一种过电压智能识别方法及系统

1.本发明属于电力系统分析技术领域，尤其涉及一种过电压智能识别方法及系统。


背景技术：

2.在现代生产生活中，人类社会对电能质量及可靠性的要求日益提高。电力系统过电压的产生会对输电线路和电气设备造成的危害越来越严重，其中单相接地过电压是电力系统中最常见的过电压类型，基频铁磁谐振过电压、弧光接地过电压与单相接地过电压同样表现为零序电压升高，容易被误判成单相接地。正确有效识别此三类过电压对完善电力系统故障处理和灾害防治具有重要的工程意义。现有技术中，更多采用的是阈值判断和单一分类器识别，其识别的鲁棒性不强。


技术实现要素：

3.本发明提供一种过电压智能识别方法及系统，用于解决过电压初步识别正确率不高的技术问题。
4.第一方面，本发明提供一种过电压智能识别方法，包括：获取至少一个过电压零序电压信号，并计算所述至少一个过电压零序电压信号的时频特征量；对所述至少一个过电压零序电压信号进行ceemd分解，得到分解后的各个电压信号分量；基于预设的pearson相关系数对各个电压信号分量的频带能量进行加权，并根据加权后各个电压信号分量的频带能量计算各个电压信号分量的频域特征量，其中，计算所述频域特征量的表达式为：，式中，为第个电压信号分量的能量熵，即第个电压信号分量的频域特征量，为第个电压信号分量的归一化后pearson相关系数加权频带能量，为电压信号分量总数；其中，，式中，为第个电压信号分量的pearson相关系数加权频带能量，为第个电压信号分量的pearson相关系数，为第个电压信号分量的数据点，为过电压零序电压信号的数据点总数；将所述时频特征量以及所述频域特征量分别输入至改进的bp神经网络中，得到所述至少一个过电压零序电压信号的时域基本概率以及所述至少一个过电压零序电压信号的频域基本概率；基于ds证据融合对所述时域基本概率以及所述频域基本概率进行融合，得到所述至少一个过电压零序电压信号所属类别的目标概率值。
5.第二方面，本发明提供一种过电压智能识别系统，包括：获取模块，配置为获取至
少一个过电压零序电压信号，并计算所述至少一个过电压零序电压信号的时频特征量；分解模块，配置为对所述至少一个过电压零序电压信号进行ceemd分解，得到分解后的各个电压信号分量；计算模块，配置为基于预设的pearson相关系数对各个电压信号分量的频带能量进行加权，并根据加权后各个电压信号分量的频带能量计算各个电压信号分量的频域特征量，其中，计算所述频域特征量的表达式为：，式中，为第个电压信号分量的能量熵，即第个电压信号分量的频域特征量，为第个电压信号分量的归一化后pearson相关系数加权频带能量，为电压信号分量总数；其中，，式中，为第个电压信号分量的pearson相关系数加权频带能量，为第个电压信号分量的pearson相关系数，为第个电压信号分量的数据点，为过电压零序电压信号的数据点总数；输出模块，配置为将所述时频特征量以及所述频域特征量分别输入至改进的bp神经网络中，得到所述至少一个过电压零序电压信号的时域基本概率以及所述至少一个过电压零序电压信号的频域基本概率；融合模块，配置为基于ds证据融合对所述时域基本概率以及所述频域基本概率进行融合，得到所述至少一个过电压零序电压信号所属类别的目标概率值。
6.第三方面，提供一种电子设备，其包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例的过电压智能识别方法的步骤。
7.第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序指令被处理器执行时，使所述处理器执行本发明任一实施例的过电压智能识别方法的步骤。
8.本技术的过电压智能识别方法及系统，通过将时域中三个无量纲作为时域特征量和以ceemd分解后的频带归一化能量值计算的能量熵作为特征量输入到对应改进pso优化后的bp神经网络，改进pso拥有全局和局部的优良搜索能力，解决了bp神经网络陷入局部极小值和收敛性差的问题，有效提高了过电压初步识别正确率，并且使用ds证据融合对两个bp神经网络的过电压概率输出结果进行融合，进一步提高了基频铁磁谐振、弧光接地和单相接地过电压的识别率，并且大大增强了识别的鲁棒性。
附图说明
9.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
10.图1为本发明一实施例提供的一种过电压智能识别方法的流程图；图2为本发明一实施例中基频铁磁谐振仿真三相和零序电压图；图3为本发明一实施例中单相接地仿真三相和零序电压图；图4为本发明一实施例中实际采集弧光接地三相和零序电压图；图5为本发明一实施例中加权改进能量熵折线图；图6为本发明一实施例提供的一种过电压智能识别系统的结构框图；图7是本发明一实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
11.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
12.请参阅图1，其示出了本技术的一种过电压智能识别方法的流程图。
13.如图1所示，步骤s101，获取至少一个过电压零序电压信号，并计算所述至少一个过电压零序电压信号的时频特征量。
14.在本实施例中，获取的至少一个过电压零序电压信号可以为基频铁磁谐振过电压零序电压信号、弧光接地过电压零序电压信号和/或单相接地过电压零序电压信号。根据获取的基频铁磁谐振零序过电压波形、弧光接地零序过电压波形和单相接地零序过电压波形计算每类过电压零序电压信号的时域特征量：峰度指标量、冲击指标量和峭度指标量。
15.需要说明的是，基频铁磁谐振零序过电压波形和单相接地零序过电压波形可以根据仿真得到，而弧光接地零序过电压波形可以直接采用实际测量数据。
16.具体地，获取的电压信号为发生铁磁谐振、弧光接地和单相接地后四个周期的零序过电压波形。
17.在一个具体实施方式中，计算每类过电压零序电压信号的时域特征量：峰度指标、冲击指标和峭度指标的表达式如下：计算所述峰度指标量的表达式为：，式中，为过电压零序电压信号的峰度指标量，为零序电压峰值，为第i个过电压零序电压信号的数据点，为零序电压有效值，为采样数据点数；计算所述冲击指标量的表达式为：，
式中，为过电压零序电压信号的冲击指标量，为零序电压峰值，为零序电压绝对平均值；计算所述峭度指标量的表达式为：。
18.步骤s102，对所述至少一个过电压零序电压信号进行ceemd分解，得到分解后的各个电压信号分量。
19.在本实施例中，ceemd分解设定：添加噪声与原始信号标准差为0.2，50组正负白噪声，分解结果为8个高频到低频的imf分量和残余分量r，其中残余分量不作为有效分量，采用的ceemd分解克服了emd分解的模态混叠问题。
20.步骤s103，基于预设的pearson相关系数对各个电压信号分量的频带能量进行加权，并根据加权后各个电压信号分量的频带能量计算各个电压信号分量的频域特征量。
21.在本实施例中，计算所述频域特征量的表达式为：，式中，为第个电压信号分量的能量熵，即第个电压信号分量的频域特征量，为第个电压信号分量的归一化后pearson相关系数加权频带能量，为电压信号分量总数；其中，，式中，为第个电压信号分量的pearson相关系数加权频带能量，为第个电压信号分量的pearson相关系数，为第个电压信号分量的数据点，为过电压零序电压信号的数据点总数；计算pearson相关系数的表达式为：，式中，为第个电压信号分量的pearson相关系数，为第i个过电压零序
电压信号的数据点，为过电压零序电压信号的样本平均值， 为第个电压信号分量的数据点，为电压信号分量的样本平均值，为过电压零序电压信号的数据点总数。
22.本实施例的方法，以pearson相关系数为权重的频带能量计算的能谱熵有效的防止分解后存在伪分量的干扰，反应了信号中的真实信息。
23.步骤s104，将所述时频特征量以及所述频域特征量分别输入至改进的bp神经网络中，得到所述至少一个过电压零序电压信号的时域基本概率以及所述至少一个过电压零序电压信号的频域基本概率。
24.在本实施例中，改进的bp神经网络包括优化后的时域bp神经网络，以及优化后的频域神经网络，将所述时域特征量和频域特征量分别送入改进pso优化后的时域bp神经网络和频域神经网络进行训练识别，能够得到至少一个过电压零序电压信号的时域基本概率以及至少一个过电压零序电压信号的频域基本概率。
25.需要说明的是，改进pso算法通过计算目标适度值，不断迭代更新粒子位置和速度，最终得到优化bp神经网络的初始权值和阈值，初始设置包括：学习因子1为1，学习因子2为2，最大迭代次数为100，群粒子个数为20，位置最大值和最小值分别为1和-1，速度最大值和最小值分别为1和0，惯性权重最大值和最小值为0.9和0.5。其中，计算粒子位置和粒子速度的表达式为：，式中，为第个粒子第次迭代时的速度，为第个粒子第次迭代时的速度，为粒子惯性权重，为第个粒子第次迭代时的位置，为第个粒子第次迭代时的位置，和均为加速度因子，和均为[0 1]之间的随机数，为第个粒子第次迭代时的个体极值，为第次迭代时的粒子群体极值;其中，每次迭代的粒子惯性权重计算公式为：，式中，为权值设定最大值，为权值设定最小值，为最大迭代次数。
[0026]
具体地，时域bp神经网络采用3个输入层节点数、5个隐含层节点数和3层输出层节点数，隐含层激活函数为tansig函数，输出层函数为logsig函数，学习率为0.01；频域bp神经网络采用8个输入层节点数、15个隐含层节点数和3层输出层节点数，隐含层激活函数为tansig函数，输出层函数为logsig函数，学习率为0.1。
[0027]
具体地，在获取的各200份基频铁磁谐振、弧光接地和单相接地后四个周期的零序电压信号随机抽取400份作为训练样本，剩余200份作为测试识别样本，设定弧光接地输出为[1 0 0],单相接地输出为[0 1 0]，基频铁磁谐振输出为[0 0 1]。
[0028]
步骤s105，基于ds证据融合对所述时域基本概率以及所述频域基本概率进行融合，得到所述至少一个过电压零序电压信号所属类别的目标概率值。
[0029]
在本实施例中，归一化处理优化后的时域bp神经网络以及优化后的频域神经网络的识别结果作为基本概率赋值，其表达式为：，式中，为第类时频特征量的bp神经网络输出值，为第类频域特征量的bp神经网络输出值；进一步地，基于ds证据融合对所述时域基本概率以及所述频域基本概率进行融合，得到所述至少一个过电压零序电压信号所属类别的目标概率值。其表达式为：，式中，为归一化后第类过电压的时域基本概率赋值，为归一化后第类过电压的频域基本概率赋值，为经由ds证据融合后的输出概率值，为空集，为过电压类型，为时域子集中第类过电压类型，为频域子集中第类过电压类型。
[0030]
综上，本技术的方法，通过将时域中三个无量纲作为时域特征量和以ceemd分解后的频带归一化能量值计算的能量熵作为特征量输入到对应改进pso优化后的bp神经网络，改进pso拥有全局和局部的优良搜索能力，解决了bp神经网络陷入局部极小值和收敛性差的问题，有效提高了过电压初步识别正确率，并且使用ds证据融合对两个bp神经网络的过电压概率输出结果进行融合，进一步提高了基频铁磁谐振、弧光接地和单相接地过电压的识别率，并且大大增强了识别的鲁棒性。
[0031]
在一个算例中，辨识结果如下表1所示，改进pso优化的bp识别率较无优化的bp有一定地提升，经过融合判决后，相比于单一分类器有效地提高了过电压识别率。
[0032]
。
[0033]
图2-图4给出了三类过电压时域波形，可以看出三类过电压以基频含量为主，具有一定的相似性。
[0034]
图5为三类过电压的改进能量熵对比，弧光接地过电压相比另外两类具有较大的熵值，而基频铁磁谐振过电压相较于单相接地过电压具有更为复杂的特性，因此基频铁磁谐振过电压熵值同样也大于单相接地过电压。
[0035]
请参阅图6，其示出了本技术的一种过电压智能识别系统的结构框图。
[0036]
如图6所示，过电压智能识别系统200，包括获取模块210、分解模块220、计算模块230、输出模块240以及融合模块250。
[0037]
其中，获取模块210，配置为获取至少一个过电压零序电压信号，并计算所述至少一个过电压零序电压信号的时频特征量；分解模块220，配置为对所述至少一个过电压零序电压信号进行ceemd分解，得到分解后的各个电压信号分量；计算模块230，配置为基于预设的pearson相关系数对各个电压信号分量的频带能量进行加权，并根据加权后各个电压信号分量的频带能量计算各个电压信号分量的频域特征量，其中，计算所述频域特征量的表达式为：，式中，为第个电压信号分量的能量熵，即第个电压信号分量的频域特征量，为第个电压信号分量的归一化后pearson相关系数加权频带能量，为电压信号分量总数；其中，，式中，为第个电压信号分量的pearson相关系数加权频带能量，为第个电压信号分量的pearson相关系数，为第个电压信号分量的数据点，为过电压零序电压信号的数据点总数；输出模块240，配置为将所述时频特征量以及所述频域特征量分别输入至改进的bp神经网络中，得到所述至少一个过电压零序电压信号的时域基本概率以及所述至少一个过电压零序电压信号的频域基本概率；融合模块250，配置为基于ds证据融合对所述时域基本概率以及所述频域基本概率进行融合，得到所述至少一个过电压零序电压信号所属类别的目标概率值。
[0038]
应当理解，图6中记载的诸模块与参考图1中描述的方法中的各个步骤相对应。由此，上文针对方法描述的操作和特征以及相应的技术效果同样适用于图6中的诸模块，在此不再赘述。
[0039]
在另一些实施例中，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序指令被处理器执行时，使所述处理器执行上述任意方法实施例中的过电压智能识别方法；作为一种实施方式，本发明的计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令设置为：获取至少一个过电压零序电压信号，并计算所述至少一个过电压零序电压信号的时频特征量；对所述至少一个过电压零序电压信号进行ceemd分解，得到分解后的各个电压信号分量；基于预设的pearson相关系数对各个电压信号分量的频带能量进行加权，并根据加权后各个电压信号分量的频带能量计算各个电压信号分量的频域特征量；将所述时频特征量以及所述频域特征量分别输入至改进的bp神经网络中，得到所述至少一个过电压零序电压信号的时域基本概率以及所述至少一个过电压零序电压信号的频域基本概率；基于ds证据融合对所述时域基本概率以及所述频域基本概率进行融合，得到所述至少一个过电压零序电压信号所属类别的目标概率值。
[0040]
计算机可读存储介质可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据过电压智能识别系统的使用所创建的数据等。此外，计算机可读存储介质可以包括高速随机存取存储器，还可以包括存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，计算机可读存储介质可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至过电压智能识别系统。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
[0041]
图7是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图，如图7所示，该设备包括：一个处理器310以及存储器320。电子设备还可以包括：输入装置330和输出装置340。处理器310、存储器320、输入装置330和输出装置340可以通过总线或者其他方式连接，图7中以通过总线连接为例。存储器320为上述的计算机可读存储介质。处理器310通过运行存储在存储器320中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例过电压智能识别方法。输入装置330可接收输入的数字或字符信息，以及产生与过电压智能识别系统的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置340可包括显示屏等显示设备。
[0042]
上述电子设备可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。
[0043]
作为一种实施方式，上述电子设备应用于过电压智能识别系统中，用于客户端，包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够：
获取至少一个过电压零序电压信号，并计算所述至少一个过电压零序电压信号的时频特征量；对所述至少一个过电压零序电压信号进行ceemd分解，得到分解后的各个电压信号分量；基于预设的pearson相关系数对各个电压信号分量的频带能量进行加权，并根据加权后各个电压信号分量的频带能量计算各个电压信号分量的频域特征量；将所述时频特征量以及所述频域特征量分别输入至改进的bp神经网络中，得到所述至少一个过电压零序电压信号的时域基本概率以及所述至少一个过电压零序电压信号的频域基本概率；基于ds证据融合对所述时域基本概率以及所述频域基本概率进行融合，得到所述至少一个过电压零序电压信号所属类别的目标概率值。
[0044]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。
[0045]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。