一种用于开关事件检测的功率信号滤波方法技术

本发明专利技术提供了一种用于开关事件检测的功率信号滤波方法，用于解决现有技术中对具有明显的非平稳性和非高斯特性的背景噪声无法有效地进行功信号滤波、难以精确的进行开关事件检测的问题。所述方法包括：对求取滤波后的功率信号，进行所有尺度的求和，得到滤波后的功率矩阵。本发明专利技术通过对功率信号滤波后进行多尺度求和，有效的滤除非平稳性和非高斯特性的噪声，有效的进行功率信号滤波，进行精确的开关事件检测，滤波方法简单，计算速度较快，从而完成家庭用电负荷的精确分解。

A Power Signal Filtering Method for Switching Event Detection

The invention provides a power signal filtering method for switching event detection, which is used to solve the problem that the background noise with obvious non-stationary and non-Gaussian characteristics can not effectively filter the power signal and can not accurately detect the switching event in the prior art. The method includes: summing all scales of the filtered power signal to obtain the filtered power matrix. The method can effectively filter the noise without stationarity and non-Gaussian characteristics, effectively filter the power signal, and accurately detect the switching events. The filtering method is simple and the calculation speed is fast, so as to complete the accurate decomposition of household electrical load.

【技术实现步骤摘要】
一种用于开关事件检测的功率信号滤波方法
本专利技术属于电力领域，具体涉及一种用于开关事件检测的功率信号滤波方法。
技术介绍
随着智能电网的发展，家庭用电负荷的分析变得越来越重要。通过用电负荷的分析，家庭用户可以及时获得每个电器的用电信息，以及电费的精细化清单；电力部门可以获得更详尽的用户用电信息，并可以提高用电负荷预测的准确度，为电力部门提供统筹规划的依据。当前用电负荷分解主要分为侵入式负荷分解和非侵入式负荷分解两种方法。非侵入式负荷分解方法不需要在负荷的内部用电设备上安装监测设备，只需要根据用电负荷总信息即可获得每个用电设备的负荷信息，投入少、方便使用，适用于家庭负荷用电的分解。非侵入式负荷分解算法中，电气设备的开关事件检测是其中最重要的环节。任何一个用电设备的运行状态发生变化，其所消耗的功率值也必然发生改变，并且该改变也将会在所有电器所消耗的总功率中体现出来，常用的开关事件检测以有功功率P的变化值ΔP作为事件检测的判断依据。图1所示为现有技术中家庭用电负荷的能量分解模拟示意图。这种方法需要设置功率变化值的合理阈值，同时存在以下问题：某些电器启动时刻的瞬时功率值会出现较大的尖峰，即脉冲噪声(例如，马达启动电流远大于额定电流)，会造成电器稳态功率变化值不准确，从而影响对开关事件的判断；不同家用电器的暂态过程或长或短(脉冲噪声的持续时间和发生频率相差较大)，因此功率变化值的确定变得较为困难；由于电能质量的变化(如电压突降)有功功率会出现突变的情况，这样很可能会出现误判。图2是通过现有技术中的开关事件检测设备及常用的检测算法实测的功率信号(也可称为功率数据序列)，可以看到信号中噪声(包括脉冲噪声)的分布情况，在所示的功率序列中(脉冲)噪声的强度很大，虽然真正的开关事件只有一个，却检测出3个开关事件。因此，开关事件检测过程中，对功率信号进行滤波是很重要的一步。现有技术中常用的噪声消除设备是低通滤波器和中值滤波器。低通滤波器对平稳性和符合高斯定律的噪声有很好的消除效果，但是对非平稳性和非高斯特性的噪声消除效果较差。日常生活中非线性电器的应用越来越多，例如使用马达的果汁机、咖啡机和豆浆机等，背景噪声中出现了越来越多的脉冲噪声。此类噪声瞬时功率大，呈现出较为明显的非平稳性和非高斯特性，采用现有技术中常用的噪声消除设备，无法有效地进行功信号滤波，难以精确的进行开关事件检测。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种用于开关事件检测的功率信号滤波方法，针对现有技术中的非平稳性和非高斯性功率信号，也可以有效的进行信号滤波，进行精确的开关事件检测，滤波方法简单，计算速度较快，从而家庭用电负荷的精确分解。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种用于开关事件检测的功率信号滤波方法，所述方法包括：对所有尺度的求和，求滤波后的功率信号矩阵。其中，所述方法还包括如下步骤：在求滤波后的功率信号矩阵前：步骤S1，输入实测的功率信号；步骤S2，将所述实测的功率信号进行分段，并将分段后的数据重新排列为功率信号矩阵；步骤S3，求基函数的离散傅立叶变换函数；步骤S4，根据基函数的傅立叶变换函数求基函数的离散值；步骤S5，根据基函数的离散值求母函数的离散值；步骤S6，根据母函数的离散值求功率信号在母函数下的投影，得到变换后的功率信号矩阵；步骤S7，对变换后的功率信号矩阵滤波；得到滤波后的功率信号矩阵后，还包括：步骤S9，将滤波后的功率信号矩阵转换为数据序列，重新排列数据，得到滤除了噪声的功率信号。其中，所述步骤S2进一步包括：步骤S21，设定所述输入实测的功率信号长度为N，将所有的数据分为NR段；步骤S22，按照数据先后次序分段，每段含有NC个数据，其中，符号表示上取整；步骤S23，如果N＜NR×NC，则将不足的部分补零；步骤S24，将分段后的数据重新排列为矩阵的形式。其中，所述步骤S3中求基函数的傅立叶变换函数具体为：其中：Z表示所有的整数其中，所述步骤S4中求基函数的离散值为：其中，所述步骤S5中求母函数的离散值ψlmij为：l＝1,2,L,10m＝1,2,L,10i＝1,2,L,NRj＝1,2,L,NC其中，其中，所述步骤S6中求取功率信号在母函数下的投影进一步包括：步骤S61，将母函数的离散值ψlmij转换为母函数矩阵：其中，ψlmij为矩阵Γlm的第i行第j列元素；步骤S62，将功率信号矩阵与母函数矩阵做点乘运算得到变换后的功率信号矩阵：其中，l＝1,2,L,10；m＝1,2,L,10。其中，所述步骤S7中对变换后的功率信号矩阵滤波，进一步包括：步骤S71，通过下式计算阈值λlm：其中，median[ψlmij]表示变量l和m固定，在i,j取所有值的情况下ψlmij的中值；步骤S72，根据阈值λlm决定新矩阵的每个元素的值。其中，所述步骤S71中，通过计算阈值λlm；其中，median[ψlmij]表示变量l和m固定，在i,j取所有值的情况下ψlmij的中值；所述步骤S72进一步为：如果中的任何一个元素小于阈值λ，则令此元素为0；经过如此处理之后得到新的矩阵此矩阵的第i行第j列元素表示为其中，所述对所有的尺度求和，求滤波后的功率信号矩阵为步骤S8，具体的，所述滤波后的功率信号矩阵为：P1＝[Pij](6)其中，i,j代表尺度，对所有的i,j求和，为对所有尺度求和。本专利技术上述技术方案的有益效果如下：本专利技术通过对功率信号滤波后进行多尺度求和，有效的滤除非平稳性和非高斯特性的噪声，有效的进行功率信号滤波。滤除噪声之后的信号，其信噪比提高了5dB左右，为后续开关事件检测打下了良好的基础。滤波方法简单，计算速度较快。附图说明为了更加清晰的阐述本专利技术的实施例和现有的技术方案，下面将本专利技术的技术方案说明附图做简单的介绍，显而易见的，在不付出创造性劳动的前提下，本领域普通技术人员可通过本附图获得其他的附图。图1为现有技术中家庭用电负荷的能量分解模拟示意图；图2为通过现有技术中的开关事件检测设备及常用的检测算法实测的功率信号图；图3为本专利技术实施例用于开关事件检测的滤波方法流程示意图；图4为数据分段和矩阵排列示意图。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本专利技术针对现有技术中常用的噪声消除设备无法有效地滤除具有非平稳性和非高斯特性的噪声、难以精确的进行开关事件检测的问题，提出一种新型的、针对功率信号中噪声特性的滤波方法，对功率信号进行多尺度滤波，滤波算法简单，计算速度快，有效地滤除功率信号中的背景噪声，尤其是非平稳非高斯类型的噪声(含脉冲噪声)，精确地进行开关事件检测。下面通过具体的实施例，结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明。实施例本实施例提供了一种用于开关事件检测的功率信号滤波方法，图3所示为本实施例所述功率信号滤波方法。如图3所示，所述用于开关事件检测的功率信号滤波方法包括如下步骤：步骤S1，输入实测的功率信号，设定信号长度为N。具体的，输入实测的功率信号序列P(1),P(2),L,P(N),N为功率信号序列的长度。步骤S2，将所述实测的功率信号进行分段并将分段后的数据重新排列为功率信号矩阵P。具体的，包括：步骤S21，将所有的数据分为NR段。优选的，所述NR＝256或51本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于开关事件检测的功率信号滤波方法，其特征在于，所述方法包括：对所有尺度的求和，求滤波后的功率信号矩阵。

【技术特征摘要】
1.一种用于开关事件检测的功率信号滤波方法，其特征在于，所述方法包括：对所有尺度的求和，求滤波后的功率信号矩阵。2.根据权利要求1所述的功率信号滤波方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：在求滤波后的功率信号矩阵前：步骤S1，输入实测的功率信号；步骤S2，将所述实测的功率信号进行分段，并将分段后的数据重新排列为功率信号矩阵；步骤S3，求基函数的离散傅立叶变换函数；步骤S4，根据基函数的傅立叶变换函数求基函数的离散值；步骤S5，根据基函数的离散值求母函数的离散值；步骤S6，根据母函数的离散值求功率信号在母函数下的投影，得到变换后的功率信号矩阵；步骤S7，对变换后的功率信号矩阵滤波；得到滤波后的功率信号矩阵后，还包括：步骤S9，将滤波后的功率信号矩阵转换为数据序列，重新排列数据，得到滤除了噪声的功率信号。3.根据权利要求1所述的功率信号滤波方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括：步骤S21，设定所述输入实测的功率信号长度为N，将所有的数据分为NR段；步骤S22，按照数据先后次序分段，每段含有NC个数据，其中，符号表示上取整；步骤S23，如果N＜NR×NC，则将不足的部分补零；步骤S24，将分段后的数据重新排列为矩阵的形式。4.根据权利要求1所述的功率信号滤波方法，其特征在于，所述步骤S3中求基函数的傅立叶变换函数具体为：其中：Z表示所有的整数5.根据权利要求1所述的功率信号滤波方法，其特征在于，所述步骤S4中求基函数的离散值为：6.根据权利要求1所述的功率信号滤波方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟明岳，
申请(专利权)人：广东石油化工学院，
类型：发明
国别省市：广东,44