基于eemd峰度阈值的变压器振动信号降噪方法
【专利摘要】基于EEMD峰度阈值的变压器振动信号降噪方法。针对非平稳信号的降噪，国内外学者已提出许多方法，大致可分为基于时间域统计、基于傅立叶变换及基于小波变换的时频分析方法三大类。这些方法都有各自的优缺点，如：频域方法理论成熟，但难以分离频率重叠部分的信号；小波变换方法虽具有多分辨性能，但其降噪效果往往依赖于小波基和阈值的选择。本发明的组成包括：首先对随机信号进行EEMD分解，然后针对每一个本征模函数IMF进行自相关函数计算并求其峰度系数，然后利用阈值将这些本征模函数IMF进行区分，进而剔除噪声信号。本发明用于变压器振动信号降噪。
【专利说明】基于EEMD峰度阈值的变压器振动信号降噪方法
[0001]【技术领域】:
本发明涉及一种基于EEMD峰度阈值的变压器振动信号降噪方法。
[0002]【背景技术】:
变压器作为电力系统中重要的枢纽设备，其不但价格十分昂贵，作用也十分重要，保证其安全可靠运行是整个电网安全运行的关键，因此对其运行状态进行实时检测是十分必要的。目前，基于振动信号分析的变压器故障诊断方法作为一种新型的诊断方法，它具有实时性及在线运行的特点，现已在电力系统中广泛采用。然而工程中实际采集的信号都含有大量噪声，如:变压器设备早期发生故障时，采集的振动信号中含有随机噪声，使得能反应故障特征的有效信息变得非常微弱，因此如何能有效提取有用信号、抑制噪声提高信噪比是基于振动信号进行故障诊断的前提条件和必要环节。
[0003]针对非平稳信号的降噪，国内外学者已提出许多方法，大致可分为基于时间域统计、基于傅立叶变换及基于小波变换的时频分析方法三大类。这些方法都有各自的优缺点，如:频域方法理论成熟，但难以分离频率重叠部分的信号；小波变换方法虽具有多分辨性能，但其降噪效果往往依赖于小波基和阈值的选择。经验模式分解(EMD)是Huang等人1997年提出的将多分量信号分解成多个固有模式分量(IMF)的方法。这些IMF分量中的瞬时频率具有实际的物理意义，且频率由高到底依次分布，具有很强的频率选层性能，是一种完全自适应的分解方法。一般情况而言该方法可获得较好的降噪效果，然而如果信号中存在异常突变，受EMD方法模式混叠现象及断点效应等缺点的影响，降噪效果将变差。
[0004]等人2008年提出的集合经验模式分解方法(EEMD)是将白噪声添加到含有奇异点的信号中以促进抗混分解，有效抑制了模式混叠现象。目前学者们也尝试着利用EEMD方法对信号进行降噪处理，如利用白噪声经EEMD分解的各分量能量密度与平均周期是常数这一特点，对满足条件的噪声分量进行剔除，但剔除的分量有可能含有有用信号，文中并未给出解决办法；也有的方法是利用白噪声与普通信号自相关函数的差异性，先对含噪信号进行EMD分解，然后人为判断哪个MF是噪声分量，再对噪声分量进行软阈值处理，该方法虽能有效抑制噪声，但噪声分量和有用分量的区分只能靠人为判断，具有一定主观性。
[0005]
【发明内容】
:
本发明的目的是提供一种基于EEMD峰度阈值的变压器振动信号降噪方法。
[0006]上述的目的通过以下的技术方案实现:
一种基于EEMD峰度阈值的变压器振动信号降噪方法，该方法包括如下步骤:首先对采集到的变压器振动信号进行EEMD分解，然后针对每一个本征模函数IMF进行自相关函数计算并求其峰度系数，然后利用阈值将这些本征模函数MF进行区分，进而剔除噪声信号。
[0007]所述的基于EEMD峰度阈值的变压器振动信号降噪方法，所述的对信号进行EEMD分解是利用了白噪声的频谱均匀分布的特性，使得白噪声信号经EMD分解后自动平均分解到不同时间尺度上；由于白噪声零均值特性，将多次分解后的本征模函数MF平均后完全消除噪声影响，即得到最终无混叠效应的本征模函数MF分量，具体算法如下:
第一步:在原始信号x(?)中加入M次均值为零，标准方差为常数的白噪声
【权利要求】
1.一种基于EEMD峰度阈值的变压器振动信号降噪方法，其特征是:该方法包括如下步骤:首先对采集到的变压器振动信号进行EEMD分解，然后针对每一个本征模函数IMF进行自相关函数计算并求其峰度系数，然后利用阈值将这些本征模函数MF进行区分，进而剔除噪声信号。
2.根据权利要求1所述的基于EEMD峰度阈值的变压器振动信号降噪方法，其特征是:所述的对信号进行EEMD分解是利用了白噪声的频谱均匀分布的特性，使得白噪声信号经EMD分解后自动平均分解到不同时间尺度上；由于白噪声零均值特性，将多次分解后的本征模函数MF平均后完全消除噪声影响，即得到最终无混叠效应的本征模函数MF分量，具体算法如下: 第一步:在原始信号中加入M次均值为零，标准方差为常数的白噪声
3.根据权利要求1或2所述的基于EEMD峰度阈值的变压器振动信号降噪方法，其特征是:所述的随机信号的自相关函数反应了信号与其自身在不同时间点的相关程度，是一种时间域的统计度量方法，其定义为:
4.根据权利要求1或2或3所述的基于EEMD峰度阈值的变压器振动信号降噪方法，其特征是:所述的自相关函数的峰度系数用来度量数据在中心聚集程度，在正态分布情况下，峰度系数值是0，正的峰度系数说明观察量更集中，有比正态分布更长的尾部；负的峰度系数说明观测量不完全集中，有比正态分布更短的尾部，峰度系数的标准误用来判断分布的正态性，其定义为:(8)
【文档编号】G01H17/00GK103902844SQ201410167375
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月24日 优先权日:2014年4月24日
【发明者】刘福荣, 陶新民, 孙福军, 田伟, 张凯 申请人:国家电网公司, 国网黑龙江省电力有限公司, 哈尔滨工程大学