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基于模型驱动的非侵入式家用电器识别方法研究

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基于模型驱动的非侵入式家用电器识别方法研究

作者：刘杰西南交通大学

学位级别：硕士

能源问题一直以来都是困扰人类生存发展的一大瓶颈,电能是应用最广泛的二次能源。随着居民生活水平的提高,城乡居民用电占全社会用电量的比重持续增长,开展针对城乡居民的用电负荷监测是一个非常有意义的研究方向。本文以居民家用电器... 详细信息

能源问题一直以来都是困扰人类生存发展的一大瓶颈,电能是应用最广泛的二次能源。随着居民生活水平的提高,城乡居民用电占全社会用电量的比重持续增长,开展针对城乡居民的用电负荷监测是一个非常有意义的研究方向。本文以居民家用电器为主要研究对象,研究了家用电器的信号形成机理,实现了单电器与多电器的特征提取和识别。本文的研究工作具体如下:第一,从家用电器的工作和组成原理出发,将各类电器模型等效为不同功能单元的组合。其次,将等效模型中的功能单元具体为实际元器件,借助Simulink仿真软件,搭建了各类别电器的信号模型。将仿真端口数据波形与实测数据波形进行比较,得出了各类别电器端口特性的数学模型,验证了模型的准确性。第二,在模型分析的基础上,分析了各类电器的典型稳态特征。针对实测电器数据中电流、电压同时测量但各样本采样起始相位不同的特点,设计相位对齐算法,保证了数据的统一性。针对稳态数据中存在的少量暂态过渡数据,设计了数据筛选方法。第三,考虑到不同特征间可能存在的冗余与冲突,即在众多特征中,具体电器最优特征的组合无法确定,本文采用基于遗传算法和支持向量机的特征选择算法对各电器进行识别,选择出了表征电器特性的最优特征组合。第四,针对多电器同时运行的识别问题,基于多电器电流的叠加原理,建立了多电器电流分解模型。根据实测多电器数据与估计数据得出了带约束的不相容方程组,建立了优化目标函数。本文采用量子遗传算法求解优化目标函数,实现了多电器组成的识别。

关键词：非侵入遗传算法等效模型 Simulink仿真稳态特征特征选择电器识别

基于超声信号的电器识别及其室内定位应用技术研究

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基于超声信号的电器识别及其室内定位应用技术研究

作者：王艺霏浙江大学

学位级别：硕士

随着社会老龄化的发展,环境辅助生活(Ambient Assistive Living,AAL)技术得到了越来越多的应用,各种室内定位手段通常在此场景中为其提供行为状态监测的位置数据,以提高AAL技术的适用范围。然而室内定位领域由于不同环境差异大,基于特... 详细信息

随着社会老龄化的发展,环境辅助生活(Ambient Assistive Living,AAL)技术得到了越来越多的应用,各种室内定位手段通常在此场景中为其提供行为状态监测的位置数据,以提高AAL技术的适用范围。然而室内定位领域由于不同环境差异大,基于特定部署基础设施的主流定位方法对于居家康养场景存在介入程度高、改造难度大、普适性差等问题,因此本文首次提出了将电器超声作为一种新的机会信号应用于室内定位,规避基础设施构建,将环境中泛在的不可靠定位参考信息转为高可靠二进制传感,增强了定位解决方案的普适性,对推进居家康养服务,改善用户生活质量具有重要意义。本文首先介绍了基于声音的各种定位手段与其他室内定位方案,并简要介绍了其优劣,最后从无需基础设施部署和隐私安全角度,提出将电器超声作为定位机会信号。由于其具有长期稳定性、非侵入式等特点,因此可将其作为锚点与闭环检测点,在室内定位领域存在较大的优势。以下为本文主要工作:一、在模型识别上,本文针对电器声音可能包含的稳态噪音、低频人声等具有不同数学特征的噪音,分别采取了谱减法、截取高频等不同降噪方式,从而提高了模型对电器的识别能力。本文还对比了不同模型在实际数据测试情况下的表现,最终选择随机森林,在实测中实现了 82.47%的准确率。二、为提高电器超声作为机会信号在定位领域的可信度,本文提出了一种后处理算法,通过设置最小起始长度、最小有效长度等多个参数,去除瞬态噪音的同时,也能够对模型识别结果进行适当更正,排除少量异常值,从而降低误判率。实验结果表明,该算法可在确保识别准确率100%的前提下,仍具有79.66%的召回率。三、为了解决单独电器锚点在实际环境中分布较为稀疏的问题,本文将电器超声结合行人航迹推算算法,在办公环境中进行了实验。此外,结合实际定位场景,电器可能发生移动,因此本文提出在不同情况下,将电器分别作为固定锚点或闭环约束。实验结果表明,结合电器超声信号识别可对单一行人航迹推算方法提升95.43%的定位精度。

关键词：超声信号电器识别室内定位随机森林

基于STM32的智能电器识别实验教学系统设计

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高师理科学刊 2024年第9期44卷 81-87页

作者：李志军杜丽纪爽张文祥宋宝林梧州学院电子与信息工程学院广西梧州543002 黑龙江省农业科学院大豆研究所黑龙江哈尔滨150086

嵌入式系统实验教学是机器人工程专业培养学生综合设计能力和创新能力的重要途径,但传统的实验平台侧重于STM32芯片的基本功能,以验证性实验为主,导致学生缺少嵌入式系统综合设计能力的训练.针对这种情况设计了一套基于嵌入式的智能电... 详细信息

嵌入式系统实验教学是机器人工程专业培养学生综合设计能力和创新能力的重要途径,但传统的实验平台侧重于STM32芯片的基本功能,以验证性实验为主,导致学生缺少嵌入式系统综合设计能力的训练.针对这种情况设计了一套基于嵌入式的智能电器识别实验系统,本系统的主控单元与电参数采集单元、过流保护单元、电源单元、按键单元、无线传输单元和显示单元相结合,实现了电能计量、在用电器识别、电器状态监控等功能.实验教学效果表明,基于嵌入式的智能电器识别实验系统的使用加深了学生对嵌入式系统应用的理解,提高了学生的创新能力与综合设计能力,对其他电类专业的相关课程实验教学具有参考价值.

关键词：实验教学实验系统电器识别嵌入式系统

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基于用户电器分类的智能电网实时定价研究

中国管理科学 2019年第4期27卷 210-216页

作者：李军祥张文财高岩上海理工大学管理学院上海200093

目前,电力运行环境日趋复杂,电力体制改革也在不断进行。针对电力行业逐渐向信息化转变、能源利用率较低以及用户与电力公司交互性不高的现状,提出了一种电器分类实时定价模型。该模型根据不同类型用户的用电器进行分类,电力公司根据不... 详细信息

目前,电力运行环境日趋复杂,电力体制改革也在不断进行。针对电力行业逐渐向信息化转变、能源利用率较低以及用户与电力公司交互性不高的现状,提出了一种电器分类实时定价模型。该模型根据不同类型用户的用电器进行分类,电力公司根据不同类型电器的用电情况实时制定出不同种类电器的用电价格,以便引导用户在不同时段根据不同类型电器的电价来使用电器,控制居民的用电行为。智能电表的使用,可使用户了解到不同电器的实时电价,并以此调整使用电器,电力公司也随时得到用户的用电量来调整电价和供电量,达到削峰填谷的作用。此模型既有时效性也能使供需双方用电效用最大化。最后通过数值实验对比分析,结果验证了所提出的模型的有效性。

关键词：智能电网实时定价削峰填谷电器识别

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基于变权欧氏距离的学习型智能插座设计

福州大学学报（自然科学版） 2015年第2期43卷 188-193页

作者：苏诗荐章杰程树英林培杰陈志聪戴曼娜黄少辉福州大学微纳器件与太阳能电池研究所福建福州350116

使用现有智能插座实现电器用电量的统计和电器待机功耗的消除,存在灵活性差、适用范围有限等问题,为此提出一种基于变权欧氏距离的学习型智能插座.先采用有限状态机方式提取有功功率和功率因素作为待测电器的特征值,再用变权欧氏距离从... 详细信息

使用现有智能插座实现电器用电量的统计和电器待机功耗的消除,存在灵活性差、适用范围有限等问题,为此提出一种基于变权欧氏距离的学习型智能插座.先采用有限状态机方式提取有功功率和功率因素作为待测电器的特征值,再用变权欧氏距离从样本库中找出待测电器的类型,引入学习功能解决电器多样性问题,并用记忆原理处理陈旧的电器样本,在识别电器的基础上,统计各个电器的用电量和消除电器的待机功耗.测试结果表明,同一类型电器之间的相似度达80%以上,可识别出宿舍中大多数电器的类型,验证了该方法的有效性和可行性.

关键词：智能插座电器识别变权欧氏距离记忆原理

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室内用电安全远程监控系统

室内用电安全远程监控系统

作者：丁鉴洋杭州电子科技大学

学位级别：硕士

当今社会电能的使用几乎无处不在，由于电能来源广泛、便于传输、使用方便，它已经深入家家户户。可是电能在造福人类的同时也给社会带来了隐患，频繁的电气火灾对人类的生命安全造成了的威胁，同时也给社会造成了巨大的损失。鉴于电气... 详细信息

当今社会电能的使用几乎无处不在，由于电能来源广泛、便于传输、使用方便，它已经深入家家户户。可是电能在造福人类的同时也给社会带来了隐患，频繁的电气火灾对人类的生命安全造成了的威胁，同时也给社会造成了巨大的损失。鉴于电气火灾的影响巨大，造成的危害无法估量，学术界和工业界一直致力于找到合适有效的方法去预防电气火灾的发生。本文首先分析了电气火灾的主要发生原因，包括漏电、短路和过载等，总结出室内发生电气火灾的两类主要原因：故障电弧电流和违章大功率电器的使用。针对这些火灾发生原因，介绍了国内外的一些检测技术，如故障电弧检测中的故障电弧电路器、Duffing振子信号探测、小波变换和违章电器检测中的功率分析、小波分析等。在深入了解了各类电器的电流特征和故障电弧产生机制的基础上，本文通过对电流采样信号的分析设计了针对违章电器检测的电器识别技术和针对故障电弧检测的故障电弧检测技术。同时设计了基于STM32单片机的电流信号采集系统和基于WEB技术的软件监控平台，该平台利用了如今流行的B/S架构，能够利用电器识别技术和故障电弧检测技术对电流数据采集系统采集的电流采样值进行电器识别和电弧检测，配合软件和数据库的统计能力，更好的分析识别和检测结果，并显示在监控终端的浏览器上。整个系统通过无线通信技术进行连接，监控人员可以通过监控终端实时查看室内用电状况并采取相应措施。虽然目前有很多关于电器识别和故障电弧检测的技术，但真正付诸于实用的少之又少，违章电器和故障电弧检测的产品也为数不多，仅有的一些产品也仅限于对电流的瞬态监控，而瞬态特征存在很强的随机性和偶然性，可能存在误判。本文在对电流进行分析的同时利用了后台软件和数据库的统计功能，可以很好的避免随机性和偶然性判断。因此该课题的研究有一定的创新意义和价值。

关键词：监控数据采集故障电弧电器识别信息融合

基于物联网与云平台的非侵入式用电安全监控系统

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基于物联网与云平台的非侵入式用电安全监控系统

作者：王祖翔杭州电子科技大学

学位级别：硕士

近几年,我国电能应用水平得到了较大提高。电能的大规模应用方便了居民的生活,但是也带来了大量的电气火灾隐患。用电器的违章使用与线路故障产生的电弧是电气火灾的重要原因。为了预防电气火灾,研究人员在用电器识别和故障电弧监测方... 详细信息

近几年,我国电能应用水平得到了较大提高。电能的大规模应用方便了居民的生活,但是也带来了大量的电气火灾隐患。用电器的违章使用与线路故障产生的电弧是电气火灾的重要原因。为了预防电气火灾,研究人员在用电器识别和故障电弧监测方面做了大量的研究,但相关研究大多局限于算法理论,而将算法用于生产生活构建完整系统的研究则较少。在故障电弧监测领域,尽管有故障电弧断路器(AFCI)投入应用,但其功能单一,且不具备联网功能,难以实现远程监控。因此,本文采用物联网、云计算技术与非侵入式监测方案设计了一套端、云结合的用电安全监控系统,用于室内用电器和线路故障电弧的远程监控。本文主要完成了以下几个方面的工作:1、针对用电器的识别,本文采用了傅里叶分析电流谐波特征提取算法提取用电器的15次谐波作为电器的识别特征,设计了BP神经网络与K最近邻(KNN)算法相结合的用电器识别级联算法,比单一识别算法的效率更高;2、针对线路的故障电弧监测,本文深入研究了常见用电器正常工作与故障电弧的电流特征,提出并实现了自回归AR模型故障电弧特征提取算法,根据提取的特征参数,提出了欧氏距离故障电弧快速模糊识别算法与基于支持向量机(SVM)的故障电弧精确识别算法;3、完成算法的设计与实现后,本文设计了以STM32微控制器为核心的非侵入式电气智能监控终端,主要用于信号的预处理和对线路的控制,同时采用分布式技术和B/S架构设计实现了用于算法分析、数据存储和查询的云端监控平台;4、将终端和云端监控平台进行整合,并对系统进行了功能测试,最后对测试结果进行了分析与总结,系统的设计与测试结果符合预期目标。本文设计实现的用电安全监控系统是将物联网技术、用电器识别技术和故障电弧监测技术用于生产生活实践的一次全新探索,目前系统已经投入应用,在本高校的宿舍已经安装数十台用于试点运行,目前,系统运行稳定并得到较好反馈,因此本系统的研发具有一定的创新意义和实际应用价值。

关键词：物联网云计算非侵入式电器识别故障电弧监测

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基于智能插座的智能家居系统设计

基于智能插座的智能家居系统设计

作者：苏诗荐福州大学

学位级别：硕士

智能家居系统能提升人们生活的安全性、便利性和舒适性。虽然智能家居系统有近三十年的发展历史,但是仍存在以下问题:无统一标准而导致系统的扩展性差;无节能措施或者节能措施单一。针对现有系统存在的不足,本文设计一种基于智能插座的... 详细信息

智能家居系统能提升人们生活的安全性、便利性和舒适性。虽然智能家居系统有近三十年的发展历史,但是仍存在以下问题:无统一标准而导致系统的扩展性差;无节能措施或者节能措施单一。针对现有系统存在的不足,本文设计一种基于智能插座的智能家居系统,主要特色是自定义一种家庭网络即插即用协议HPnP,探索一种可标准化的即插即用协议;设计一种智能插座,该插座除了具有远程控制开关外,还能在识别电器的基础上,统计电器的用电量和消除电器的待机功耗。整个系统主要对家庭网络即插即用协议HPnP、家庭网关、智能插座和功能设备等方面进行设计。家庭网络即插即用协议HPnP是家庭网关和其它模块通信的基础。该协议参考USB设备枚举阶段的协议和时序要求,结合UPnP协议对设备的描述,最终实现功能设备零配置地接入系统,从而可作为一种标准进行推广。家庭网关用来组织和管理家庭内的功能设备,主要包括网络管理、设备管理和界面管理。网络管理主要是为各种应用提供网络服务,并根据HPnP协议处理通信数据包。设备管理主要是处理设备的入网、状态更新、退出、超时等情况。界面管理指通过数据驱动方式,自动生成设备的控制界面。智能插座是搭建智能家居系统的基本单元,该插座首先采用有限状态机方式提取有功功率和功率因素作为待测电器的特征值,再用变权欧氏距离从样本库中找出待测电器的类型,引入学习功能解决电器多样性问题,并用记忆原理处理陈1旧的电器样本。为方便智能插座后期的升级和维护,实现了一种基于Web的远程升级技术。功能设备指在系统中实现一些具体功能的设备,主要有灯光集中控制设备、环境参数采集设备和学习型红外设备,实现功能设备时需解决的关键技术有数据帧判别、软件定时器、电平转换与电路隔离等。测试结果表明,在不改动家庭网关的情况下可连接不同的功能设备,体现了系统具有即插即用的功能。同一类型电器之间的相似度达80%以上,智能插座可识别出大多数电器的类型,进而统计各个电器的耗电量和消除电器的待机功耗,引入新的节能方式到智能家居系统中。

关键词：智能家居智能插座电器识别即插即用节能

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基于物联网的室内用电安全智能监控系统

基于物联网的室内用电安全智能监控系统

作者：姜晨杭州电子科技大学

学位级别：硕士

近几年,家庭电气火灾呈现上升趋势,给人民的生命财产造成了巨大的损失。本文以物联网技术为研究基础,从智能家居室内监控系统设计架构入手,着眼于研究用户和管理人员通过互联网对室内用电环境进行监控和控制的通用技术,完成了电器识别... 详细信息

近几年,家庭电气火灾呈现上升趋势,给人民的生命财产造成了巨大的损失。本文以物联网技术为研究基础,从智能家居室内监控系统设计架构入手,着眼于研究用户和管理人员通过互联网对室内用电环境进行监控和控制的通用技术,完成了电器识别功能模块和电弧检测功能模块的设计,并实现了基于物联网的室内用电安全智能监控系统的软硬件设计工作。本文从两个方面对电气火灾的主要原因进行了分析:用电器的违章使用和电网中故障电弧的发生。针对这两个原因,对国内外的一些解决办法和研究成果进行了介绍与分析,如电弧故障断路装置(AFCI)、弧光检测系统、电弧数学模型、小波变换分析、模式识别、违章电器功率分析、多信息融合等。并结合目前的形势设计了基于模式识别模版匹配法的电器识别算法和基于多信息融合技术的故障电弧检测算法。论文深入研究了各类家用电器正常工作和故障电弧情形下的电流特征,提出了一套基于物联网技术的室内用电安全智能监控系统的方案,该方案采用了无线传感网络、微型嵌入式系统、WEB软件监控平台等技术,提高了系统的实时性、智能性、可靠性。该系统首先利用散布的霍尔电流传感器对电网中各检测点实时电流进行采集,然后利用WIFI技术将传感器的感知信息传递到传感器网络的网关,最后通过Internet传递给后台服务器,服务器通过恶性负载识别功能和故障电弧检测功能对电网中的违章电器、故障电弧等安全隐患进行管理。服务器端使用当今最流行的B/S架构,利用MySQL数据库的存储和统计能力,使检测结果和分析识别更准确,最后通过WEB技术将管理信息呈现在用户的浏览器上。目前,实际应用于生产和生活中的用电安全系统不是很多,现有的系统实时性差,存在很强的随机性和偶然性,误判率也比较高,故障电弧和违章电器检测的产品就更少了。本系统有效的解决了上述问题,并通过实验和测试达到了预期的结果。本系统的研究对于用电安全的智能化管理以及推广物联网技术具有重要意义。

关键词：物联网监控用电安全故障电弧电器识别