一種特殊運行工況下電信號擾動識別方法及裝置與流程

本發明涉及電信號擾動分類識別技術領域，尤其涉及一種特殊運行工況下電信號擾動識別方法及裝置。

背景技術：

目前電能表給出的基本性能指標都是在穩態信號條件下獲得的，在特殊運行工況下，線路的電信號可能存在各種不同的擾動成分，這些擾動成分會對電能表的實際計量性能產生不同影響，為分析電能表在特殊運行工況下的實際計量性能，需要對該工況下的電信號進行擾動確定，以得到不同擾動成分對電能表計量性能的具體影響，最后提高電能表在特殊運行工況下不同電信號擾動的計量準確度。

技術實現要素：

本發明的目的是，針對電能表在特殊運行工況下，線路的電信號可能存在的各種不同擾動，影響電能表計量準確度的問題，提出一種特殊運行工況下電信號擾動識別方法。

第一個方面，本發明實施例提供了一種特殊運行工況下電信號擾動識別方法，包括：

通過采集設備對負荷現場的實際電信號進行采集；

對電信號擾動進行特征提取，得到特征輸出信號的樣本集合。

根據所述特征輸出信號的樣本集合，對電信號擾動的特征進行分類識別，區分擾動類型。

在采集到實際電信號之后、對電信號擾動進行特征提取之前，進一步包括：將采集到的實際電信號進行預處理，得到離散信號。

所述對電信號擾動進行特征提取，得到特征輸出信號的樣本集合，包括：

根據實際電信號、預先設置的編碼權值變量和編碼偏置量，對電信號擾動進行編碼，得到特征輸出信號；

根據解碼權值變量和解碼偏置量，對所述特征輸出信號進行解碼，重構原始信號；

重復迭代編碼和解碼過程，計算每次迭代時的誤差值，當該值最小且保持不變時，得到用于最后識別的特征輸出信號的樣本集合。

所述根據實際電信號、預先設置的編碼權值變量和編碼偏置量，對電信號擾動進行編碼，得到特征輸出信號，具體為：根據下述變換公式得到特征輸出信號，

其中，式中x⁽ⁱ⁾為輸入信號，i為輸入信號的維度；f^(l)(x⁽ⁱ⁾)為特征輸出信號，l為特征輸出信號的維度；為編碼過程中權值變量，初始值為預設的任意值；b₁為編碼過程中偏置量，初始值為趨近于0的值，

對特征輸出信號f^(l)(x⁽ⁱ⁾)進行解碼,重構原始信號的變換公式為：

式中，a⁽³⁾⁽ⁱ⁾表示解碼過程輸出值，為解碼過程中權值變量，初始值為預設的任意值，b₂為解碼過程中偏置量，初始值為趨近于0的值。

最小誤差的數學計算公式為:

式中，m是信號長度；a⁽³⁾⁽ⁱ⁾表示解碼過程輸出值，x⁽ⁱ⁾為輸入信號。

每次迭代時，編碼和解碼的權值變量和偏置量變量的更新公式為：

式中，w'為每次迭代更新后的權值量，b'為每次迭代更新后的偏置量，α為預設常數。

根據特征輸出信號的樣本集合，對電信號擾動進行分類識別，區分擾動類型，包括：

利用特征輸出信號f^(l)(x⁽ⁱ⁾)的樣本集合，采用SVM分類器對電信號擾動的特征進行分類識別，輸出電信號對應的擾動類型。

第二個方面，本發明實施例提供了一種特殊運行工況下電信號擾動識別裝置，包括采集設備、特征提取模塊和擾動識別模塊。

采集設備，用于采集負荷現場的實際電信號；

特征提取模塊，用于對電信號擾動進行特征提取，得到特征輸出信號的樣本集合；

擾動識別模塊，用于根據所述特征輸出信號的樣本集合，對電信號擾動的特征進行分類識別，區分擾動類型。

所述特征提取模塊，具體包括：

編碼單元，用于根據實際電信號、預先設置的編碼權值變量和編碼偏置量，對電信號擾動進行編碼，得到特征輸出信號；

解碼單元，用于根據解碼權值變量和解碼偏置量，對所述特征輸出信號進行解碼，重構原始信號；

計算單元，用于在根據編碼單元和解碼單元重復迭代編碼和解碼過程時，計算每次迭代時的誤差值；

確定單元，用于在所述誤差值最小且保持不變時，確定用于最后識別的特征輸出信號的樣本集合。

本發明的有益效果在于，本發明克服了原有基于小波變換、HHT變換等方法提取特征后需要再進行人工選擇適合分類特征的局限性，本發明能夠自動快速準確地獲得信號原始波形的抽象特征，在一定程度上保留了原始信號的固有特征，且所得特征能最大可能的重構回原始信號波形。本發明方法通過建立一個電信號擾動特征數據庫，對現場實際特殊運行工況下的電信號擾動進行分類識別，分類效果好，具有實際的工程實用價值。

附圖說明

圖1為本發明實施例的一種特殊運行工況下電信號擾動識別流程示意圖；

圖2為本發明實施例的一種特殊運行工況下電信號擾動識別裝置框圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明。

本實例通過采集設備對多個不同現場的實際電信號進行采集分析為例。

本發明實施例的電信號擾動識別的流程示意圖如圖1所示，電信號擾動識別流程包括如下步驟：

步驟1、特殊運行工況電信號擾動；

本發明實施例可以實時檢測特殊運行工況電信號是否發生擾動，在發生電信號擾動時執行下述步驟。

步驟2、信號采集離散化x；

本發明實施例在特殊運行工況電信號擾動時，獲取測量現場的實際電信號，并對實際電信號進行離散化，得到離散信號；

本實例通過采集設備對某特殊運行工況下的電信號進行6000次采集，其中采樣頻率設置為3.2KHz,每次采集10個周波，每周波采集64個點，總計640個采樣點，所采樣的電信號擾動類型可能有電壓暫升、電壓暫降、電壓中斷、振蕩暫態、諧波、電壓波動六種擾動類型；

步驟3、特征輸出信號f(x)；

本發明實施例可以對電信號擾動的特征進行提取，將離散信號的波形抽象特征提取出來。

利用步驟2中所得到維度為640的6000個離散信號，提取實際運行工況下電信號波形的抽象特征，過程是，

初始化編碼過程的權值變量和偏置量b₁為0，對維度為640的6000個電信號擾動進行編碼,其中i＝1,…,640，變換公式為：

其中，式中x⁽ⁱ⁾為維度為640的6000個電信號擾動，f^(l)(x⁽ⁱ⁾)為編碼后的特征輸出信號，l值設為100，sigmoid函數表達式為：

步驟4、重構信號a⁽³⁾；

本發明實施例可以對得到的特征輸出信號f^(l)(x⁽ⁱ⁾)進行數學變換,重構原始信號,此步驟叫做解碼過程,變換公式為：

權值變量和偏置量b₂初始化為0，a⁽³⁾⁽ⁱ⁾表示解碼過程輸出值；通過計算最小誤差，得到最佳特征樣本集合,所述最小誤差的數學計算公式為:

m值取為640；通過100次迭代編碼和解碼過程，并計算每一次迭代時的最小誤差值。

步驟5、判斷誤差是否最小；

當該值最小并保持不變時，可得到最佳特征樣本集合f^(l)(x⁽ⁱ⁾),所得最小值趨近于0.0015；每次迭代時，編碼和解碼過程的權值變量和偏置量變量的更新公式為：

式中，w'為迭代一次更新后的權值，b'為迭代一次更新后的偏置量，α值為0.5；

步驟6、輸入SVM分類器；

將維度為100的特征輸出信號f^(l)(x⁽ⁱ⁾)作為分類器的輸入；

步驟7、電信號擾動類型的識別

利用步驟3中所得的特征輸出信號f^(l)(x⁽ⁱ⁾)，采用SVM分類器對電信號擾動的特征進行分類識別，分類器的分類面公式為：

其中，y_i∈{-1,1}，∑a_iy_i＝0，0≤a_i≤c，x_i為6000個100維的特征輸出信號，其中設c＝64，g＝50，b＝0.01；6000次采樣得到的電信號擾動經過以上方法處理后，可被正確地分類識別。

基于同一發明構思，本發明實施例還提供了一種特殊運行工況下電信號擾動識別裝置，由于這些設備解決問題的原理與一種特殊運行工況下電信號擾動識別方法相似，因此這些設備的實施可以參見方法的實施，重復之處不再贅述。

圖2示出了本發明實施例中特殊運行工況下電信號擾動識別裝置框圖，如圖所示，所述裝置可以包括：采集設備、特征提取模塊和擾動識別模塊，

采集設備，用于采集負荷現場的實際電信號；

特征提取模塊，用于對電信號擾動進行特征提取，得到特征輸出信號的樣本集合；

擾動識別模塊，用于根據所述特征輸出信號的樣本集合，對電信號擾動的特征進行分類識別，區分擾動類型。

具體實施時，所述特征提取模塊，具體可以包括：

編碼單元，用于根據實際電信號、預先設置的編碼權值變量和編碼偏置量，對電信號擾動進行編碼，得到特征輸出信號；

解碼單元，用于根據解碼權值變量和解碼偏置量，對所述特征輸出信號進行解碼，重構原始信號；

計算單元，用于在根據編碼單元和解碼單元重復迭代編碼和解碼過程時，計算每次迭代時的誤差值；

確定單元，用于在所述誤差值最小且保持不變時，確定用于最后識別的特征輸出信號的樣本集合。

本發明克服了原有基于小波變換、HHT變換等方法提取特征后需要再進行人工選擇適合分類特征的局限性，本發明能夠自動快速準確地獲得信號原始波形的抽象特征，在一定程度上保留了原始信號的固有特征，且所得特征能最大可能的重構回原始信號波形。本發明可以通過建立一個電信號擾動特征數據庫，對現場實際特殊運行工況下的電信號擾動進行分類識別，分類效果好，具有實際的工程實用價值。

本領域內的技術人員應明白，本發明的實施例可提供為方法、系統、或計算機程序產品。因此，本發明可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結合軟件和硬件方面的實施例的形式。而且，本發明可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(包括但不限于磁盤存儲器、CD-ROM、光學存儲器等)上實施的計算機程序產品的形式。

本發明是參照根據本申請實施例的方法、設備(系統)、和計算機程序產品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由計算機程序指令實現流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合。可提供這些計算機程序指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數據處理設備的處理器以產生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數據處理設備的處理器執行的指令產生用于實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

這些計算機程序指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數據處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。

這些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數據處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執行一系列操作步驟以產生計算機實現的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執行的指令提供用于實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。

盡管已描述了本發明的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優選實施例以及落入本發明范圍的所有變更和修改。