本公開屬于負荷識別領(lǐng)域，尤其涉及一種基于電壓電流軌跡圖像的負荷識別方法、系統(tǒng)、電子設(shè)備及存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，電力系統(tǒng)中發(fā)、輸、配、用電環(huán)節(jié)的能源利用效率日益提升，對消費者的用電模式進行分析并提供節(jié)能指導(dǎo)越發(fā)重要。然而，作為電能傳輸終端，用戶側(cè)電能管理體系尚未發(fā)展成熟，其中，電能分項統(tǒng)計數(shù)據(jù)的缺乏，成為了限制該體系發(fā)展的原因之一。

2、在管理用戶側(cè)電能使用情況時，常用的相對簡單直接的方式是設(shè)置一個能夠每隔幾秒或更高采樣率的侵入式設(shè)備，來定期確定家庭總電力消耗。然而在實際場景中，用這種方式監(jiān)測用電情況既不方便，成本也更加昂貴，無法實現(xiàn)電能分項計量，用戶側(cè)用電結(jié)構(gòu)不明晰，無法有針對性地管理用電行為。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本公開提供了一種基于電壓電流軌跡圖像的負荷識別方法、系統(tǒng)、電子設(shè)備及存儲介質(zhì)。從更多層面豐富、擴大特征空間，使得最終得到的負荷特征能夠更全面的表達出對應(yīng)負荷的特點，提高對負荷識別的準確性。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明第一方面提出一種基于電壓電流軌跡圖像的負荷識別方法，所述識別方法包括：

3、基于原始穩(wěn)態(tài)電壓電流數(shù)據(jù)生成電壓電流軌跡圖像；基于所述電壓電流軌跡圖像中的數(shù)據(jù)進行彩色編碼生成彩色圖像；

4、提取所述電壓電流軌跡圖像中的軌跡特征，并基于所述電壓電流軌跡圖像和所述彩色圖像分別構(gòu)建方體復(fù)形，提取各個所述方體復(fù)形的拓撲特征；

5、將各個所述軌跡特征和各個所述拓撲特征分別進行拼接，生成多個拼接特征，并根據(jù)各個所述拼接特征之間的相關(guān)度，從所述拼接特征中篩選出負荷特征；

6、對各個所述負荷特征進行識別，得到負荷識別結(jié)果。

7、根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式，所述基于所述電壓電流軌跡圖像中的數(shù)據(jù)進行彩色編碼生成彩色圖像，包括：

8、根據(jù)所述電壓電流軌跡圖像確定有功電壓和有功電流，并基于所述有功電壓和所述有功電流生成表示電壓電流軌跡方向的第一彩色編碼；

9、根據(jù)所述電壓電流軌跡圖像確定有功功率和視在功率，并基于所述有功功率和所述視在功率生成表示功率因數(shù)的第二彩色編碼；

10、根據(jù)所述電壓電流軌跡圖像生成多個周期的二值圖像，根據(jù)所述二值圖像中像素值的平均值生成第三彩色編碼；

11、根據(jù)所述第一彩色編碼、第二彩色編碼和所述第三彩色編碼生成所述彩色圖像。

12、根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式，所述基于所述電壓電流軌跡圖像和所述彩色圖像分別構(gòu)建方體復(fù)形，包括：

13、將所述電壓電流軌跡圖像和所述彩色圖像中的像素點分別作為頂點，根據(jù)各個所述像素點的像素值，在所述頂點之間構(gòu)建高維立方體；

14、將所述電壓電流軌跡圖像對應(yīng)的各個所述高維立方體組裝，得到所述電壓電流軌跡圖像對應(yīng)的方體復(fù)形；

15、將所述彩色圖像對應(yīng)的各個所述高維立方體組裝，得到所述彩色圖像對應(yīng)的方體復(fù)形。

16、根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式，所述提取各個所述方體復(fù)形的拓撲特征，包括：

17、根據(jù)像素值大小對各個所述方體復(fù)形進行過濾，得到不同像素值對應(yīng)的過濾方體復(fù)形；

18、提取所述過濾方體復(fù)形中的貝蒂數(shù)、持續(xù)振幅以及持續(xù)熵作為所述拓撲特征；其中，貝蒂數(shù)為所述過濾方體復(fù)形中的點的個數(shù)，持續(xù)振幅為所述過濾方體復(fù)形中點離對角線的最遠距離，持續(xù)熵為所述過濾方體復(fù)形的香農(nóng)熵。

19、根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式，所述提取所述電壓電流軌跡圖像中的軌跡特征，包括：

20、對所述電壓電流軌跡圖像中的軌跡進行旋轉(zhuǎn)，將旋轉(zhuǎn)前后的軌跡間距作為第一軌跡特征；

21、和/或，計算所述電壓電流軌跡圖像中軌跡與坐標軸行程的封閉區(qū)域的面積作為第二軌跡特征；

22、和/或，在所述電壓電流軌跡圖像的軌跡中添加一條折線將所述軌跡分為兩個部分，將所述折線的彎曲程度作為第三軌跡特征；

23、和/或，將所述電壓電流軌跡圖像中的軌跡平均分為三段，選取中間段的起始點和結(jié)束點計算中間段的斜率作為第四軌跡特征；

24、和/或，將所述電壓電流軌跡圖像中的軌跡平均分為三段，將中間段的峰值作為第五軌跡特征；

25、和/或，根據(jù)所述電壓電流軌跡圖像計算得到有功功率和無功功率，作為第六軌跡特征；

26、和/或，根據(jù)所述電壓電流軌跡圖像確定功率諧波，作為第七軌跡特征；

27、和/或，根據(jù)所述電壓電流軌跡圖像確定原始電流數(shù)據(jù)，作為第八軌跡特征；

28、和/或，根據(jù)所述電壓電流軌跡圖像確定功率諧波和原始電流數(shù)據(jù)，對所述功率諧波和所述原始電流數(shù)據(jù)進行主成分分析，作為第九軌跡特征。

29、根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式，所述根據(jù)各個所述拼接特征之間的相關(guān)度，從所述拼接特征中篩選出負荷特征，包括：

30、計算各個所述拼接特征之間的互信息作為相關(guān)度；

31、將互信息與預(yù)設(shè)標準進行比較，將符合預(yù)設(shè)標準的互信息對應(yīng)的拼接特征作為負荷特征。

32、根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式，所述對各個所述負荷特征進行識別，得到負荷識別結(jié)果，包括：

33、將所述負荷特征輸入到預(yù)先訓(xùn)練的機器學(xué)習(xí)分類器，得到負荷識別結(jié)果。

34、根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式，所述方法還包括：

35、選擇包括多種負荷的電壓和電流的公開數(shù)據(jù)集作為訓(xùn)練樣本集；

36、根據(jù)所述訓(xùn)練樣本集中負荷的電壓和電流分別生成樣本電壓電流軌跡圖像；并將各個所述樣本電壓電流軌跡圖像進行彩色編碼生成樣本彩色圖像；

37、提取各個所述樣本電壓電流軌跡圖像中的樣本軌跡特征，并基于所述樣本電壓電流軌跡圖像和所述樣本彩色圖像分別構(gòu)建樣本方體復(fù)形，提取各個所述樣本方體復(fù)形的樣本拓撲特征；

38、將所述樣本軌跡特征和各個所述樣本拓撲特征分別進行拼接，生成多個樣本拼接特征，并根據(jù)各個所述樣本拼接特征之間的相關(guān)度，從所述樣本拼接特征中篩選出樣本負荷特征；

39、通過各個負荷及對應(yīng)的樣本負荷特征對機器學(xué)習(xí)分類器進行迭代訓(xùn)練，得到訓(xùn)練完成的用于識別負荷的機器學(xué)習(xí)分類器。

40、根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式，所述方法還包括：

41、將所述公開數(shù)據(jù)集中一部分的數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本集；所述公開數(shù)據(jù)集中的另一部分的數(shù)據(jù)作為測試樣本集；

42、在所述機器學(xué)習(xí)分類器訓(xùn)練完成時，通過所述測試樣本集對所述機器學(xué)習(xí)分類器進行測試，驗證所述機器學(xué)習(xí)分類器是否準確。

43、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明第二方面提出一種基于電壓電流軌跡圖像的負荷識別系統(tǒng)，所述識別系統(tǒng)包括：

44、圖像生成模塊，用于基于原始穩(wěn)態(tài)電壓電流數(shù)據(jù)生成電壓電流軌跡圖像；基于所述電壓電流軌跡圖像中的數(shù)據(jù)進行彩色編碼生成彩色圖像；

45、特征提取模塊，用于提取所述電壓電流軌跡圖像中的軌跡特征，并基于所述電壓電流軌跡圖像和所述彩色圖像分別構(gòu)建方體復(fù)形，提取各個所述方體復(fù)形的拓撲特征；

46、特征篩選模塊，用于將各個所述軌跡特征和各個所述拓撲特征分別進行拼接，生成多個拼接特征，并根據(jù)各個所述拼接特征之間的相關(guān)度，從所述拼接特征中篩選出負荷特征；

47、負荷識別模塊，用于對各個所述負荷特征進行識別，得到負荷識別結(jié)果。

48、根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式，所述圖像生成模塊，具體用于根據(jù)所述電壓電流軌跡圖像確定有功電壓和有功電流，并基于所述有功電壓和所述有功電流生成表示電壓電流軌跡方向的第一彩色編碼；根據(jù)所述電壓電流軌跡圖像確定有功功率和視在功率，并基于所述有功功率和所述視在功率生成表示功率因數(shù)的第二彩色編碼；根據(jù)所述電壓電流軌跡圖像生成多個周期的二值圖像，根據(jù)所述二值圖像中像素值的平均值生成第三彩色編碼；根據(jù)所述第一彩色編碼、第二彩色編碼和所述第三彩色編碼生成所述彩色圖像。

49、根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式，特征提取模塊，具體用于將所述電壓電流軌跡圖像和所述彩色圖像中的像素點分別作為頂點，根據(jù)各個所述像素點的像素值，在所述頂點之間構(gòu)建高維立方體；將所述電壓電流軌跡圖像對應(yīng)的各個所述高維立方體組裝，得到所述電壓電流軌跡圖像對應(yīng)的方體復(fù)形；將所述彩色圖像對應(yīng)的各個所述高維立方體組裝，得到所述彩色圖像對應(yīng)的方體復(fù)形。

50、根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式，特征提取模塊，具體用于根據(jù)像素值大小對各個所述方體復(fù)形進行過濾，得到不同像素值對應(yīng)的過濾方體復(fù)形；提取所述過濾方體復(fù)形中的貝蒂數(shù)、持續(xù)振幅以及持續(xù)熵作為所述拓撲特征；其中，貝蒂數(shù)為所述過濾方體復(fù)形中的點的個數(shù)，持續(xù)振幅為所述過濾方體復(fù)形中點離對角線的最遠距離，持續(xù)熵為所述過濾方體復(fù)形的香農(nóng)熵。

51、根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式，特征篩選模塊，具體用于計算各個所述拼接特征之間的互信息作為相關(guān)度；將互信息與預(yù)設(shè)標準進行比較，將符合預(yù)設(shè)標準的互信息對應(yīng)的拼接特征作為負荷特征。

52、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明第三方面提出一種電子設(shè)備，包括：

53、處理器；以及

54、存儲計算機可執(zhí)行指令的存儲器，所述計算機可執(zhí)行指令在被執(zhí)行時使所述處理器執(zhí)行上述任一項實施例所述的方法。

55、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明第四方面提出一種計算機存儲介質(zhì)，其中，所述計算機存儲介質(zhì)存儲一個或多個程序，當所述一個或多個程序被處理器執(zhí)行時，實現(xiàn)上述任一項實施例所述的方法。

56、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本公開具有如下優(yōu)點：本公開通過電壓電流數(shù)據(jù)生成電壓電流軌跡圖像，并對電壓電流軌跡圖像進行彩色編碼將電壓電流軌跡圖像轉(zhuǎn)換為彩色圖像，基于電壓電流軌跡圖像和彩色圖像構(gòu)建方體復(fù)形，再在方體復(fù)形上提取拓撲特征，并將這些拓撲特征與軌跡特征進行拼接，就能得到包含更為豐富的負荷特征表示的拼接特征，最終篩選出相關(guān)度符合要求的拼接特征作為負荷特征，依托于篩選出的負荷特征得到負荷識別結(jié)果，本方案在電壓電流軌跡圖像的基礎(chǔ)上，進一步轉(zhuǎn)換出電壓電流軌跡圖像中各個數(shù)據(jù)對應(yīng)的彩色圖像，通過軌跡圖像和彩色圖像構(gòu)建方體復(fù)形來對圖像中的數(shù)據(jù)進行過濾得到拓撲特征，結(jié)合軌跡特征和拓撲特征得到拼接特征，從更多層面豐富、擴大特征空間，使得最終得到的負荷特征能夠更全面的表達出對應(yīng)負荷的特點，提高對負荷識別的準確性。

57、本公開的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本公開而了解。本公開的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。