一种用于能量分解的功率信号噪声滤除方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于能量分解的功率信号噪声滤除方法及系统，利用功率信号幅值的阶跃特性和稀疏性，利用相似的信号估计邻近信号，达到滤除噪声的目的。本发明专利技术所提出的噪声滤除方法具有较好的鲁棒性和噪声滤除效果，还可以较好地保持功率信号的阶跃特性，从而可以进一步用于能量分解，并且滤波过程计算简单。

A Noise Filtering Method and System for Power Signal Used in Energy Decomposition

【技术实现步骤摘要】
一种用于能量分解的功率信号噪声滤除方法及系统
本专利技术涉及功率信号滤波
，特别是涉及一种用于能量分解的功率信号噪声滤除方法及系统。
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。同时，利用每个电器的用电信息，可获知用户的用电行为，这对于家庭能耗评估和节能策略的研究具有指导意义。电网的能量分解是指将电表处读取的功率值分解为单个负载所消耗的功率值。负载开关事件是指打开负载(电气设备)电源开关或关闭电源开关的动作。负载开关事件检测是能量分解中最为重要的一步，既要检测到事件发生，同时还能确定事件发生的时刻。但是开关事件检测的精度受功率信号(功率序列)中噪声的影响较大，尤其是功率信号中普遍存在着脉冲噪声，进一步影响了事件检测精度。因此，对功率信号滤波是开关事件检测中非常重要的一步，常用的功率信号噪声消除方法是低通滤波器和中值滤波器。然而，尽管低通滤波器可以有效地滤除背景噪声，并能在一定程度上保持信号的突变性；但是，鉴于信号突变点(功率发生跳变的地方)对于确定开关事件的重要性，希望滤波器不要改变功率信号的突变性，但是低通滤波器往往做不到这一点，低通滤波器会使得突变点不再陡峭，变得光滑，使得突变时间(对应于开关事件的发生时间)难以确定。中值滤波器在保持信号突变性以及滤除脉冲噪声方面表现突出，但是对于连续发生的强脉冲噪声，其滤波效果欠佳。因此目前常用的低通滤波器和中值滤波器在有些情况下(例如脉冲噪声发生频率较高，幅度较大等情况下)难以达到理想的滤波效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于能量分解的功率信号噪声滤除方法及系统，以解决现有功率信号滤波器对背景噪声滤波效果差的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种用于能量分解的功率信号噪声滤除方法，所述方法包括：获取实测的功率信号序列；对所述功率信号序列进行数据变换处理，生成功率信号矩阵；对所述功率信号矩阵中每一行的行向量进行滤波处理，生成多个滤除噪声后的功率信号向量；根据多个所述除噪声后的功率信号向量生成滤除噪声后的功率信号序列。可选的，所述对所述功率信号序列进行数据变换处理，生成功率信号矩阵，具体包括：将所述功率信号序列中的相邻两个数据中的后一个数据减去前一个数据，得到做差后的数据序列；对所述做差后的数据序列进行分段，并将分段后的数据重新排列为功率信号矩阵P。可选的，所述对所述功率信号矩阵中每一行的行向量进行滤波处理，生成多个滤除噪声后的功率信号向量，具体包括：对于所述功率信号矩阵P的第i行行向量，构建所述第i行行向量的相似矢量集合；计算所述相似矢量集合的均值矢量和协方差矩阵；根据所述均值矢量和所述协方差矩阵计算滤除噪声后的功率信号向量。可选的，所述根据所述均值矢量和所述协方差矩阵计算滤除噪声后的功率信号向量，具体包括：根据所述均值矢量和所述协方差矩阵，采用公式计算滤除噪声后的第i行功率信号向量其中M为所述相似矢量集合中行向量的数量；为所述相似矢量集合中的第jm个行向量；Ci为所述相似矢量集合的协方差矩阵；σi为所述相似矢量集合中所有元素的均方差；I为单位矩阵；为所述相似矢量集合的均值矢量。一种用于能量分解的功率信号噪声滤除系统，所述系统包括：实测数据获取模块，用于获取实测的功率信号序列；数据变换处理模块，用于对所述功率信号序列进行数据变换处理，生成功率信号矩阵；噪声滤除模块，用于对所述功率信号矩阵中每一行的行向量进行滤波处理，生成多个滤除噪声后的功率信号向量；除噪后功率信号序列生成模块，用于根据多个所述除噪声后的功率信号向量生成滤除噪声后的功率信号序列。可选的，所述数据变换处理模块具体包括：做差单元，用于将所述功率信号序列中的相邻两个数据中的后一个数据减去前一个数据，得到做差后的数据序列；分段重排单元，用于对所述做差后的数据序列进行分段，并将分段后的数据重新排列为功率信号矩阵P。可选的，所述噪声滤除模块具体包括：相似矢量集合构建单元，用于对于所述功率信号矩阵P的第i行行向量，构建所述第i行行向量的相似矢量集合；参数计算单元，用于计算所述相似矢量集合的均值矢量和协方差矩阵；功率信号向量滤波单元，用于根据所述均值矢量和所述协方差矩阵计算滤除噪声后的功率信号向量。可选的，所述功率信号向量滤波单元具体包括：功率信号向量滤波子单元，用于根据所述均值矢量和所述协方差矩阵，采用公式计算滤除噪声后的第i行功率信号向量其中M为所述相似矢量集合中行向量的数量；为所述相似矢量集合中的第jm个行向量；Ci为所述相似矢量集合的协方差矩阵；σi为所述相似矢量集合中所有元素的均方差；I为单位矩阵；为所述相似矢量集合的均值矢量。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供一种用于能量分解的功率信号噪声滤除方法及系统，利用功率信号幅值的阶跃特性和稀疏性，利用相似的信号估计邻近信号，达到滤除噪声的目的。本专利技术所提出的噪声滤除方法具有较好的鲁棒性和噪声滤除效果，还可以较好地保持功率信号的阶跃特性，从而可以进一步用于能量分解，并且滤波过程计算简单。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术提供的用于能量分解的功率信号噪声滤除方法的流程图；图2为本专利技术提供的用于能量分解的功率信号噪声滤除方法的实施过程示意图；图3为本专利技术提供的功率信号矩阵的数据分段和矩阵排列方式示意图；图4为本专利技术提供的用于能量分解的功率信号噪声滤除系统的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种用于能量分解的功率信号噪声滤除方法及系统，以解决现有功率信号滤波器对背景噪声滤波效果差的问题。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术提供的用于能量分解的功率信号噪声滤除方法的流程图，图2为本专利技术提供的用于能量分解的功率信号噪声滤除方法的实施过程示意图。参见图1和图2，本专利技术提供的用于能量分解的功率信号噪声滤除方法具体包括：步骤101：获取实测的功率信号序列。获取实测的功率信号序列{p(1),p(2),...p(k),...p(N),p(N+1)}，其中p(k)，1≤k≤N+1为所述功率信号序列中的第k个功率信号数据，N+1为功率信号序列的长度。步骤102：对所述功率信号序列进行数据变换处理，生成功率信号矩阵。将所述功率信号序列中的相邻两个数据中的后一个数据p(k+1)减去前一个数据p(k)，得到一个新的数据矢量：ΔP＝[p(2)-p(1),p(3)-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于能量分解的功率信号噪声滤除方法，其特征在于，所述方法包括：获取实测的功率信号序列；对所述功率信号序列进行数据变换处理，生成功率信号矩阵；对所述功率信号矩阵中每一行的行向量进行滤波处理，生成多个滤除噪声后的功率信号向量；根据多个所述除噪声后的功率信号向量生成滤除噪声后的功率信号序列。

【技术特征摘要】
1.一种用于能量分解的功率信号噪声滤除方法，其特征在于，所述方法包括：获取实测的功率信号序列；对所述功率信号序列进行数据变换处理，生成功率信号矩阵；对所述功率信号矩阵中每一行的行向量进行滤波处理，生成多个滤除噪声后的功率信号向量；根据多个所述除噪声后的功率信号向量生成滤除噪声后的功率信号序列。2.根据权利要求1所述的用于能量分解的功率信号噪声滤除方法，其特征在于，所述对所述功率信号序列进行数据变换处理，生成功率信号矩阵，具体包括：将所述功率信号序列中的相邻两个数据中的后一个数据减去前一个数据，得到做差后的数据序列；对所述做差后的数据序列进行分段，并将分段后的数据重新排列为功率信号矩阵P。3.根据权利要求1所述的用于能量分解的功率信号噪声滤除方法，其特征在于，所述对所述功率信号矩阵中每一行的行向量进行滤波处理，生成多个滤除噪声后的功率信号向量，具体包括：对于所述功率信号矩阵P的第i行行向量，构建所述第i行行向量的相似矢量集合；计算所述相似矢量集合的均值矢量和协方差矩阵；根据所述均值矢量和所述协方差矩阵计算滤除噪声后的功率信号向量。4.根据权利要求3所述的用于能量分解的功率信号噪声滤除方法，其特征在于，所述根据所述均值矢量和所述协方差矩阵计算滤除噪声后的功率信号向量，具体包括：根据所述均值矢量和所述协方差矩阵，采用公式计算滤除噪声后的第i行功率信号向量其中M为所述相似矢量集合中行向量的数量；为所述相似矢量集合中的第jm个行向量；Ci为所述相似矢量集合的协方差矩阵；σi为所述相似矢量集合中所有元素的均方差；I为单位矩阵；为所述相似矢量集合的均值矢量。5.一种用于能量分解的功率信号噪声滤...

【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