基于时序生成对抗网络的居民用户非侵入式负荷分解

现有的非侵入式负荷分解算法往往需要大量电器设备级的负荷数据才能保证分解精度,但由于用户对隐私性的考虑以及安装成本过高等问题,很难获取这些数据。因此,构建一种能深度挖掘电力负荷数据时序特性和电器相关性的时序生成对抗网络。利用降维网络对所有电器有功功率序列组成的高维向量进行降维以降低计算的复杂度,通过复原网络将结果还原为高维向量。基于电器运行状态和深度学习的非侵入式分解方法,运用卷积神经网络-双向门控循环单元构建状态复杂电器的负荷分解回归模型,对状态简单电器利用深度神经网络构建负荷识别分类模型。通过对比其他数据生成方法,以及改变典型公开数据集中生成数据比例所得的负荷分解结果验证了所提方法的有效性。     

基于时间概率分布与电器组合超状态的非侵入式负荷分解

非侵入式负荷监测是智能用电网络中的重要技术,为研究非侵入监测下电器的用电情况,提出了一种基于电器时间概率分布和电器组合超状态匹配的负荷分解方法。首先对电器的功率数据进行状态提取,并利用电器运行的时间信息提取每个状态的时间概率分布。根据电器的工作状态组合,构建超状态,利用家庭历史用电数据缩减超状态空间,并针对超状态功率重叠问题对其进行聚类得到S超状态。在负荷分解阶段利用S超状态匹配方法对非侵入式数据分段,并利用时间概率最大似然估计分解结果。最后,通过数据集分解结果验证了该算法的有效性。     

基于改进子任务门控网络的非侵入居民负荷分解

非侵入负荷分解对挖掘用户侧能源需求具有重要意义。但是，目前功率分解模型收敛困难且推理周期计算量大。研究了基于序列到子序列和子任务门控网络（SGN）的非侵入负荷分解模型。首先，采用序列到子序列的方法构建子任务门控网络，将功率分解回归任务和电器状态分类任务相结合，实现主电源序列到目标电器子序列的映射；然后添加通道注意力模块和空间注意力模块提高模型的特征提取能力。基于UK-dale数据集的实验结果表明，该方法不仅减小了模型收敛的困难度和推理周期的计算量，而且显著提高了分解的精度。     

基于深度序列翻译模型的非侵入式负荷分解方法

智能用电的一个重要环节是能量监测,其关键技术是非侵入式负荷分解,为了提高居民负荷分解的准确性,将序列翻译模型应用到非侵入式负荷分解之中。首先确定电器在不同模式的运行功率,同时将电器的运行模式进行组合编码,将所有电器的运行状态用一个状态码进行表示。其次,考虑电器运行过程中的时间关联关系,结合序列翻译模型理论,将待分解的信号与电器的状态码在序列翻译模型上进行映射训练,同时运用Dropout技术和稀疏化技术对模型进行优化以确定较优的网络参数。构建的序列翻译模型综合应用了电器运行模式的时间尺度信息与信号幅值特性,将待分解的能量翻译为状态码,从而实现负荷能量的分解。最后,利用公开数据集进行验证,结果表明所提方法有较高的能量分解准确率。     

基于多任务学习卷积网络的非侵入式负荷监测方法

随着居民用户对设备耗能管理需求的增长，低硬件成本的非侵入式负荷监测技术具有巨大的工程应用价值。目前，负荷监测深度网络存在输出假阳性功率片段问题，造成对电器开关运行状态的误判，影响负荷分解精度。为此，提出一种基于多任务学习的非侵入式负荷监测方法。首先，建立基于多分支卷积网络及改进后处理的负荷监测推理框架，在负荷功率分解网络主分支的基础上，设立开关状态判定分支网络，引入电器开关序列监督信息，通过多任务聚合损失函数调整网络训练时梯度反向传播过程，降低了运行状态误判率。然后，采用加权均值滤波对网络输出的开关状态评估值和功率输出值进行后处理，进一步降低负荷分解误差。最后，在UK-DALE数据集上开展对比实验，实验结果表明所提方法能够较好地分离出包含复杂功率特性的电器负荷，验证了方法的有效性。     

计及电器状态关联规则的非侵入式负荷分解

非侵入式负荷监测与分解(NILMD)是获取电器用电信息的关键技术,针对当前NILMD缺乏考虑不同电器关联运行的用电模式和电器状态的强波动性以致分解精度低的问题,提出一种计及电器状态关联规则的新型负荷分解方法。通过仿射传播聚类提取电器的运行状态,基于互信息熵,运用关联规则算法挖掘电器状态的关联性;调整含关联规则的样本权值并结合k近邻算法实现状态辨识;利用极大似然估计完成负荷功率分解。测试算例验证了所提方法的有效性和准确性。     

深度神经网络在非侵入式负荷分解中的应用

负荷监测是智能用电的一个重要环节,为了实现非侵入式负荷监测,提出了一种基于深度神经网络的非侵入式负荷分解方法。首先提出了改进的电器状态聚类算法,通过改进终止条件和增加消除冗余类判据使得聚类结果更符合电器实际运行情况。针对目前研究常用的隐马尔可夫模型的弱时间特性问题,提出了电器时间特性模型,综合考虑了电器运行特性和用户使用习惯,从时间角度对电器进行建模。构建了深度神经网络进行负荷分解,网络的输入综合考虑了电器状态及时间、功率信息,采用历史运行数据及时间特性模型生成数据训练网络参数。最后,在测试数据集上验证了方法的有效性和准确性。     

基于深度学习与改进负荷行为关联图的农业用户非侵入式负荷分解方法

目前负荷分解模型大都面向城市用户,忽视了农业用电场景下的负荷关联特性,导致现有负荷分解模型在该场景下的分解效果较差,本文提出了一种基于深度学习与改进负荷行为关联图的农业用户非侵入式负荷分解方法。该方法首先采用One-hot编码构建包含离散和连续影响因素的负荷特征矩阵;其次,运用负荷行为关联图来表征用户不同负荷设备间关联关系,并采用图注意力网络对负荷间相关性进行权重优化;最后,构建基于卷积神经网络和长短时记忆网络的农业用户负荷分解模型并进行训练部署。仿真结果显示,本文所提出的基于深度学习与改进负荷行为关联图的农业用户非侵入式负荷分解方法相比现有方法分别获得4.34%和2.02%的负荷分解精度提升,并更加适用于农业用电场景。     

基于全卷积去噪自编码器与卷积块注意力模块的非侵入式居民负荷分解模型

为了进一步提高低频居民负荷分解模型的分解精度与泛化能力,提出一种基于全卷积去噪自编码器与卷积块注意力模块的非侵入式居民负荷分解模型,该模型能够深度解析单一电器的功率曲线。基于全卷积去噪自编码器分别构建主回归子任务网络和辅助分类子任务网络;在子任务网络中,通过引入卷积块注意力模块自适应分配特征注意力权重,以减小不重要因素在模型训练过程中的影响;将辅助分类子任务网络的输出作为主回归子任务网络输出的门控单元,实现最终的负荷分解。基于公开数据集的算例结果表明,所提负荷分解模型比现有负荷分解模型具有更优的分解精度和泛化能力。     

基于低频功率差量特征与双长短期记忆网络的非侵入式负荷监测方法

为提升负荷监测中事件检测与负荷识别的准确性与适应性,提出一种基于低频功率差量特征与双长短期记忆网络的非侵入式负荷监测方法。基于低频数据,根据电器正常运行造成的功率波动与事件启停造成的功率跳变之间的特性差异,提出一种事件检测算法,该算法通过滑动窗内功率波动的差量特征排除波动干扰,实现事件准确定位并获取相关功率数据;建立一种双长短期记忆网络,对不同电器构建专一电器判别单元并进行训练;建立由各判别单元组成的事件识别网络,根据各判别单元输出的概率对事件进行综合判别,实现非侵入式负荷监测。基于测试数据集的仿真结果验证了所提方法的有效性与准确性。     

基于深度循环卷积模型的非侵入式负荷分解方法

电力分项计算是智能电表的一个重要环节,即对接入户线的各个电器设备进行用电消耗检测。对电力公司进行精准预测,提高系统稳定性可靠性,制定调度方案,设计“错峰用电”费率结构,发现设备老化和故障有着重要意义。为了实现电力分项计算,文中提出了一种基于深度循环卷积神经网络的非侵入式负荷分解方法。对目标电器的不同功率状态进行编码,用循环卷积神经网络提取输入负荷总功率的空间时间特征。对输入数据进行归一化提高模型训练速度,用drouput技术降低模型过拟合,用迁移学习技术实现对不同目标电器的功率状态预测建模。并和传统的隐马尔可夫模型进行对比。文中采用公开的redd数据集,结果证明文中所提出的模型能很好预测目标电器的功率状态。     

RPROP神经网络在非侵入式负荷分解中的应用

为了解决常用家电设备投切状态辨识问题,提出一种以神经网络为辨识模型的方法,增强其快速辨识能力。首先,从负荷印记出发,针对各用电设备的稳态电流谐波特性,建立用电设备特征标签。然后,采用弹性BP(Resilient back propagation,RPROP)神经网络,将输入数据特征向输出层非线性映射,实现快速收敛至全局最优点。训练中采用多种设备组合方式,进行用电设备特征辨识。最终,以五类常用用电设备进行实验,实验结果表明该算法能够有效地识别家用设备的工作状态组合,且对功率相近、谐波具有较小差异的用电设备工作状态也具有很好的辨识能力。     

基于设备运行状态检测与能量回归同步评估的居民非介入式负荷辨识算法研究

非侵入负荷辨识技术能够高效低成本地获得用户分项电能并支撑多种业务,基于分项电器能量回归的神经网络为负荷辨识技术提供了重要支撑。文中针对神经网络进行能量分解时在设备关停处的噪声识别污染及基于能量阈值法评估设备运行状态的局限性,提出了基于设备能量分解与运行状态分类的硬参数共享多任务学习模型,并根据能量回归与状态识别对输入序列全局与区域信息的敏感度差异,提出基于多感受野融合的时间卷积网络,实验结果表明文中所提算法模型在辨识效果上取得了提升,并在洗衣机、洗碗机等小功率波动设备上相较传统网络减少了50%的平均能量绝对误差。     

基于层次分析法的配电网运行方式多目标优化

配电网运行方式在正常运行、检修和故障3种不同状态下需要重点解决各自不同的问题,分别需要不同的优化目标进行运行方式优化计算。基于层次分析方法综合评估配电网设备运行状态、技术性和经济性,建立层次分析模型,并通过方案属性决策向量表以及属性权重判断矩阵获得正常运行、故障、检修3种状态下的综合评价指标,将其应用于配电网3种不同状态下的运行方式优化目标。提出了一种多目标的配电网运行方式优化计算方法,以改进的IEEE 69节点配电网为算例,通过遗传算法进行优化计算验证了指标和算法的可行性。     

基于多特征目标函数PCA-ILP的非侵入式负荷分解方法

非侵入式负荷监测（non-intrusive load monitoring, NILM）能够在不影响用户正常用电的前提下,低成本地获取用电信息,实现用电设备的类型识别和负荷分解,而大量智能电表的安装也为用户进行NIML提供了数据与技术支撑。首先,在研究常见家用电器的功率特征、电流波形及其频域谐波特征的基础上,采用主成分分析方法（principal components analysis, PCA）对高维谐波特征空间进行降维,提取主要谐波信息,与基本功率特征结合形成多特征目标函数。然后,基于整数线性规划（integer linear programming, ILP）模型,提出了考虑多特征目标函数的PCA-ILP的NILM方法。算例分析表明,所提方法对不同信噪比（signal to noise ratio, SNR）下的不同家用电器应用场景均具有良好的负荷分解效果。     

考虑多种调节手段的配电网经济运行优化

由于配电网中有功与无功功率存在强耦合关系,传统将有功、无功分别优化的处理方法无法让配电网处于最优经济运行状态,且负荷需求和分布式发电出力的不确定性也给配电网运行带来巨大挑战。基于此,以支路潮流模型为基础,提出一种考虑多种调节手段（包括有载调压变压器、电容器组、静止无功补偿装置、储能装置以及开关重构）的配电网两阶段鲁棒经济运行优化方法,并将非线性潮流约束进行二阶锥松弛,从而将经济运行优化模型转化为混合整数二阶锥规划问题进行有效求解。为解决负荷需求和分布式发电出力的不确定性,采用两阶段鲁棒优化方法,并通过列与约束生成（column-and-constraint generation,CCG）算法进行求解获得各调节措施的最优鲁棒运行策略。最后通过IEEE 33节点验证了所提模型的有效性。     

利用有限低频信息的居民用户非侵入负荷监测算法

通过更多信息特征或高频采样技术提高识别准确率的负荷监测算法,会增加信息采样阶段的成本和边缘数据处理的难度,提出一种基于有限低频信息的非侵入式负荷监测算法。设计最佳事件检测器,该检测器根据滑动窗口采集聚合负荷数据,并根据统计特征指标判断电器投切位置;将事件发生前后的功率序列作为识别特征,利用互补集合经验模态分解算法分解出功率序列中的多阶本征模态函数和最终趋势,绘制分解结果的二维图像并将其输入卷积神经网络进行训练和识别,从而实现仅基于有限低频采样信息就可高精确率地识别负荷。基于公开数据集的仿真结果验证了所提算法的有效性。