[發明專利]一種功率信號脈沖噪聲濾除的方法及濾波器

在審

• 申請號: 201910116674.0
• 申請日: 2019-02-15
• 公開（公告）號: CN111585542A
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 翟明岳
• 申請（專利權）人: 廣東石油化工學院
• 主分類號: H03H17/02
• 分類號: H03H17/02;G06F17/16
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 杜陽陽

本發明公開了一種功率信號脈沖噪聲濾除的方法及濾波器，涉及脈沖噪聲濾除技術領域，包括確定功率矩陣和控制參數；對功率矩陣進行奇異值分解得到第一矩陣、第二矩陣及對角矩陣；根據對角矩陣計算每個控制參數的濾波矩陣；根據第一矩陣、第二矩陣以及濾波矩陣計算每個控制參數對應的新功率矩陣；計算功率矩陣與每個新功率矩陣的估計誤差；從所有估計誤差中篩選出最小的估計誤差，并將最小的估計誤差對應的新功率矩陣確定為最優功率矩陣；將最優功率矩陣中數據進行整理，截取前N個數據組成濾除脈沖噪聲的功率信號序列。本發明對于頻繁發生的、幅度較大的脈沖噪聲具有較好的濾除作用，同時也可以較好地保持功率信號的突變特性。

技術領域

本發明涉及脈沖噪聲濾除技術領域，特別是涉及一種功率信號脈沖噪聲濾除的方法及濾波器。

背景技術

隨著智能電網的發展，家庭用電負荷的分析變得越來越重要。通過用電負荷的分析，家庭用戶可以及時獲得每個電器的用電信息，以及電費的精細化清單；電力部門可以獲得更詳盡的用戶用電信息，并可以提高用電負荷預測的準確度，為電力部門提供統籌規劃的依據。同時，利用每個電器的用電信息，可獲知用戶的用電行為，這對于家庭能耗評估和節能策略的研究具有指導意義。

當前用電負荷分解主要分為侵入式負荷分解和非侵入式負荷分解兩種方法。非侵入式負荷分解方法不需要在負荷的內部用電設備上安裝監測設備，只需要根據用電負荷總信息即可獲得每個用電設備的負荷信息。非侵入式負荷分解方法具有投入少、方便使用等特點，因此，該方法適用于家庭負荷用電的分解。

非侵入式負荷分解算法中，電氣設備的開關事件檢測是其中最重要的環節。最初的開關事件檢測以有功功率P的變化值ΔP作為開關事件檢測的判斷依據，方便且直觀。這是因為任何一個用電設備的運行狀態發生變化，其所消耗的功率值也必然發生改變，并且該改變也將會在所有電器所消耗的總功率中體現出來。這種方法除了需要設置功率變化值的合理閾值，還需要解決事件檢測方法在實際應用中存在的問題，例如某些電器啟動時刻的瞬時功率值會出現較大的尖峰(馬達啟動電流遠大于額定電流)，會造成電器穩態功率變化值不準確，從而影響對開關事件檢測的判斷，這種尖峰其實就是脈沖噪聲；而且不同家用電器的暫態過程或長或短(脈沖噪聲的持續時間和發生頻率相差較大)，因此功率變化值的確定變得較為困難；由于電能質量的變化(如電壓突降)有功功率會出現突變的情況，這樣很可能會出現誤判。

因此，開關事件檢測過程中，對功率信號進行濾波是很重要的一步，常用的消除背景噪聲的方法是低通濾波器和中值濾波器。

盡管低通濾波器可以有效地濾除背景噪聲，并能在一定程度上保持信號的突變性。但是，鑒于信號突變點(功率發生跳變的地方)對于確定開關事件的重要性，希望濾波器不要改變功率信號的突變性，但是低通濾波器往往做不到這一點，低通濾波器會使得突變點不再陡峭，變得光滑，使得突變時間(對應于開關事件的發生時間)難以確定。

中值濾波器在保持信號突變性以及濾除脈沖噪聲方面表現突出，但是對于連續發生的強脈沖噪聲，其濾波效果欠佳。

發明內容

針對現有技術中存在的缺陷，本發明提供了一種功率信號脈沖噪聲濾除的方法及濾波器，對于頻繁發生的、幅度較大的脈沖噪聲具有較好的濾除作用，同時也可以較好地保持功率信號的突變特性。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種功率信號脈沖噪聲濾除的方法，所述方法包括：

獲取實測的功率信號序列；所述功率信號序列的長度為N；

將所述功率信號序列進行分段處理，并將分段后的數據重新排列組成功率矩陣；所述功率矩陣為N_R行N_C列矩陣；

確定控制參數集合；所述控制參數集合包含K個控制參數；

對所述功率矩陣進行奇異值分解，得到第一矩陣、第二矩陣以及對角矩陣；