基于小波变换的电力负载识别

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1、基于小波分析的电力负载识别沈召源(哈尔滨工业大学)摘要：本文分别从小波理论在负载识别中的应用研究出发，对基于小波分析的用于负载识别的理论进行介绍。然后根据负载识别的具体特点，选择无限可导、双正交性和无频谱混叠现象的Meyer小波对负载波形进行分析。通过DSP采集负载电流波形，将不同负载的电流波形用Dmeyer小波进行多层分解，通过比较粗略部分和细节部分的系数，确定了用于负载识别的具体特征值。关键词：负载识别；Dmeyer小波；负载特征值1引言目前用电安全M题日渐突出。近年來，我国高校学生公寓频繁发生火灾，造成人员伤亡和学校财产的巨

2、大损失，引起了国家有关部门和高校的高度重视。调査表明，火灾事故发生的主要原因是学生在公寓內使用违禁电器造成的。为了避免类似事件频发，各个高校出台了对应管理政策，并采取了一定措施。虽然火灾事故频率较原来有所降低，但每年仍然发生恶性火灾事故，没有从根本上解决火灾事故发生的问题。于是，许多人开始研究宿舍智能安全用电的相关产品。有人直接使用计量芯片来作为自动限电系统的核心；有人综合考虑用电可靠安全等各个方面，提出安全，智能用电的思考并付诸实践。在这些设计与思考中，无一例外地考虑到了电压，电流，功率，但只有很少数考虑到了波形分析负载情况。基

3、于以上原因，本文拟应用小波理论进行负载识别，有效控制违禁电器的应用。本文选用Demyer小波对采集的负载波形进行分析，通过第五层特征景的比较得出负载识别的特征值。相比于傅里叶变换的负载识别方法，大大减小了计算量。2小波变换2.1小波变换特点小波分析具有“自适应性质”和“数学S微镜性质”，是近年来新兴起的信号的时频分析方法，，在信号分析方面具有Fourier分析无法比拟的优势。Fourier变换无法对某一时间段的信号进行分析，短时傅立叶变换的窗函数时间间隔是固定的，不随时间和频率改变，与此不同，小波变换在频率轴上的位置和形状都可以改

4、变，时间间隔是可调的，因此小波变换在低频时时间分辨率较低，而频率分辨率较高;在高频时时间分辨率高，而频率分辨率较低，符合低频信号变化缓慢而高频信号变化迅速的特点，适于进行信号分析。小波变换的定义是把被称为母小波的函数屮(0做位移b后在不同尺度a下与待分析的信号x(t)做闪积。(W^f)(a,b)=

5、a

6、-,/2广f⑴p(l^)dt了J—oo等效的频域变换是(W/)(a,b)=士J:/⑽氏上⑽dty=士〈F⑽，#ab⑽〉a的作用是对窗口进行尺度伸缩，b的作用是对窗LI进行时间平移。因此小波变换有如下特点：第一，具有多分辨率的特点，即

7、多尺度的特点，能够对信号进行缩放观察。第二，可以看成用基本频率特性为以(W)的带通滤波器在不同尺度a下对信号做滤波。由Fourier变挽的尺度特性可知这组滤波器具有品质因数恒定，即相对带宽恒定的特点。第三，适当地选择基小波，使V(Z)t)在时域上为有限支撑，在频域上也比较集中，就可以使小波变换后的函数在时、频域都具有表征信号局部特征的能力，因此有利于检测信号的瞬态和奇异点。2.2小波基选择采用Meyer函数作为小波变换的小波基，其特点有：正交性，使时域突变能量更集中；时域对称性，保证时域突变时间和暂态存在时间计算的准确性和较强的抗

8、噪声性能；频域紧支性，Meyer小波的尺度与频域中的频带具有一一对应关系，保证了小波系数的频域意义。为离散细节信号，它描述了信号的髙频成分的信息。在分解过程中，低频6Z/Z7)中失去的信息由高频J/Z7)捕获。在下一层分解中，又将6Z/Z7)分解成低频~+1(/7)和高频6//+1(Z7)两部分。如此类推，可以得到信号越来越精细的时频描述。3基于DMEYER小波的负载识别参数测试与确定Meyer构造的小波函数和尺度函数定义在频域屮定义如下：sin7T2=(2^)2eCOS34/r"3''333其中1^1(2小(2^)'2cosl2

9、£H>4/r3?(35-84r+70r2-20f3)v⑴=、0re[0,1]t<01>1负载识别，总的来讲，就是通过对负载的电流、电压等信号的分析处理找岀不同于类型负载的特征参数，也就是说是属于信号处理的范畴，因此，对其应用小波变换工具在理论上是很好的选择。3.1信号采样根据奈奎斯特采样定理可知，只有当采样频率人大于两倍的信号最高频率几吋，xT能避免频域混叠，这是采样必须满足的基本条件，即满足公式fN>2/m如果采样频率过低，会形成频谱失真，不能反映原來的信号，使得进一步的数字处理失去意义。因此，在工程应用中，一般把儿取的高一些，

10、但也不宜过高，采样频率过高，一段吋间内的采样点数过多，对计算机存储要求过高，而且计算时间过长，一般情况下，几取(4一10)人,。本文采用霍尔电流传感器感应电流的变化将电流信号转化为电压信号然后用，DSP进行采样，设定采样频率为6400Hz,即一个工