不平衡数据集下基于CVAE-CNN模型的智能电表故障多分类方法

提高智能电表故障不平衡多分类准确率对用电采集系统的可靠运行具有重要意义。传统机器学习中以合成少数类过采样(synthetic minority oversampling technique,SMOTE)算法及其变体为代表的过采样方法,较少考虑数据全局分布,而后续采用的分类算法难以从数据中获取更深层特征信息。基于深度学习思想,提出一种基于条件变分自编码器-卷积神经网络(conditionalvariationalautoencoder-convolutional neuralnetwork,CVAE-CNN)模型的不平衡多分类方法,将类别标签作为约束条件,搭建由全连接层构成的CVAE网络生成少数类样本,根据变分下界对服从多维且各维度为独立高斯分布的隐变量建模,学习各类分布特点和数据集全局特征,提高生成数据质量。平衡后的数据采用卷积神经网络进行分类,设计一维卷积层提取数据中潜藏的复杂特征,构造最大池化方法提高模型容错率,依据各类分布特点进行分类处理,提高对少数类别的识别率。以15个KEEL公开数据集和近年采集的智能电表故障数据作为实际算例,所提模型与典型的过采样方法和分类方法进行对比,实验结果表明具有更高的分类精度。