申请/专利权人：福建网能科技开发有限责任公司;国网信息通信产业集团有限公司

申请日：2023-08-21

公开（公告）日：2024-06-21

公开（公告）号：CN117388594B

主分类号：G01R31/00

分类号：G01R31/00;H04L67/12;G16Y40/10;G16Y10/35;G16Y40/20;G16Y40/35;G01R22/06;G06F18/2131;G06F18/2134;G06F18/2135;G06Q10/20;G06Q50/06

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.21#授权;2024.01.30#实质审查的生效;2024.01.12#公开

摘要：本发明公开了一种基于EMD信号处理技术的智能电表功率信号分解方法，包括以下步骤：①采集信号：使用智能电表收集电力信号，收集的电力信号包括电压和电流的时间序列数据；②预处理信号：在收集信号后，对数据进行必要的预处理，包括滤波噪声、去除异常值以及归一化；③经验模态分解：使用EMD技术将预处理后的信号分解为多个固有模式函数；④使用希尔伯特‑黄变换（HHT）进行特征提取：对EMD的结果进行HHT变换，以便在频率尺度上分析信号，提取时频特性信息；基于EMD信号处理技术的智能电表功率信号分解方法具有高效、准确和实时的特征提取与诊断能力，有助于提高设备可靠性、优化能源管理，并最终实现能源系统的高效运行。

主权项：1.一种基于EMD信号处理技术的智能电表功率信号分解方法，其特征在于，包括以下步骤：①采集信号：使用智能电表收集电力信号，收集的电力信号包括电压和电流的时间序列数据；②预处理信号：在收集信号后，对数据进行必要的预处理，包括滤波噪声、去除异常值以及归一化；③经验模态分解：使用EMD技术将预处理后的信号分解为多个固有模式函数；④使用希尔伯特-黄变换HHT进行特征提取：对EMD的结果进行HHT变换，以便在频率尺度上分析信号，提取时频特性信息；⑤独立成分分析ICA：将HHT变换的结果进行ICA分析，然后将信号分解为多个统计独立的子信号；每一个子信号都反映出一种特定的负荷特征；⑥特征分析：对ICA得到的子信号进行分析，包括功率分析、相位分析和频率分析；这一步骤得到电器设备的功率贡献、运行状态和工作状态；⑦电器设备的实时监测和诊断：根据分析结果，对电器设备进行实时监测和诊断，帮助提前发现问题，防止设备故障，并优化能源使用；⑧反馈：将分析结果反馈给智能电网系统或家庭能源管理系统，以改进能源管理策略和设备维护计划；上述步骤在实际环境中反复进行，不断调整并优化参数，以达到最佳的信号分解和设备诊断效果；步骤⑥的特征分析包括以下步骤：功率分析：对每个独立子信号进行功率分析，即通过计算每个子信号的能量或平方幅值的均值来确定其功率；以此了解每个电器设备的功率贡献；功率P通过计算信号的能量或平方幅值的均值来得到，公式为：P=1T∫|xt|²dt；其中，xt是信号，T是信号的总时间；相位分析：对每个独立子信号进行相位分析，即确定每个子信号的相位角；以此了解每个电器设备的运行状态；对于一个复信号xt=Atexpjφt，其中At是振幅，φt是相位，通过解析信号得到相位信息；频率分析：对每个独立子信号进行频率分析，即确定每个子信号的主频率和谐波频率；以此了解每个电器设备的工作状态；频率分析通过傅里叶变换实现，对信号xt的傅里叶变换公式为：Xf=∫xte^-j2πftdt；其中，f是频率，信号的主频率为傅里叶谱|Xf|最大的频率；时间-频率分析：对每个独立子信号进行时间-频率分析，即观察子信号在时间和频率上的变化，以此了解电器设备的运行周期和可能存在的问题；时间-频率分析使用短时傅里叶变换STFT或小波变换；通过将这些特征分析结合起来，对电器设备进行实时监控和诊断，以提高电网的运行效率和可靠性；步骤⑦的电器设备的实时监测和诊断包括：实时监测：依据步骤⑥中所提取的功率、相位和或频率特征，对每一类电器设备的运行状况进行实时监测；通过监测功率变化以了解电器设备的负荷变化情况；通过监测相位变化以观察电器设备的开关状态；通过监测频率变化以判断电器设备的工作状态是否正常；故障诊断：在实时监测中若发现某些电器设备的特征数据异常，包括功率突然增大或减小，频率超过正常范围，或相位突然改变，以此猜测电器设备可能出现的故障；并通过对比不同时间的特征数据，或者参考历史数据，来确定故障的性质和可能的原因；异常检测方法采用Z-score方法，用来识别突然的功率、频率或相位的改变；Z-score的计算公式为：Z=X-μσ；其中，X是观察值，μ是平均值，σ是标准偏差；如果Z的绝对值大于某个阈值，则认为该观察值是异常的；故障预警：对电器设备的特征数据进行长期追踪和分析，以找出电器设备可能出现故障的预警信号；故障处理：一旦确定了电器设备的故障，立即进行相应的故障处理，包括通知维修人员进行维修，或者提醒用户替换或关闭故障设备，以避免故障扩大，保证电力系统的正常运行；通过以上的实时监测和诊断，可提前发现电器设备的故障，提高电力系统的运行效率和可靠性，实现智能电网的优化运行。

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