[發明專利]一種基于小波變換的單通道變頻用電信號盲源分離方法

有效

• 申請號: 201810724569.0
• 申請日: 2018-07-04
• 公開（公告）號: CN108982958B
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發明（設計）人: 魏志強;殷波;黃賢青;王瀟;李釗
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G01R19/25
• 分類號: G01R19/25;G01R23/16
• 代理公司: 37247 青島華慧澤專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 張慧芳<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明公開了一種基于小波變換的單通道變頻用電信號盲源分離方法，包括以下步驟：步驟1、數據采集；步驟2、通過小波變換構建虛擬多通道；步驟3、數據預處理；步驟4、ICA處理步驟3中的數據，得到各獨立分量及混合矩陣：步驟5、修正獨立分量的順序及幅度。本發明針對ICA得到的各獨立分量順序及幅度不確定的問題，對各獨立分量進行順序及幅度的修正，使估計信號的順序與電器開啟的順序一致，使估計信號的幅值更接近源用電信號的真實幅值。

技術領域

本發明屬于智能用電分析技術領域，特別涉及一種基于小波變換的單通道變頻用電信號盲源分離方法。

背景技術

目前我國經濟仍快速增長，對電力的需求也在增加，對電力行業保障能力提出更高要求。由于可再生等非化石能源受資源限制，以及可再生能源發電本身隨機性、間歇性、不可調峰性等特征的影響，電力行業在未來相當長的時間里仍將保持以煤為主的電源結構。然而煤炭是不可再生資源，為了不斷滿足人類對電能的消耗，使能源得到高效合理化的利用,那么家用電器的管理便變得及其重要。

現在每家每戶都安裝了一個電表，從電表中我們僅能得到用戶端總的干線電流、電壓信息。為了了解用戶的家電設備使用情況，必須把干線電流、電壓信號進行盲源分離，依次分解為每個家用電器信號。

目前，信號分離方法是采用單通道盲源信號分離方法，單通道盲源分離主要有幾種方法：基于模型法、通道擴展法、稀疏分解法以及基于濾波的分解法等。基于模型法主要是通過某些方法(如經驗模態分解、最小均方誤差估計等)得到的信號特征來建立特定模型，然后對輸入單路混合信號進行分離，此方法主要應用于語音及樂器混合信號的分離，具有一定的局限性。稀疏分解法是把混合信號進行稀疏處理，處理的結果為，使其數據的分布規律表現為在某個區間內絕大部分采樣點是0，只存在個別不為0的情況，通過以上處理，源信號就能使用這些非零采樣點來表示，最終實現分離的目的。但是，稀疏分解法在處理的過程中存在種種因素，導致單通道觀測信號在區間內得不到充分的稀疏。基于濾波的分解法通過對混合信號進行處理，將混合信號進行映射使其處于某個可分離區域，并在該分離區域中尋找其中的不同點，然后根據該域的特點構造出濾波器，從而分離出源信號。

通道擴展法就是把單通道的盲源分離問題轉化為多通道的模型，最終把欠定問題轉化為正定或者超定問題，從而實現對源信號的分離和提取。由于家用電器中存在空調、冰箱等變頻設備，采用該方法分離出來的源信號存在兩個不確定性：

(1)順序不確定性；

(2)幅度不確定性；

因為混合矩陣和源信號都是未知的,因此,源信號的幅度變化和混合矩陣對應系數的變化對觀測信號的影響是一樣的，因此估計得到的源信號的幅度不能唯一確定。

我們對用電信號進行分析時，家用電器設備的開啟有先后，而且每個家用電器工作時的電壓電流幅值是一定的，所以以上兩個不確定性對用電信號分析會有較大的影響。

針對此缺陷，本發明對該方法進行了改進，對每次分離得到的估計信號進行順序和幅度的修正。除此之外，本發明還對小波變換中尺度的選取進行了設定。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明通過對總干線電流信號進行分析，提供一種基于小波變換的單通道變頻用電信號盲源分離方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種基于小波變換的單通道變頻用電信號盲源分離方法，包括以下步驟：

步驟1、數據采集：利用電流傳感器采集用電負載的總電流,并將電流信號送至A/D轉換模塊，得到單路混合變頻用電信號；

步驟2、構建虛擬多通道：用Morlet小波基對單通道的變頻用電信號進行多尺度的連續小波變換，構建虛擬多通道；

步驟3、數據預處理：對步驟2中的數據進行預處理，包括去均值和白化；