阶段连续变化负荷、从微秒级周期电流到小时级长时间段过程电流、从单一种类负荷模拟到多种类负荷用电场景构建)均有良好拟合效果,对比现有数据生成方法,在拟真性、广泛性及应用范围上具有显著优势;最后,在动态参数中进一步引入服从概率分布的随机变量,以模拟实际负荷的随机误差,可生成计及实际误差的电气负荷区间电流,极大地提升了所生成数据的科学性与丰富性,可作为非侵入式负荷监测中数据集的可靠来源。