一种基于电流暂态差分法的暂态波形提取方法与流程

1.本发明涉及波形提取技术领域，具体涉及一种基于电流暂态差分法的暂态波形提取方法。


背景技术：

2.能源是当今社会运作和发展不可或缺的资源，而随着全球经济的快速发展，社会各个行业和家庭用户对电能数量和质量的需求日渐增长。为了节约能源，合理安排用电计划，缓解社会能源压力、实现能源的可持续发展，提出了非侵入式用电负荷特征分析。
3.非侵入式负荷特征分析技术只需在电力线入口处安装带有数字通信的监测装置，采集线路总端的电气参数即可对用户的用电情况进行分析。家庭中的负荷投切引起的暂态过程会在总电气信号中体现。因此对系统中负荷投切行为引起的电气量变化进行检测和分离提取对后续的负荷特征提取和分析是十分有意义的。负荷投切行为暂态过程是指系统从一个稳态过渡到另一个稳态的过程，在电压基本恒定的情况下，电流信号的变化可以较好的反映系统的暂态过程。为了分析系统暂态过程，对电流暂态波形进行检测和提取是十分有必要的。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术存在的问题提供一种能够排除低频振荡的影响，降低背景波形噪声带来干扰的基于电流暂态差分法的暂态波形提取方法。
5.本发明采用的技术方案是：一种基于电流暂态差分法的暂态波形提取方法，包括以下步骤：
6.步骤1：对待提取波形的电流信号进行周期性实时强度估计；
7.步骤2：判断步骤1中每个周期内的电流强度是否发生突变；若发生突变则暂态过程开始转入步骤3，否则记录波形转入步骤1；
8.步骤3：判断暂态过程是否结束，若是则转入步骤4；若否记录波形转入步骤2；
9.步骤4：计算暂态过程开始前的电流强度和暂态过程后的相同持续时间内的电流强度；
10.步骤5：若暂态过程开始前电流强度大于暂态过程后电流强度对暂态波形与暂态后的稳态波形作矢量差；若暂态过程开始前电流强度不大于暂态过程后电流强度则对记录到的暂态波形与暂态前的稳态波形作矢量差；
11.步骤6：输出分离的暂态波形。
12.进一步的，所述步骤1中的实时强度包括一个周期内的电流强度i
int
和电流强度变化δi
int
；
13.定电流强度i
int
如下：
[0014][0015]
其中：k为一个周期内的采样点个数，i(k)为电流在k点的采样值；
[0016]
δi
int
＝i
int
(t 1)-i
int
(t)
[0017]
其中，t为电流开始遍历的第t个周期。
[0018]
进一步的，所述步骤2中电流强度突变根据方法以下进行判断：
[0019]
判断电流强度变化是否超过设定阈值；
[0020]
δi
int
＞α
[0021]
其中，α为设定阈值。
[0022]
进一步的，所述步骤3中判断暂态过程是否结束的方法如下：
[0023]
判断电流强度是否小于设定阈值并且持续的周期是否大于设定阈值；若均满足上述条件则暂态过程结束，否则未结束；
[0024]
δi
int
＜γ
[0025]
ta＞β
[0026]
其中，γ为设定阈值，ta为δi
int
＜γ持续的周期个数，β为设定阈值。
[0027]
本发明的有益效果是：
[0028]
(1)本发明首先对暂态过程进行检测，然后利用暂稳态的差分将暂态波形从复杂的背景波形中提取出来，使其具有稳定统计学规律的暂态波形；
[0029]
(2)本发明提取方法中电流阈值的合理设置初步排除了暂态电流波形中显著的低频振荡现象，而暂态过程分离后即得到纯粹的暂态波形，大大降低了背景波形噪声带来的干扰。
附图说明
[0030]
图1为本发明方法流程示意图。
[0031]
图2为实施例中用到的某家庭总用电电流信号。
[0032]
图3为实施例中暂态波形提取结果。
具体实施方式
[0033]
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
[0034]
本发明方法如图1所示，一种基于电流暂态差分法的暂态波形提取方法，包括以下步骤：
[0035]
步骤1：对待提取波形的电流信号进行周期性实时强度估计；
[0036]
实时强度包括一个周期内的电流强度i
int
和电流强度变化δi
int
(为相邻两周期电流强度变化量)；
[0037]
定电流强度i
int
如下：
[0038]
[0039]
其中：k为一个周期内的采样点个数，i(k)为电流在k点的采样值；
[0040]
δi
int
＝i
int
(t 1)-i
int
(t)
[0041]
其中，t为电流开始遍历的第t个周期。
[0042]
步骤2：判断步骤1中每个周期内的电流强度是否发生突变；若发生突变则暂态过程开始转入步骤3，否则记录波形转入步骤1；
[0043]
电流强度突变根据方法以下进行判断：
[0044]
判断电流强度变化是否超过设定阈值；
[0045]
δi
int
＞α
[0046]
其中，α为设定阈值。
[0047]
持续监测每个周期的负荷电流强度，当一个周期的电流强度发生突变，即可确定出现了暂态过程。α为根据电流强度变化判断暂态过程的开启阈值。该数值的设定对暂态过程判定算法的敏感度有很大影响。α的数值设置的过小容易将低频振荡现象误判成暂态过程，因而设置的较大一些。本实施例中可以设定稳态周期电流强度的1/10作为开启阈值。一旦检测到暂态过程开始转入步骤3。
[0048]
步骤3：步骤3：判断暂态过程是否结束，若是则转入步骤4；若否记录波形转入步骤2；
[0049]
判断暂态过程是否结束的方法如下：
[0050]
判断电流强度是否小于设定阈值并且持续的周期是否大于设定阈值；若均满足上述条件则暂态过程结束，否则未结束；
[0051]
δi
int
＜γ
[0052]
ta＞β
[0053]
其中，γ为设定阈值，ta为δi
int
＜γ持续的周期个数，β为设定阈值，为持续周期的阈值。
[0054]
γ为根据电流强度变化判断暂态过程的结束阈值，当相邻两个周期电流强度变化量小于结束阈值的持续周期个数达到一定数量β时则可判定为暂态过程结束。由于暂态过程的结束并不比开始那么剧烈，故将结束阈值设定γ的较小一些，取稳态周期电流强度的1/15。若满足以上条件则判定暂态过程结束，同时停止记录暂态波形。
[0055]
步骤4：计算暂态过程开始前的电流强度和暂态过程后的相同持续时间内的电流强度；电流强度的计算方法如步骤1。
[0056]
步骤5：若暂态过程开始前电流强度大于暂态过程后电流强度对暂态波形与暂态后的稳态波形作矢量差；若暂态过程开始前电流强度不大于暂态过程后电流强度则对记录到的暂态波形与暂态前的稳态波形作矢量差；
[0057]
步骤6：输出分离的暂态波形。
[0058]
图2为本实施例选取的家庭实测的总用电电流信号，对上述信号进行暂态波形的检测与提取，方法如上。经本发明方法提取后结果如图3所示。从上述附图可以看出本发明所提出的基于电流暂态差分的波形提取方法不仅能准确识别暂态过程的开启和结束时间，还能够将整个暂态波形完整地提取出来，验证了本发明的可行性和有效性。
[0059]
本发明首先利用合理阈值进行暂态过程的检测，随后将暂态波形从复杂的背景波形中提取出来，使其成为具有稳定统计学规律的暂态波形。较好的排除了低频振荡现象的
影响，也大大降低了背景波形噪声带来的干扰。