[发明专利]一种电能质量信号特征提取方法

权利要求书

1.一种电能质量信号特征提取方法，其特征在于：该方法包括下列顺序的步骤：

(1)构建基波原子库；

(2)采集电网电能质量信号，将电能质量信号在基波原子库上进行稀疏分解，提取基波信号特征；

(3)根据提取到的基波信号特征构建五种电能质量信号原子库：即类基波原子库、脉冲原子库、谐波原子库、闪变原子库以及振荡原子库；

所述步骤(3)具体是指：

(3a)类基波原子库：

类基波原子g_γ2表达式如下：

式中，u(t)为阶跃函数，N为待测电能质量信号f的长度；f₁是利用基波原子库提取到的基波频率；j₂∈[0,N]，j₂的初值为0～N的任一随机数；n_s2,n_e2∈[0,N],n_s2和n_e2的初值均为0～N的任一随机数；t为时间变量，t∈[0,N/f_s]，f_s为待测电能质量信号f的采样频率；

K_γ2为归一化因子，其值为：

式中，g₂为归一化系数为1的类基波原子；

(3b)脉冲原子库

脉冲原子g_γ3表达式如下：

式中，u(t)为阶跃函数，N为待测电能质量信号f的长度；n_s3,n_e3∈[0,N],n_s3和n_e3的初值均为0～N的任一随机数；t为时间变量，t∈[0,N/f_s]，f_s为待测电能质量信号f的采样频率；

K_γ3为归一化因子，其值为：

g₃为归一化系数为1的脉冲原子；

(3c)谐波原子库

谐波原子g_γ4表达式如下：

式中，N为待测电能质量信号f的长度；i₄∈[0,N]，i₄的初值为0～N的任一随机数；j₄∈[0,N]，j₄的初值为0～N的任一随机数；t为时间变量，t∈[0,N/f_s]，f_s为待测电能质量信号f的采样频率；

K_γ4为归一化因子，其值为：

g₄为归一化系数为1的谐波原子；

(3d)闪变原子库

闪变原子g_γ5表达式如下：

式中，u(t)为阶跃函数，f_s为待测电能质量信号f的采样频率,N为待测电能质量信号f的长度；f₁和分别是利用基波原子库提取到的频率和相位,f_N5的值根据IEEE制定的电力系统电磁现象参数及分类标准规定的电压波动和闪变频率范围进行设定，参考取值范围f_N5≥25Hz；i₅∈[0,N]，i₅的初值为0～N的任一随机数；j₅∈[0,N]，j₅的初值为0～N的任一随机数；n_s5,n_e5∈[0,N],n_s5和n_e5的初值均为0～N的任一随机数；t为时间变量，t∈[0,N/f_s]；

K_γ5为归一化因子，其值为：

g₅为归一化系数为1的闪变原子；

(3e)振荡原子库

振荡原子g_γ6表达式如下：

式中，u(t)为阶跃函数，f_s为待测电能质量信号f的采样频率,N为待测电能质量信号f的长度；i₆∈[0,N]，i₆的初值为0～N的任一随机数；j₆∈[0,N]，j₆的初值为0～N的任一随机数；k∈[0,N]，k的初值为0～N的任一随机数；n_s6,n_e6∈[0,N],n_s6和n_e6的初值均为0～N的任一随机数；t为时间变量，t∈[0,N/f_s]；

K_γ6为归一化因子，其值为：

g₆为归一化系数为1的振荡原子；(4)将步骤(2)中提取基波信号特征后的电能质量信号在步骤(3)中构建的原子库上进行稀疏分解，提取电能质量信号特征；

所述步骤(4)中提取电能质量信号特征具体包括以下步骤：

(4a)利用LSA算法依次从类基波原子库、脉冲原子库、谐波原子库、闪变原子库和振荡原子库中选择类基波最佳匹配原子g_γ2(opt)、脉冲最佳匹配原子g_γ3(opt)、谐波最佳匹配原子g_γ4(opt)、闪变最佳匹配原子g_γ5(opt)和振荡最佳匹配原子g_γ6(opt)；

式中，f_s为待测电能质量信号f的采样频率,N为待测电能质量信号f的长度；和分别为利用LSA算法求出的j₂、n_s2和n_e2的当前最优解；和分别为利用LSA算法求出的n_s3和n_e3的当前最优解；和分别为利用LSA算法求出的i₄和j₄的当前最优解；和分别为利用LSA算法求出的i₅、j₅、n_s5和n_e5的当前最优解；k^*、和分别为利用LSA算法求出的i₆、j₆、k、n_s6和n_e6的当前最优解；t为时间变量，t∈[0,N/f_s]；f_N5的值根据IEEE制定的电力系统电磁现象参数及分类标准规定的电压波动和闪变频率范围进行设定，参考取值范围f_N5≥25Hz；；f₁和分别是利用基波原子库提取到的频率和相位；

最佳匹配原子满足：

式中，g_γz代表所选原子库中的原子；表示提取扰动信号后的残差信号，z＝2,3,4,5,6

(4b)依次更新残差信号：

(4c)计算扰动的幅值:

式中，A₂至A₆依次表示类基波扰动幅值、脉冲扰动幅值、谐波扰动幅值、闪变扰动幅值和振荡扰动幅值；

提取的扰动分量：

上式中，V₂至V₆依次表示类基波扰动分量、脉冲扰动分量、谐波扰动分量、闪变扰动分量和振荡扰动分量；

(4d)输出提取到的扰动特征参数

输出提取的谐波扰动频率f₄、闪变扰动频率f₅和振荡扰动频率f₆：

输出提取的类基波扰动初相位谐波扰动初相位闪变扰动初相位和振荡扰动初相位

输出提取的类基波扰动起始时刻t_s2、脉冲扰动起始时刻t_s3、闪变扰动起始时刻t_s5和振荡扰动起始时刻t_s6：

输出提取的类基波扰动终止时刻t_e2、脉冲扰动终止时刻t_e3、闪变扰动终止时刻t_e5和振荡扰动终止时刻t_e6：

输出提取的振荡扰动衰减系数ρ₆：

输出提取的扰动的波形图。