[發明專利]一種基于VMD和HMM的電能質量擾動信號分類識別方法

在審

• 申請號: 202210754420.3
• 申請日: 2022-06-29
• 公開（公告）號: CN115186704A
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 向慕超;凌在汛;孫朝霞;顧一鳴;崔一鉑;馬凌峰;劉曼佳;成誠;金太;金晨;焦海文;沈駿杰
• 申請（專利權）人: 國網湖北省電力有限公司電力科學研究院;國網湖北省電力有限公司襄陽供電公司;湖北方源東力電力科學研究有限公司
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G01R31/00
• 代理公司: 武漢楚天專利事務所 42113
• 代理人: 孔敏

本發明提供一種基于VMD和HMM的電能質量擾動信號分類識別方法，包括：通過仿真生成不同擾動類型的信號，按照一定的比例將信號分為訓練數據和測試數據，并將每種信號進行VMD分解，分解層數為4層；計算各層IMF的能量值E組成特征向量，離散化后作為觀測序列；根據不同的擾動類型單獨訓練HMM，得到HMM模型庫；將測試數據進行處理后得到的觀測序列輸入訓練好的HMM庫中，求解序列在每一個模型下所對應的對數似然概率值，輸出最大對數似然的HMM所對應的擾動類型就是當前擾動信號的類型。本發明可對電能質量擾動進行準確的檢測定位，提取擾動特征并識別擾動的具體類型。

技術領域

本發明涉及電能質量擾動檢測分析技術領域，具體是一種基于VMD和HMM的電能質量擾動信號分類識別方法。

背景技術

隨著智能電網建設進程不斷加快和分布式發電技術的日益成熟，大量復雜多樣的非線性負荷、電力電子設備和分布式電源接入電網中，導致電力系統結構愈加復雜，電網電能質量日益惡化。在此背景下，電能質量問題已經成為電力企業和廣大用戶的重點關注問，是改善和治理電能質量問題的必要前提，也是電力系統安全運行的基礎，具有非常重要的研究意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于VMD和HMM的電能質量擾動信號的識別方法，可對電能質量擾動進行準確的檢測定位，提取擾動特征并識別擾動的具體類型。

一種基于VMD和HMM的電能質量擾動信號的識別方法，包括以下步驟：

步驟一、通過仿真生成不同擾動類型的信號，按照一定的比例將信號分為訓練數據和測試數據，并將每種信號進行VMD分解，分解層數為4層；

步驟二、計算各層IMF的能量值E組成特征向量，離散化后作為觀測序列；

步驟三、根據不同的擾動類型單獨訓練HMM，得到HMM模型庫；

步驟四、將測試數據進行處理后得到的觀測序列輸入訓練好的HMM庫中，求解序列在每一個模型下所對應的對數似然概率值，輸出最大對數似然的HMM所對應的擾動類型就是當前擾動信號的類型。

進一步的，所述不同擾動類型的信號包括諧波(S1)、電壓暫降(S2)、電壓暫升(S3)、電壓中斷(S4)這四種單一擾動信號，以及暫降+諧波(S5)、暫升+諧波(S6)這兩種復合擾動信號，共計6種擾動信號的波形，通過MATLAB軟件仿真生成。

進一步的，所述步驟一中VMD分解流程具體為：

VMD分解得到的模態分量表達式為：

u_k(t)＝A_kcos(φ_k(t)) (1)

式中，A_k表示為IMF的瞬時幅值，也被稱為包絡函數；φ_k(t)表示為模態分量的相位；u_k(t)為調制解調信號；

利用Hilbert變換求解出各個IMF所相應的解析信號，并計算其單側頻譜如下：

式中，δ(t)代表沖擊函數，通過指數函數與單邊譜相乘的方式以調整各個IMF的中心頻率，并將其頻譜調制至所對應的基頻帶上：

基于高斯平滑估計法對解調信號各分量的帶寬進行估算，也就是平方范數，得到VMD的約束變分模型為：