1.一种适用于非侵入式负荷监测的自适应启发式网格聚类方法,其特征在于,包括步骤如下:S1,选取RAE和REDD数据集中低频数据并进行预处理,将选取的数据转化为包含总负载、小时、星期和月份的四维张量;
S2,利用时间窗口对总负载测量序列进行事件检测,生成包含事件幅度和时间参考的四维矩阵,并利用启发式网格聚类算法对事件进行分组,不同的聚类结果代表设备在运行过程中不同的状态;
S3,根据事件分组结果和各设备在运行过程中状态变化,构建状态转移矩阵;依据零环和约束,对周期内的功率幅度转移进行调整,使转移幅度的总和趋近于零;依据设备的能耗周期和状态转移矩阵,重构设备的能耗序列,完成对设备能耗的估算,并推算设备的使用频率。
2.根据权利要求1所述适用于非侵入式负荷监测的自适应启发式网格聚类方法,其特征在于,对选取数据的预处理如下:从时间序列中提取时间属性,转化为包含总负载F(t)、小时H(t)、星期W(t)和月份M(t)的四维张量,通过正弦函数和归一化处理统一数据尺度,表达式为:,
其中, 、 、 分别代表一天中的总小时数、一周中的总天数和一年中的总月数;
表示总负载, 表示小时负载, 表示星期负载, 表示月份负载。
3.根据权利要求1所述适用于非侵入式负荷监测的自适应启发式网格聚类方法,其特征在于,步骤S2中,若在时间窗口内满足以下任一条件则判定为事件:总负载的局部变化大于等于阈值 ;或时间窗口输入与输出的功率差值的绝对值 大于等于阈值 ;
,
其中, 表示时间窗口内功率的平均值, 表示在时间窗口内第i个时间点的功率测量值,n是时间窗口内的测量点数; 表示第n个时间测点;
当某个电器突然开启时,功率会出现较大波动,此时 的值会相应增大,此时需要计算局部平均功率 作为过渡的幅度:,
当 时,将 注册为事件;
时间窗口输入与输出的功率差值的绝对值 ,体现窗口内功率的变化幅度,计算公式如下:,
其中, 、 分别是时间窗口起始和结束时刻的功率值;
当 时,将 注册为事件。
4.根据权利要求1所述适用于非侵入式负荷监测的自适应启发式网格聚类方法,其特征在于,步骤S2中,利用启发式网格聚类算法对事件进行分组的实现过程如下:S21,在k维空间中初始化一个包含N个箱的网格结构,将检测到的事件数据填充到网格结构中;将填充有数据的网格空间定义为块,接着计算每个块的密度和中心点,依据密度将块分为主块和普通块,并识别出主块,所述主块具有高密度且其直接相邻块未被选为主块;
S22,以中间范围作为相异度指标,将具有相似特征的事件归为同一类;中间范围的计算公式为:,
其中,Mid‑Range代表中间范围,用于评估事件特征的差异程度,通过比较不同事件块的中间范围值,判断事件间的相似性;u 代表网格结构中块 的一个事件, 表示在网格结构中块 里事件u所包含数据的最大值, 表示在网格结构中块 里事件u所包含数据的最小值;
S23,对块进行合并;
如 ,则将普通块与主块合并, 表示主块和
普通块合并后的密度, 表示主块的初始密度;
如 ,普通块被视作新的独立聚类;
对其余块重复上述判断过程,直至没有符合合并条件的块。
5.根据权利要求1所述适用于非侵入式负荷监测的自适应启发式网格聚类方法,其特征在于,步骤S3中,将聚类结果与设备运行阶段的起始和结束标记相关联,构建出状态转移矩阵;状态转移矩阵的行和列索引代表设备的运行阶段,矩阵中的值表示不同阶段之间是否可以发生转移;
在一段时间内,对于同一设备,将功率幅度相近、变化趋势相似的信号归为一组,确定为一个完整的消耗周期;
对于一个包含 s 次功率幅度转移的周期,依据零环和约束,满足以下条件:,
,
其中, 是初始周期中的第s次转移, 是功率振幅过渡值, 是定义周期有效容差区间的阈值。