專利名稱：基于雙樹復小波變換的電能質(zhì)量監(jiān)測識別方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電能質(zhì)量監(jiān)測與識別的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及數(shù)據(jù)采集、信號處理和模式識別技術(shù)，特別涉及一種基于雙樹復小波變換的電能質(zhì)量監(jiān)測識別方法，同時還涉及一種系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，電能質(zhì)量問題已經(jīng)成為電力部門和用戶普遍關(guān)注的重要問題之一。對電能質(zhì)量進行檢測和分析是發(fā)現(xiàn)電能質(zhì)量問題并進行治理和改善的前提條件。電能質(zhì)量短時擾動分析在電能質(zhì)量分析中占重要地位，其分類識別是一個復雜的課題，因為它包含眾多復雜的擾動類型，并且各種干擾信號本身也有很大的不規(guī)則性。對擾動信號進行特征提取是電能質(zhì)量擾動識別的關(guān)鍵，其中主要的特征提取方法有傅立葉變換、小波變換、原子分解方法、S變換等。由于現(xiàn)有的方法對電能質(zhì)量無法做到實時連續(xù)監(jiān)測，且對電能質(zhì)量擾動信號的識別率不高。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的之一是提供一種基于雙樹復小波變換的電能質(zhì)量監(jiān)測識別方法，通過對3相電壓電流信號進行準確采集，然后進行分析處理，實現(xiàn)了 3相電能質(zhì)量的實時連續(xù)監(jiān)測，并且還可以有效識別出常見的各種干擾信號，為電網(wǎng)污染的治理提供技術(shù)保障；本發(fā)明的目的之二是提供一種基于雙樹復小波變換的電能質(zhì)量監(jiān)測識別系統(tǒng)。本發(fā)明的目的之一是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的基于雙樹復小波變換的電能質(zhì)量監(jiān)測識別方法，包括以下步驟I)將3相電壓、3相電流信號分別經(jīng)過相應的電壓電流互感器進行信號提取，然后經(jīng)二階巴特沃斯低通濾波，輸入到多通道同步AD轉(zhuǎn)換器，現(xiàn)場可編程邏輯控制器內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集狀態(tài)機產(chǎn)生多通道同步AD轉(zhuǎn)換器的控制時序，完成3相電壓和3相電流信號的采集與緩存，并以中斷信號的方式通知數(shù)字信號處理器；2)數(shù)字信號處理器接收中斷響應，從現(xiàn)場可編程邏輯控制器中的FIFO中讀取實時米集的3相電壓和3相電流信號；3)數(shù)字信號處理器對讀取的3相電壓和3相電流信號進行3層雙樹復小波分解，并計算其小波系數(shù)Shannon熵，作為擾動信號的特征向量；4)將擾動信號的特征向量采用基于二元樹的小波支持向量機分類器進行識別；5)將識別結(jié)果經(jīng)過無線通信模塊發(fā)送到檢測系統(tǒng)主機。6)監(jiān)測識別系統(tǒng)通過“編解碼心跳包”與監(jiān)控中心服務器保持通信聯(lián)系。 進一步，所述步驟I)包括如下步驟11)現(xiàn)場可編程邏輯控制器內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集狀態(tài)機作為數(shù)字信號處理器的一個外設(shè)，獨立占用一段地址訪問空間，數(shù)字信號處理器首先停止數(shù)據(jù)采集狀態(tài)機的工作，然后向其寫入多通道同步AD轉(zhuǎn)換器的相關(guān)控制參數(shù)，包括采樣頻率和控制時序，最后由數(shù)字信號處理器寫入啟動命令，啟動數(shù)據(jù)采集狀態(tài)機的工作；12)現(xiàn)場可編程邏輯控制器在內(nèi)部集成有一個數(shù)據(jù)采集狀態(tài)機，只有在停止工作時才接收采樣頻率等相關(guān)控制參數(shù)的寫入，在收到數(shù)字信號處理器的啟動命令后開始工作；13)現(xiàn)場可編程邏輯控制器內(nèi)部配置了先進先出存儲器SCFIF0，用于采集的3相電壓和3相電流信號數(shù)據(jù)的緩沖存儲，現(xiàn)場可編程邏輯控制器內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集狀態(tài)機根據(jù)采樣頻率等相關(guān)參數(shù)，在現(xiàn)場可編程邏輯控制器內(nèi)部時鐘的作用下，通過計數(shù)器進行計數(shù)延時，根據(jù)數(shù)字信號處理器寫入的多通道同步AD轉(zhuǎn)換器的控制時序相關(guān)參數(shù)，產(chǎn)生多通道同步AD轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換啟動信號，并讀取多通道同步AD轉(zhuǎn)換器的狀態(tài)信號，確保多通道同步AD轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成功后，產(chǎn)生片選CS控制信號和數(shù)據(jù)讀取RD控制信號，從多通道同步 AD轉(zhuǎn)換器中讀取采集的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)；14)數(shù)據(jù)采集狀態(tài)機讀取采集的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)后，產(chǎn)生緩存SCFIFO的讀寫允許信號，在現(xiàn)場可編程邏輯控制器內(nèi)部時鐘的作用下，將3相電壓和3相電流數(shù)據(jù)依次寫入現(xiàn)場可編程邏輯控制器內(nèi)部的SCFIFO模塊。進一步，在步驟13)中，所述現(xiàn)場可編程邏輯控制器對內(nèi)部的SCFIFO模塊配置了Almost_full和Almost_empty功能，當SCFIFO緩存的采集數(shù)據(jù)個數(shù)大于8000時，SCFIFO輸出的Almost_full信號觸發(fā)中斷信號，當SCFIFO緩存的采集數(shù)據(jù)個數(shù)低于192時，SCFIFO輸出 Almost_empty 信號。進一步，所述步驟2)包括如下步驟21)當SCFIFO輸出的Almost_fulI信號觸發(fā)TMS320DM642的INT5中斷，在中斷程序中DSP啟動EDMA數(shù)據(jù)搬移程序，一次性從EP2C8QF208I8內(nèi)部的SCFIFO模塊中搬移8000個3相電壓和3相電流的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)；22)從8000個3相電壓和3相電流的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)中依次順序分離出每一相的電壓電流數(shù)據(jù)，并用于擾動程序進行分析識別。進一步，所述步驟3)包括如下步驟31)對電能質(zhì)量信號進行雙樹復小波變換雙樹復小波采用了二元樹結(jié)構(gòu)的兩路離散小波變換，一樹生成變換的實部，一樹生成變換的虛部，雙樹復小波變換關(guān)系可以表示為Wc (t) = ffh(t)+jffg(t)ff(t)表示小波系數(shù)，Wh(t)與Wg(t)構(gòu)成Hilbert變換對。雙樹復小波變換通過相應的實數(shù)結(jié)構(gòu)的低通濾波器及高通濾波器實現(xiàn)。32)對獲得的雙樹復小波分解系數(shù)進行小波系數(shù)Shannon熵的計算設(shè)Xj, k表示小波分解的一個子頻帶小波系數(shù)Sik的時域重構(gòu)離散信號，Sy表示第j層的第k個節(jié)點小波分解系數(shù)，首先對電能質(zhì)量信號進行3層雙樹復小波分解，按打義;)=-XXl \ogXl訟式計算每一個節(jié)點的E(Xj，k)值,并用這一層全部節(jié)點的E(Xj，k)構(gòu)成Shannon熵特征向量Ep=[E(Xju)1E(Xji2)…，E(Xjik)L進一步，所述步驟4)包括如下步驟41)采用基于二元樹的小波支持向量機分類器結(jié)構(gòu)，其核函數(shù)選用Morelet小波，其小波函數(shù)為[(AX ) = I!cos(i75^.............exp(-，利用各種擾動信號的特征向
%T22a
量訓練基于小波支持向量的分類器；42)將待識別的擾動信號利用步驟51)中訓練得到的分類器進行分類識別。進一步，所述步驟5)包括如下步驟51)根據(jù)識別結(jié)果，將得到的3相電壓和3相電流的電能質(zhì)量相關(guān)信息經(jīng)過無線通 信模塊發(fā)送到檢測系統(tǒng)主機，并由系統(tǒng)給出相應的報警信號及語音提示；52)數(shù)字信號處理器通過外擴一片串行控制芯片實現(xiàn)與串行外設(shè)接口芯片進行數(shù)據(jù)通信，串行外設(shè)接口芯片的串口 UARTO用于和數(shù)字信號處理器進行數(shù)據(jù)交換，并且將數(shù)據(jù)進行封裝打包，通過串口 UARTl傳遞給MC323模塊，將識別結(jié)果發(fā)送到監(jiān)控中心。進一步，在步驟6)中，為了確保無線通信的可靠性，對“編解碼心跳包”數(shù)據(jù)進行了特殊的編解碼處理，監(jiān)測終端發(fā)送“編解碼心跳包”數(shù)據(jù)格式為
~終端號數(shù)據(jù)長度隨機數(shù)據(jù)累加和監(jiān)控中心服務器收到“編解碼心跳包”后，對“編解碼心跳包”的“隨機數(shù)據(jù)”進行按位取反的解碼操作，重新計算累加和，然后按照“編解碼心跳包”數(shù)據(jù)格式回傳數(shù)據(jù)到相應的監(jiān)控終端，從而確保數(shù)據(jù)通信的可靠性與唯一性；本發(fā)明的目的之二是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的該基于雙樹復小波變換的電能質(zhì)量監(jiān)測與識別系統(tǒng)，包括信號提取與轉(zhuǎn)換單元，包括用于對3相電流、電壓信號進行信號提取的互感器、對信號進行二階巴特沃斯低通濾波的濾波器以及多通道同步AD轉(zhuǎn)換器，還包括現(xiàn)場可編程邏輯控制器，所述可編程邏輯控制器內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集狀態(tài)機產(chǎn)生多通道同步AD轉(zhuǎn)換器的控制時序，完成3相電壓和3相電流信號的采集與緩存，并以中斷信號的方式通知數(shù)字信號處理器；數(shù)字信號處理器，用于接收中斷響應，從現(xiàn)場可編程邏輯控制器中的FIFO中讀取實時采集的3相電壓和3相電流信號，進行3層雙樹復小波分解后，計算其小波系數(shù)Shannon熵，作為擾動信號的特征向量；小波支持向量機分類器，作為數(shù)字信號處理器中的一個程序模塊，基于二兀樹對擾動信號的特征向量進行識別；無線通信模塊，用于將識別結(jié)果發(fā)送至檢測系統(tǒng)主機。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用利用現(xiàn)場可編程邏輯控制器內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集控制狀態(tài)機控制AD轉(zhuǎn)換器AD7606完成數(shù)據(jù)采集與緩存，在高速數(shù)字信號處理器通過EDMA方式高效讀取數(shù)據(jù)，并在內(nèi)部通過雙樹復小波變換對電能質(zhì)量信號進行分解，并計算Shannon熵作為擾動信號的特征向量，然后用基于二元樹的小波支持向量機分類器對擾動信號進行分類與識別，最后將識別結(jié)果傳送到電能質(zhì)量監(jiān)控中心；本發(fā)明在電子電路設(shè)計中，數(shù)據(jù)采集部分由可編程邏輯控制器內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集狀態(tài)機控制AD轉(zhuǎn)換器完成數(shù)據(jù)采集與緩存，高速數(shù)字信號處理器進行分析處理，該設(shè)計架構(gòu)可以確保數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分析的同步進行，保證了電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的連續(xù)性與分析的實時性；本發(fā)明雖然在計算量上比傳統(tǒng)識別方法的運算時間略有增力口，但是對于擾動信號的平均識別率提高了 11%以上，對噪聲的魯棒性提高了約15%。隨著CPU運算速度的不斷提升，綜合考慮識別率和特征提取時間，本發(fā)明專利具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導。本發(fā)明的目標和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書和權(quán)利要求書來實現(xiàn)和獲得。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述，其中 圖I :實現(xiàn)本發(fā)明方法總體方框圖；圖2 :本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集模塊原理框圖；圖3 :本發(fā)明無線數(shù)傳模塊原理框圖；圖4 :本發(fā)明中基于二元樹的小波向量機分類樹結(jié)構(gòu)；圖5 :本發(fā)明中8種常見擾動信號的特征向量圖。
具體實施例方式以下將參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。應當理解，優(yōu)選實施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護范圍。圖I是實現(xiàn)本發(fā)明方法的總體框圖，本發(fā)明的一種雙樹復小波電能質(zhì)量監(jiān)測與識別方法及系統(tǒng)，包括如下步驟I)將3相電壓、3相電流信號分別經(jīng)過相應的電壓電流互感器進行信號提取，然后經(jīng)二階巴特沃斯低通濾波，輸入到多通道同步AD轉(zhuǎn)換器，現(xiàn)場可編程邏輯控制器內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集狀態(tài)機產(chǎn)生多通道同步AD轉(zhuǎn)換器的控制時序，完成3相電壓和3相電流信號的采集與緩存，并以中斷信號的方式通知數(shù)字信號處理器；2)數(shù)字信號處理器接收中斷響應，從現(xiàn)場可編程邏輯控制器中的SCFIFO中讀取實時采集的3相電壓和3相電流信號；3)數(shù)字信號處理器對讀取的3相電壓和3相電流信號進行3層雙樹復小波分解，并計算其小波系數(shù)Shannon熵，作為擾動信號的特征向量；本實施例中，采用3層雙數(shù)復小波分解，經(jīng)試驗證明，效果良好；4)將擾動信號的特征向量采用基于二元樹的小波支持向量機分類器進行識別；5)將識別結(jié)果經(jīng)過無線通信模塊發(fā)送到檢測系統(tǒng)主機。6)監(jiān)測識別終端系統(tǒng)通過“編解碼心跳包”與監(jiān)控中心服務器保持通信聯(lián)系。本實施例中，多通道同步AD轉(zhuǎn)換器采用具有8通道的AD7606，現(xiàn)場可編程邏輯控制器采用EP2C8QF208I8，數(shù)字信號處理器采用TMS320DM642，無線通信模塊采用CDMA通信模塊MC323。以下將對各步驟的具體實施步驟做進一步的說明
A.在步驟I)中，包括如下步驟11)對于I)獲取的信號采用二階巴特沃斯低通濾波器進行濾波處理，截止頻率為IKHz ；12)現(xiàn)場可編程邏輯控制器EP2C8QF208I8在它的內(nèi)部采用數(shù)據(jù)采集狀態(tài)機產(chǎn)生出AD7606的控制時序，完成對AD7606的采樣控制，并產(chǎn)生緩存SCFIFO的讀寫允許信號；13)現(xiàn)場可編程邏輯控制器EP2C8QF208I8內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集狀態(tài)機的相關(guān)參數(shù)由TMS320DM642根據(jù)采樣頻率和AD7606的控制時序相關(guān)參數(shù)進行直接導入；
14)現(xiàn)場可編程邏輯控制器EP2C8QF208I8內(nèi)部的3相電壓電流信號的緩存采用16位 8K( 8192)緩存深度的 SCFIFO;對 SCFIFO 模塊配置了 SCFIFO 的 Almost_full 和 Almost_empty功能。當SCFIFO緩存的采集數(shù)據(jù)個數(shù)大于8000時，SCFIFO輸出的Almost_full信號觸發(fā)中斷信號，當SCFIFO緩存的采集數(shù)據(jù)個數(shù)低于192時，SCFIFO輸出Alm0St_empty信號;B.步驟2)中，包括如下步驟21)當SCFIFO輸出的Almost_full信號觸發(fā)TMS320DM642的INT5中斷。在中斷響應程序中，DSP啟動EDMA數(shù)據(jù)搬移程序，采用EDMA方式一次性從FPGA的SCFIFO緩存中搬移8000個電能質(zhì)量數(shù)據(jù)；22)從8000個電能質(zhì)量數(shù)據(jù)依次順序分離出3相電壓電流數(shù)據(jù)，并用于擾動程序的分析識別。C.所述步驟3)中，包括如下步驟31)對電能質(zhì)量信號進行雙樹復小波變換雙樹復小波采用了二叉樹結(jié)構(gòu)的兩路離散小波變換，一樹生成變換的實部，一樹生成變換的虛部。雙樹復小波變換關(guān)系可以表示為Wc (t) = ffh(t)+jffg(t)ff(t)表示小波系數(shù)，Wh(t)與Wg(t)構(gòu)成Hilbert變換對。雙樹復小波變換通過相應的實數(shù)結(jié)構(gòu)的低通濾波器及高通濾波器實現(xiàn)。32)對31)獲得的小波分解系數(shù)進行小波系數(shù)Shannon熵的計算。設(shè)Xj, k表示小波分解的一個子頻帶小波系數(shù)Sik的時域重構(gòu)離散信號，Su表示第j層的第k個節(jié)點小波分解系數(shù)。首先對電能質(zhì)量信號進行3層雙樹復小波分解，按AYU= -Ki IogC^i.)公式計算每一個節(jié)點的E(Xj，k)值,并用這一層全部節(jié)點的E(Xj，k)構(gòu)成Shannon熵特征向量Ep=[E(Xju)1E(Xji2)…，E(Xjik)LD.所述步驟4)中，包括如下步驟41)利用各種擾動信號的特征向量訓練基于二元樹的小波支持向量的分類器。小波支持向量機將小波理論與SVM方法結(jié)合起來，互補二者優(yōu)勢，引入小波基函數(shù)來構(gòu)造SVM的核函數(shù)，它除了具有SVM的一切優(yōu)點外，還能消除數(shù)據(jù)的高頻干擾，具備良好的抗噪能力。只要能夠生成小波框架的母小波都可以用來構(gòu)造小波核函數(shù)。本發(fā)明專利采用Morlet小波作為支持向量機的核函數(shù)，應該說明，并不僅僅限于這一種小波函數(shù)。Morlet 小波的形式為p(x) = cos(l.75Jr)exp(-+)
2
則其小波函數(shù)為
權(quán)利要求
1.基于雙樹復小波變換的電能質(zhì)量監(jiān)測識別方法，其特征在于所述方法包括以下步驟 1)將3相電壓、3相電流信號分別經(jīng)過相應的電壓、電流互感器進行信號提取，然后經(jīng)ニ階巴特沃斯低通濾波，輸入到多通道同步AD轉(zhuǎn)換器，現(xiàn)場可編程邏輯控制器內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集狀態(tài)機產(chǎn)生多通道同步AD轉(zhuǎn)換器的控制時序，完成3相電壓和3相電流信號的采集與緩存，并以中斷信號的方式通知數(shù)字信號處理器； 2)數(shù)字信號處理器接收中斷響應，從現(xiàn)場可編程邏輯控制器中的FIFO中讀取實時采集的3相電壓和3相電流信號； 3)數(shù)字信號處理器對讀取的3相電壓和3相電流信號進行3層雙樹復小波分解，并計算其小波系數(shù)Shannon熵，作為擾動信號的特征向量； 4)將擾動信號的特征向量采用基于ニ元樹的小波支持向量機分類器進行識別； 5)將識別結(jié)果經(jīng)過無線通信模塊發(fā)送到檢測系統(tǒng)主機； 6)監(jiān)測識別系統(tǒng)通過“編解碼心跳包”與監(jiān)控中心服務器保持通信聯(lián)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于雙樹復小波變換的電能質(zhì)量監(jiān)測識別方法，其特征在于所述步驟I)包括如下步驟 11)現(xiàn)場可編程邏輯控制器內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集狀態(tài)機作為數(shù)字信號處理器的ー個外設(shè)，獨立占用一段地址訪問空間，數(shù)字信號處理器首先寫入停止命令，停止數(shù)據(jù)采集狀態(tài)機的工作，然后向其寫入多通道同步AD轉(zhuǎn)換器的相關(guān)控制參數(shù)，包括采樣頻率和控制時序，最后由數(shù)字信號處理器寫入啟動命令，啟動數(shù)據(jù)采集狀態(tài)機的工作； 12)現(xiàn)場可編程邏輯控制器在內(nèi)部集成有ー個數(shù)據(jù)采集狀態(tài)機，只有在停止工作時才接收采樣頻率等相關(guān)控制參數(shù)的寫入，在收到數(shù)字信號處理器的啟動命令后開始工作； 13)現(xiàn)場可編程邏輯控制器內(nèi)部配置了先進先出存儲器SCFIF0，用于采集的3相電壓和3相電流信號數(shù)據(jù)的緩沖存儲，現(xiàn)場可編程邏輯控制器內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集狀態(tài)機根據(jù)采樣頻率等相關(guān)參數(shù)，在現(xiàn)場可編程邏輯控制器內(nèi)部時鐘的作用下，通過計數(shù)器進行計數(shù)延時，根據(jù)數(shù)字信號處理器寫入的多通道同步AD轉(zhuǎn)換器的控制時序相關(guān)參數(shù)，產(chǎn)生多通道同步AD轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換啟動信號，并讀取多通道同步AD轉(zhuǎn)換器的狀態(tài)信號，確保多通道同步AD轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成功后，產(chǎn)生片選CS控制信號和數(shù)據(jù)讀取RD控制信號，從多通道同步AD轉(zhuǎn)換器中讀取采集的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)； 14)數(shù)據(jù)采集狀態(tài)機讀取采集的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)后，產(chǎn)生緩存SCFIFO的寫允許信號，在現(xiàn)場可編程邏輯控制器內(nèi)部時鐘的作用下，將3相電壓和3相電流數(shù)據(jù)依次寫入現(xiàn)場可編程邏輯控制器內(nèi)部的SCFIFO模塊中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙樹復小波變換的電能質(zhì)量監(jiān)測識別方法，其特征在于在步驟13)中，所述現(xiàn)場可編程邏輯控制器對內(nèi)部的SCFIFO模塊配置了 AlmoSt_full和Alm0St_empty功能，當SCFIFO緩存的采集數(shù)據(jù)個數(shù)大于8000吋，SCFIFO輸出的Almost_full信號觸發(fā)中斷信號，當SCFIFO緩存的采集數(shù)據(jù)個數(shù)低于192吋，SCFIFO輸出Almost_empty信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于雙樹復小波變換的電能質(zhì)量監(jiān)測識別方法，其特征在于所述步驟2)包括如下步驟 21)當SCFIFO輸出的Almost_fulI信號觸發(fā)數(shù)字信號處理器的INT5中斷，在中斷程序中DSP啟動EDMA數(shù)據(jù)搬移程序，一次性從EP2C8QF208I8內(nèi)部的SCFIFO模塊中搬移8000個3相電壓和3相電流的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)； 22)從8000個3相電壓和3相電流的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)中依次順序分離出每一相的電壓電流數(shù)據(jù)，并用于擾動程序進行分析識別。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于雙樹復小波變換的電能質(zhì)量監(jiān)測識別方法，其特征在于所述步驟3)包括如下步驟 31)對電能質(zhì)量信號進行雙樹復小波變換 雙樹復小波采用了ニ元樹結(jié)構(gòu)的兩路離散小波變換，ー樹生成變換的實部，ー樹生成變換的虛部，雙樹復小波變換關(guān)系可以表示為 Wc (t) = ffh(t)+jffg(t) W(t)表示小波系數(shù)，Wh(t)與Wg(t)構(gòu)成Hilbert變換對，雙樹復小波變換可以通過相應的實數(shù)結(jié)構(gòu)的低通濾波器及高通濾波器實現(xiàn)； 32)對獲得的小波分解系數(shù)進行小波系數(shù)Shannon熵的計算設(shè)Xj，k表示小波分解的ー個子頻帶小波系數(shù)S〗,k的時域重構(gòu)離散信號，Sj, k表示第j層的第k個節(jié)點小波分解系數(shù)， 首先對電能質(zhì)量信號進行3層雙樹復小波分解，按
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于雙樹復小波變換的電能質(zhì)量監(jiān)測識別方法，其特征在于所述步驟4)包括如下步驟 41)采用基于ニ元樹的小波支持向量機分類器結(jié)構(gòu)，其核函數(shù)選用Morelet小波，其小波函數(shù)為
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于雙樹復小波變換的電能質(zhì)量監(jiān)測識別方法，其特征在于所述步驟5)包括如下步驟 51)根據(jù)識別結(jié)果，將得到的3相電壓和3相電流的電能質(zhì)量相關(guān)信息經(jīng)過無線通信模塊發(fā)送到檢測系統(tǒng)主機，并由系統(tǒng)給出相應的報警信號及語音提示； 52)數(shù)字信號處理器通過外擴一片串行控制芯片實現(xiàn)與串行外設(shè)接ロ芯片進行數(shù)據(jù)通信，串行外設(shè)接ロ芯片的串ロ UARTO用于和數(shù)字信號處理器進行數(shù)據(jù)交換，并且將數(shù)據(jù)進行封裝打包，通過串ロ UARTl傳遞給MC323模塊，將識別結(jié)果發(fā)送到監(jiān)控中心。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于雙樹復小波變換的電能質(zhì)量監(jiān)測識別方法，其特征在于在步驟6)中，為了確保無線通信CDMA模塊能夠長時間在線，串行外設(shè)接ロ芯片的程序代碼中還増加了隔ー時間段觸發(fā)一次的“編解碼心跳包”數(shù)據(jù)，即每分鐘與監(jiān)控中心服務器保持握手一次通信聯(lián)系，當連續(xù)一段時間內(nèi)沒有實現(xiàn)和監(jiān)控中心服務器保持握手聯(lián)系，串行外設(shè)接ロ芯片對MC323模塊進行復位，從而避免CDMA模塊掉線現(xiàn)象的發(fā)生。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于雙樹復小波變換的電能質(zhì)量監(jiān)測識別方法，其特征在于在步驟6)中，為了確保無線通信的可靠性，對“編解碼心跳包”數(shù)據(jù)進行了特殊的編解碼處理，監(jiān)測終端發(fā)送“編解碼心跳包”數(shù)據(jù)格式為~終端號數(shù)據(jù)長度隨機數(shù)據(jù)累加和 監(jiān)控中心服務器收到“編解碼心跳包”后，對“編解碼心跳包”的“隨機數(shù)據(jù)”進行按位取反的解碼操作，重新計算累加和，然后按照“編解碼心跳包”數(shù)據(jù)格式回傳數(shù)據(jù)到相應的監(jiān)控終端，從而確保數(shù)據(jù)通信的可靠性與唯一性。
10.基于雙樹復小波變換的電能質(zhì)量監(jiān)測與識別系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括信號提取與轉(zhuǎn)換單元，包括用于對3相電流、電壓信號進行信號提取的互感器、對信號進行ニ階巴特沃斯低通濾波的濾波器以及多通道同步AD轉(zhuǎn)換器，還包括現(xiàn)場可編程邏輯控制器，所述可編程邏輯控制器內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集狀態(tài)機產(chǎn)生多通道同步AD轉(zhuǎn)換器的控制時序，完成3相電壓和3相電流信號的采集與緩存，并以中斷信號的方式通知數(shù)字信號處理器；· 數(shù)字信號處理器，用于接收中斷響應，從現(xiàn)場可編程邏輯控制器中的FIFO中讀取實時·采集的3相電壓和3相電流信號，進行3層雙樹復小波分解后，計算其小波系數(shù)Shannon熵，并將其作為擾動信號的特征向量； 小波支持向量機分類器，作為數(shù)字信號處理器中的一個程序模塊，基于ニ兀樹對擾動信號的特征向量進行識別； 無線通信模塊，用于將識別結(jié)果發(fā)送至檢測系統(tǒng)主機。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于雙樹復小波變換的電能質(zhì)量監(jiān)測識別方法，涉及數(shù)據(jù)采集、信號處理和模式識別技術(shù)領(lǐng)域，該監(jiān)測系統(tǒng)采用數(shù)字信號處理器通過對現(xiàn)場可編程邏輯控制器內(nèi)部數(shù)據(jù)采集狀態(tài)機進行控制，通過可編程邏輯控制器內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集狀態(tài)機控制高精度的8通道16位同步AD轉(zhuǎn)換器，完成電能質(zhì)量信號的同步采集，數(shù)字信號處理器從可編程邏輯控制器內(nèi)部的FIFO存儲器中讀取采集的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，然后對其進行雙樹復小波變換，并計算其小波系數(shù)Shannon熵，最后采用基于二元樹的小波支持向量機分類器對擾動信號進行分類識別，從而實現(xiàn)連續(xù)實時的三相電壓、電流的電能質(zhì)量準確監(jiān)測，另外，本發(fā)明還提出了一種電能質(zhì)量監(jiān)測識別系統(tǒng)。
文檔編號G01R31/00GK102680838SQ20121017793
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月31日
發(fā)明者楊帆, 王平, 王林泓, 許琴, 鄒強鑫, 高陽 申請人:重慶大學