CN110031701B - 一种基于电流指纹技术的电器特征检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于电流指纹技术的电器特征检测方法，获取新的电器特征，进行预处理后遍历电器特征库中所有特征，若存在相似特征则进行标定，否则将待检电器特征与过渡电器特征库中的特征比对近似度后，将新的特征输入训练网络进行重新识别标定并存入过渡电器特征库，当过渡电器特征库中的特征数量到达阈值时，将过渡电器特征库中的所有特征推入电器特征库，完成电器特征库的更新。本发明解决电器特征库的匹配和用电设备的更新迭代，基于特有的电流指纹技术识别电器类型，并将其电器波形特征存储于电器特征库中，将被检测的特征与特征库中同类型的特征进行对比，对电气安全监测提供更有效和更全面的特征库质量控制，降低电器错误识别率。

Description

一种基于电流指纹技术的电器特征检测方法

技术领域

本发明涉及测量电变量；测量磁变量的技术领域，特别涉及一种基于电流指纹技术的电器特征检测方法。

背景技术

随着科技的发展，越来越多种类的用电设备深入各个家庭、公司、企业，随着智能化的进程，用电设备的种类更是越来越多，而每个用电设备的工作状态也存在不同，甚至会随着环境、时间的变化不间断切换。

现有的用电设备开始智能化发展，其可以被、已经被应用于双向多种费率计量等智能化的功能环境，这代表着未来节能型智能电网最终将向用户智能化终端进行发展，然而现有的问题在于，在安装了相应的模块后，需要手动选择用电设备的类型并进行配置，一则用户在后续的使用中无法灵活调节用电设备，二则需要派出专门的运营维护人员进行安装调试并进行预安装，人员成本提升的同时也增加了监管成本。

进一步来说，用电设备在不断的革新过程中，这导致了用电设备的匹配难度进一步加大，需要所有的运营维护人员在短时间内掌握大量不同的用电设备的技术特征并根据技术特征进行相应的配置或意见是非常困难的。

发明内容

本发明解决了现有技术中，在针对用电设备安装了智能模块后，需要手动选择用电设备的类型并进行配置，而导致的用户在后续的使用中无法灵活调节用电设备，且需要派出专门的运营维护人员进行安装调试并进行预安装，人员成本提升的同时也增加了监管成本，更进一步来说，还无法处理用电设备更新后配置需要随之更新、而导致使用出错的问题，提供了一种优化的基于电流指纹技术的电器特征检测方法。

本发明所采用的技术方案是，一种基于电流指纹技术的电器特征检测方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：更新电器特征库；

步骤2：持续获取电器特征，若获得新的待检电器特征，进行下一步，否则，重复步骤2；

步骤3：对待检电器特征进行预处理；

步骤4：以预处理后的待检电器特征遍历电器特征库中的所有特征，若预处理后的待检电器特征与电器特征库中的任一特征的余弦相似度小于阈值，则以电器特征库中当前特征对应的电器对待检电器特征对应的电器进行标定，返回步骤2，否则，进行下一步；

步骤5：若过渡电器特征库为空，则直接将所述待检电器特征输入过渡电器特征库进行存储，进行步骤8，否则，进行下一步；

步骤6：以预处理后的待检电器特征遍历过渡电器特征库中的所有特征，若预处理后的待检电器特征与过渡电器特征库中的任一特征的余弦相似度小于阈值，则返回步骤2，否则，进行下一步；

步骤7：将所述待检电器特征输入训练网络进行重新识别标定，所述待检电器特征和对应的电器信息共同存入过渡电器特征库；

步骤8：判断过渡电器特征库中的特征数量是否到达阈值G，若是，将过渡电器特征库中的所有特征推入电器特征库，过渡电器特征库为空，返回步骤1，否则，返回步骤2。

优选地，所述步骤2中，以1个工频周期为单元，获取n个工频周期内的电气线路的电流有效值的平均值f₁、电流平肩区域平均持续时间f₂、电流采样值标准差的平均值f₃、奇次谐波f₄及电流变化趋势变化次数平均值f₅作为电器特征。

优选地，所述步骤3中，对待检电器特征进行预处理包括对电流有效值的平均值f₁进行预处理，预处理包括以下步骤：

步骤3.1：获取n个工频周期内的电气线路的电流有效值I，I＝{i₁,...ik,...i_n}，其中，1≤k≤n；

步骤3.2：若集合I中存在离群点，剔除离群点；计算电流有效值的平均值f₁′，

步骤3.3：滤除与平均值偏差度超过10％的有效值，记录剩余电流有效值I'，I'＝{i₁,...i_k,...i_m}，其中，1≤m≤n；

步骤3.4：再次计算电流有效值的平均值f₁，

优选地，所述电流平肩区域为任一工频周期内电流波动小于等于α的区域；α∈(0,8％]。

优选地，所述奇次谐波f₄包括3次谐波、5次谐波、7次谐波。

优选地，所述步骤4或步骤6中，余弦相似度

其中，1≤i≤q，q为电器特征的维度，x_i为电器特征的元素，y_i为电器特征库或过渡电器特征库中的元素。

优选地，所述步骤7包括以下步骤：

步骤7.1：将所述待检电器特征输入训练网络；

步骤7.2：获得待检电器特征对应的电器设备，对所述待检电器特征进行识别；

步骤7.3：以电器设备对所述待检电器特征进行标定；

步骤7.4：将所述待检电器特征和对应的电器信息共同存入过渡电器特征库。

优选地，所述步骤8中，当过渡电器特征库中的特征数量到达阈值G后，将过渡电器特征库中的所有特征的集合与电器特征库中的所有特征的集合进行杰卡德相似系数计算，若杰卡德相似系数J(A,B)超过阈值H，则进行重复检定，否则，将过渡电器特征库中的所有特征推入电器特征库，过渡电器特征库置为空。

优选地，所述重复检定包括以下步骤：

步骤8.1：对过渡电器特征库和电器特征库中的所有特征交叉计算欧氏距离；

步骤8.2：若任意两个特征的欧氏距离小于ε，则删除过渡电器特征库中对应的特征；重复步骤8.2直至所有比对完成；

步骤8.3：将更新后的过渡电器特征库中的所有特征的集合与电器特征库中的所有特征的集合进行杰卡德相似系数计算，若杰卡德相似系数J(A,B)超过阈值H，则返回步骤8.1，否则将过渡电器特征库中的所有特征推入电器特征库，过渡电器特征库为空，返回步骤1。

本发明提供了一种优化的基于电流指纹技术的电器特征检测方法，获取到新的电器特征时进行预处理，以预处理后的待检电器特征遍历电器特征库中的所有特征，若电器特征库中存在相似的特征则进行标定，否则将待检电器特征与过渡电器特征库中的特征比对近似度后，将新的特征输入训练网络进行重新识别标定并存入过渡电器特征库，当过渡电器特征库中的特征数量到达阈值G时，将过渡电器特征库中的所有特征推入电器特征库，完成电器特征库的更新。本发明解决了电器特征库的匹配和用电设备的更新迭代，基于特有的电流指纹技术识别电器类型，并将其电器波形特征存储于电器特征库中，将被检测的特征与特征库中同类型的特征进行对比，对电气安全监测提供更有效和更全面的特征库质量控制，降低电器错误识别率。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细描述，但本发明的保护范围并不限于此。

本发明涉及一种基于电流指纹技术的电器特征检测方法，所述方法包括以下步骤。

步骤1：更新电器特征库。

本发明中，当电器特征库进行数据更新后，需要同步更新一次，确保数据的完整。

本发明中，当开始进行方法时，亦需要初始更新一次，保证数据的准确。

步骤2：持续获取电器特征，若获得新的待检电器特征，进行下一步，否则，重复步骤2。

所述步骤2中，以1个工频周期为单元，获取n个工频周期内的电气线路的电流有效值的平均值f₁、电流平肩区域平均持续时间f₂、电流采样值标准差的平均值f₃、奇次谐波f₄及电流变化趋势变化次数平均值f₅作为电器特征。

所述电流平肩区域为任一工频周期内电流波动小于等于α的区域；α∈(0,8％]。

所述奇次谐波f₄包括3次谐波、5次谐波、7次谐波。

本发明中，电器特征以特征向量的形式存在，特征值包括但不限于n个工频周期内的电气线路的电流有效值的平均值f₁、电流平肩区域平均持续时间f₂、电流采样值标准差的平均值f₃、奇次谐波f₄及电流变化趋势变化次数平均值f₅，本领域技术人员可以依据需求自行设置。

本发明中，50HZ交流电的一个工频周期为20ms，一般情况下，取25个工频周期进行电器特征的向量提取。

本发明中，电流平肩是指一个工频周期内电流维持基本不变的波形区间。

本发明中，电流变化趋势变化次数是指，若电流波形中递增变成递减趋势，则记1次变化，电流波形由递减变成递增趋势也视为1次变化。

步骤3：对待检电器特征进行预处理。

所述步骤3中，对待检电器特征进行预处理包括对电流有效值的平均值f₁进行预处理，预处理包括以下步骤：

步骤3.1：获取n个工频周期内的电气线路的电流有效值I，I＝{i₁,...i_k,...i_n}，其中，1≤k≤n；

步骤3.2：若集合I中存在离群点，剔除离群点；计算电流有效值的平均值f₁′，

步骤3.3：滤除与平均值偏差度超过10％的有效值，记录剩余电流有效值I'，I'＝{i₁,...i_k,...i_m}，其中，1≤m≤n；

步骤3.4：再次计算电流有效值的平均值f₁，

本发明中，步骤3.2首先剔除离群点，保证在计算电流有效值的平均值f₁′时能更明确的表达电流特征，不会因为离群点的存在造成电流的较大误差而在步骤3.3中滤除实际上偏差没有超过10％的有效值。

步骤4：以预处理后的待检电器特征遍历电器特征库中的所有特征，若预处理后的待检电器特征与电器特征库中的任一特征的余弦相似度小于阈值，则以电器特征库中当前特征对应的电器对待检电器特征对应的电器进行标定，返回步骤2，否则，进行下一步。

所述步骤4或步骤6中，余弦相似度

其中，1≤i≤q，q为电器特征的维度，x_i为电器特征的元素，y_i为电器特征库或过渡电器特征库中的元素。

本发明中，采用余弦相似度判断待检电器特征与电器特征库或过渡电器特征库中每个特征向量的近似程度，从方向上区分差异，修正了可能存在的度量标准不统一的问题，准确性更高。

步骤5：若过渡电器特征库为空，则直接将所述待检电器特征输入过渡电器特征库进行存储，进行步骤8，否则，进行下一步。

步骤6：以预处理后的待检电器特征遍历过渡电器特征库中的所有特征，若预处理后的待检电器特征与过渡电器特征库中的任一特征的余弦相似度小于阈值，则返回步骤2，否则，进行下一步。

本发明中，当过渡电器特征库为空时，不需要比较待检电器特征与其中的特征值的相似度，故可以直接存储，而由于设置了过渡电器特征库，故其在非空时，是有可能与待检电器特征相似的，故亦采用余弦相似度判断待检电器特征与过渡电器特征库中每个特征向量的近似程度，从方向上区分差异。

本发明中，并非直接将新的特征置入电器特征库，而是置入过渡电器特征库，是因为在采用余弦相似度判断近似时，判断的是向量的夹角，而事实上，两者在距离上可能是较接近的而方向不同，故需要进一步检验。

本发明中，进一步地，设置过渡电器特征库保证了不需要每次都调动电器特征库进行验算，降低了单次运算量，有利于保证电器特征库的比对作业正常进行。

步骤7：将所述待检电器特征输入训练网络进行重新识别标定，所述待检电器特征和对应的电器信息共同存入过渡电器特征库。

所述步骤7包括以下步骤：

步骤7.1：将所述待检电器特征输入训练网络；

步骤7.2：获得待检电器特征对应的电器设备，对所述待检电器特征进行识别；

步骤7.3：以电器设备对所述待检电器特征进行标定；

步骤7.4：将所述待检电器特征和对应的电器信息共同存入过渡电器特征库。

步骤8：判断过渡电器特征库中的特征数量是否到达阈值G，若是，将过渡电器特征库中的所有特征推入电器特征库，过渡电器特征库为空，返回步骤1，否则，返回步骤2。

所述步骤8中，当过渡电器特征库中的特征数量到达阈值G后，将过渡电器特征库中的所有特征的集合与电器特征库中的所有特征的集合进行杰卡德相似系数计算，若杰卡德相似系数J(A,B)超过阈值H，则进行重复检定，否则，将过渡电器特征库中的所有特征推入电器特征库，过渡电器特征库置为空。

所述重复检定包括以下步骤：

步骤8.1：对过渡电器特征库和电器特征库中的所有特征交叉计算欧氏距离；

步骤8.2：若任意两个特征的欧氏距离小于ε，则删除过渡电器特征库中对应的特征；重复步骤8.2直至所有比对完成；

步骤8.3：将更新后的过渡电器特征库中的所有特征的集合与电器特征库中的所有特征的集合进行杰卡德相似系数计算，若杰卡德相似系数J(A,B)超过阈值H，则返回步骤8.1，否则将过渡电器特征库中的所有特征推入电器特征库，过渡电器特征库为空，返回步骤1。

本发明中，首先比较过渡电器特征库和电器特征库整体的差异度，过渡电器特征库和电器特征库整体为两个集合，可以以杰卡德相似系数进行评判。

本发明中，当两个数据库近似时，表示确实存在大量的重复特征，故需要进行复检，此时以欧氏距离进行验证，并删除欧氏距离较小的两个特征中过渡电器特征库里的特征，完成后，再次以杰卡德相似系数进行验算，直至满足要求，将此时过渡电器特征库中的特征推入电器特征库中。

本发明中，本领域技术人员可以依据需求自行设置阈值G、H及欧氏距离的判定阈值ε。

本发明获取到新的电器特征时进行预处理，以预处理后的待检电器特征遍历电器特征库中的所有特征，若电器特征库中存在相似的特征则进行标定，否则将待检电器特征与过渡电器特征库中的特征比对近似度后，将新的特征输入训练网络进行重新识别标定并存入过渡电器特征库，当过渡电器特征库中的特征数量到达阈值G时，将过渡电器特征库中的所有特征推入电器特征库，完成电器特征库的更新。

本发明解决了电器特征库的匹配和用电设备的更新迭代，基于特有的电流指纹技术识别电器类型，并将其电器波形特征存储于电器特征库中，将被检测的特征与特征库中同类型的特征进行对比，对电气安全监测提供更有效和更全面的特征库质量控制，降低电器错误识别率。

Claims (7)

1.一种基于电流指纹技术的电器特征检测方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：更新电器特征库；

步骤2：持续获取电器特征，若获得新的待检电器特征，进行下一步，否则，重复步骤2；

步骤3：对待检电器特征进行预处理；

步骤4：以预处理后的待检电器特征遍历电器特征库中的所有特征，若预处理后的待检电器特征与电器特征库中的任一特征的余弦相似度小于阈值，则以电器特征库中当前特征对应的电器对待检电器特征对应的电器进行标定，返回步骤2，否则，进行下一步；

步骤5：若过渡电器特征库为空，则直接将所述待检电器特征输入过渡电器特征库进行存储，进行步骤8，否则，进行下一步；

步骤6：以预处理后的待检电器特征遍历过渡电器特征库中的所有特征，若预处理后的待检电器特征与过渡电器特征库中的任一特征的余弦相似度小于阈值，则返回步骤2，否则，进行下一步；

步骤7：将所述待检电器特征输入训练网络进行重新识别标定后，所述待检电器特征和对应的电器信息共同存入过渡电器特征库；

步骤8：判断过渡电器特征库中的特征数量是否到达阈值G，若是，将过渡电器特征库中的所有特征的集合与电器特征库中的所有特征的集合进行杰卡德相似系数计算，否则，返回步骤2；

若杰卡德相似系数J(A,B)超过阈值H，则进行重复检定，否则，将过渡电器特征库中的所有特征推入电器特征库，过渡电器特征库置为空，返回步骤1；其中，重复检定包括以下步骤：

步骤8.1：对过渡电器特征库和电器特征库中的所有特征交叉计算欧氏距离；

步骤8.2：若任意两个特征的欧氏距离小于ε，则删除过渡电器特征库中对应的特征；重复步骤8.2直至所有比对完成；

步骤8.3：将更新后的过渡电器特征库中的所有特征的集合与电器特征库中的所有特征的集合进行杰卡德相似系数计算，若杰卡德相似系数J(A,B)超过阈值H，则返回步骤8.1，否则将过渡电器特征库中的所有特征推入电器特征库，过渡电器特征库为空，返回步骤1。

2.根据权利要求1所述的一种基于电流指纹技术的电器特征检测方法，其特征在于：所述步骤2中，以1个工频周期为单元，获取n个工频周期内的电气线路的电流有效值的平均值f₁、电流平肩区域平均持续时间f₂、电流采样值标准差的平均值f₃、奇次谐波f₄及电流变化趋势变化次数平均值f₅作为电器特征。

3.根据权利要求2所述的一种基于电流指纹技术的电器特征检测方法，其特征在于：所述步骤3中，对待检电器特征进行预处理包括对电流有效值的平均值f₁进行预处理，预处理包括以下步骤：

步骤3.1：获取n个工频周期内的电气线路的电流有效值I，I＝{i₁,...i_k,...i_n}，其中，1≤k≤n；

步骤3.2：若集合I中存在离群点，剔除离群点；计算电流有效值的平均值f′₁，

步骤3.3：滤除与平均值偏差度超过10％的有效值，记录剩余电流有效值I'，I'＝{i₁,...i_k,...i_m}，其中，1≤m≤n；

步骤3.4：再次计算电流有效值的平均值f₁，

4.根据权利要求2所述的一种基于电流指纹技术的电器特征检测方法，其特征在于：所述电流平肩区域为任一工频周期内电流波动小于等于α的区域；α∈(0,8％]。

5.根据权利要求2所述的一种基于电流指纹技术的电器特征检测方法，其特征在于：所述奇次谐波f₄包括3次谐波、5次谐波、7次谐波。

6.根据权利要求2所述的一种基于电流指纹技术的电器特征检测方法，其特征在于：所述步骤4或步骤6中，余弦相似度

其中，1≤i≤q，q为电器特征的维度，x_i为电器特征的元素，y_i为电器特征库或过渡电器特征库中的元素。

7.根据权利要求1所述的一种基于电流指纹技术的电器特征检测方法，其特征在于：所述步骤7包括以下步骤：

步骤7.1：将所述待检电器特征输入训练网络；

步骤7.2：获得待检电器特征对应的电器设备，对所述待检电器特征进行识别；

步骤7.3：以电器设备对所述待检电器特征进行标定；

步骤7.4：将所述待检电器特征和对应的电器信息共同存入过渡电器特征库。

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