压缩感知和深度卷积神经网络电能质量扰动分类方法与流程

文档序号:19157050发布日期:2019-11-16 00:57阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种压缩感知和深度卷积神经网络电能质量扰动分类方法,其特征是,步骤如下:

1)建立电能质量扰动信号模型,对电能质量扰动进行分析,通过分析电能质量扰动压缩重构成功率与压缩比的关系,确定观测矩阵的维数m值,确定电能质量扰动的压缩感知采样方法,对电能质量扰动进行采样,采集电能质量扰动的压缩数据;

2)针对采集的压缩数据,设计一种基于深度学习的分类器,该分类器的结构设计解决压缩数据中噪声干扰的问题;

3)根据步骤3设计的分类器和步骤1采集的数据,训练一个适用于电能质量扰动分类的模型;

针对实际扰动数据不平衡和实际采集的数据量不足问题,采用数据增强的方法对实测数据进行处理。

2.如权利要求1所述的压缩感知和深度卷积神经网络电能质量扰动分类方法,其特征是,所述步骤1)中,根据ieee1159标准搭建各种电能质量扰动模型,并通过压缩感知技术,对电能质量扰动信号进行分析,采用逆离散余弦变换idct(inversediscretecosinetransform)作为稀疏基,

离散余弦变换dct(discretecosinetransform)的变换矩阵表示如下式所示:

其中i∈{0,…,n-1}和j∈{0,…,n-1}表示矩阵的行号和列号,c的定义式:

由于dct矩阵是正交的,因此通过执行矩阵转置操作来获得其逆矩阵:

idct=dct-1

采用idct作为稀疏基,采用随机观测矩阵作为观测矩阵。

3.如权利要求1所述的压缩感知和深度卷积神经网络电能质量扰动分类方法,其特征是,所述步骤2)中,为了能对压缩数据进行直接分类电能质量扰动,根据压缩数据的特点采用深度学习网络结构:

(1)采用一维卷积

1-d卷积层:卷积层是深度学习自学特征提取的关键步骤,通过构建过滤器来感知小的感知域的重要特征,第l层中的滤波器数量是fl,xi是输入1-d矩阵(n×1),滤波器内核表示为k(k×1),第fl滤波器的卷积层输出表示如下:

其中m=nk+1,f(x)是激活函数。它实现了从输入到输出的神经元的激活,是第l层的第fl个滤波器输出卷积层,是l中的fl过滤器内核参数,bl是第l层的偏差项。

(2)电能质量压缩数据的采集和传输过程会产生噪声的干扰,为了抑制噪声干扰对分类准确率的影响,网络首层采用宽内核设计,卷积核为64*1,来滤除噪声。因为宽内核提取不到局部特征,在后续的网络中卷积采用3*1的内核设计;

(3)网络为3层卷积层,1层全连接层和softmax层。

4.如权利要求1所述的压缩感知和深度卷积神经网络电能质量扰动分类方法,其特征是,在所述步骤3)中:

(1)批量归一化:通过增设批量归一化bn(batchnormalization)层来对每一层进行归一化处理,且在卷积层或完全连接层之后并且在激活单元之前添加bn层,bn层的转换描述如下:

其中,zl(i,j)是一个神经元响应的输出,ε是一个为数值稳定性增加的小常数,γl(i)和βl(i)是要学习的比例和移位参数,y代表一个输出;

(2)高级优化器:在训练过程中,每个层的权重由称为“优化器”的函数更新,通过分析不同优化器对网络的影响来确定网络采用的优化器;

3)小型小批量训练:使用较小批量计算梯度的近似值然后更新参数

数据增强操作采用的是随机裁剪,适度增加随机噪声,对信号进行反转操作,同时对所有操作的信号进行随机抽取验证,确保数据增强后的数据属于扰动类别数据。


技术总结
本发明属,为提出端到端的智能分类框架,可以针对采集的数据直接进行分类,不需要任何耗时的数据预处理操作,应对压缩感知恢复的误差,在噪声数据中也具有良好的分类性能,本发明,压缩感知和深度卷积神经网络电能质量扰动分类方法,步骤如下:1)建立电能质量扰动信号模型;2)针对采集的压缩数据,设计一种基于深度学习的分类器解决压缩数据中噪声干扰的问题;3)训练一个适用于电能质量扰动分类的模型;针对实际扰动数据不平衡和实际采集的数据量不足问题,采用数据增强的方法对实测数据进行处理。本发明主要应用于电能质量扰动分类场合。

技术研发人员:王继东;徐志林
受保护的技术使用者:天津大学
技术研发日:2019.06.29
技术公布日:2019.11.15
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