一种利用局部相似性的振声检测信号滤波方法和系统与流程

[0001]
本发明涉及电力领域，尤其涉及一种变压器振声检测信号的滤波方法和系统。


背景技术：

[0002]
随着智能电网的高速发展，电力设备安全稳定运行显得尤其重要。目前，对超高压及以上电压等级的电力设备开展运行状态检测，尤其是对异常状态的检测显得愈加重要和迫切。电力变压器作为电力系统的重要组成部分，是变电站中最重要的电气设备之一，其可靠运行关系到电网的安全。一般而言，变压器的异常状态可分为铁芯异常与绕组异常。铁芯异常主要表现为铁芯饱和，绕组异常通常包括绕组变形、绕组松动等。
[0003]
变压器异常状态检测的基本原理是提取变压器运行中的各特征量，分析、辨识并跟踪特征量以此监测变压器的异常运行状态。检测方法按照接触程度可分为侵入式检测和非侵入式检测；按照是否需停机检测可分为带电检测和停电检测；按照检测量类型可以分为电气量法和非电气量法等。相比而言，非侵入式检测可移植性强，安装更方便；带电检测不影响变压器运行；非电气量法与电力系统无电气连接，更为安全。当前变压器运行状态的常用检测方法中，包括检测局部放电的脉冲电流法和超声波检测法、检测绕组变形的频率响应法以及检测机械及电气故障的振动检测法等。这些检测方法主要检测变压器绝缘状况及机械结构状况，其中以变压器振动信号(振声)的检测最为全面，对于大部分变压器故障及异常状态均能有所反应。
[0004]
变压器在运行过程中，铁芯硅钢片的磁致伸缩与绕组电动力引起的振动会向四周辐射不同幅值和频率的振声信号。变压器正常运行时对外发出的是均匀的低频噪声；如果发出不均匀声音，则属不正常现象。变压器在不同运行状态下会发出有区别性的声音，可通过对其发出声音的检测，掌握变压器的运行状况。值得关注的是，对变压器不同运行状态下发出声音的检测不仅可以检测很多种引起电气量变化的严重故障，还可以检测许多并未危及绝缘的没有引起电气量变化的异常状态，比如变压器内外部零部件松动等。
[0005]
由于振声检测方法利用了变压器发出的震动信号，很容易受到环境噪声的影响，因此如何有效地识别振声与噪声，是此方法能否成功的关键。


技术实现要素：

[0006]
如前所述，变压器振声检测方法在变压器运行状态监测中有着广泛的应用，且技术相对成熟，但是由于振声检测方法利用了变压器发出的振动信号，很容易受到环境噪声的影响，所以此方法在实际工作环境中应用时常常得不到令人满意的结果。
[0007]
本发明的目的是提供一种利用局部相似性的振声检测信号滤波方法和系统，所提出的方法利用了不同运行状态下变压器振声信号差值与背景噪声差值在局部相似性方面的差异，提高了状态监测的性能。所提出的方法具有较好的鲁棒性，计算也较为简单。
[0008]
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
[0009]
一种利用局部相似性的振声检测信号滤波方法，包括：
[0010]
步骤101获取按时间顺序采集的信号序列s；
[0011]
步骤102求取分块块数，具体为：分块块数记为n
block
，所用求取公式为：
[0012][0013]
其中：
[0014]
为所述信号序列s的方差，
[0015]
snr为所述信号序列s的信噪比，
[0016]
表示对*下取整，
[0017]
*表示任一自变量，
[0018]
n为所述信号序列s的长度；
[0019]
步骤103求取分块信号序列，具体为：第j个分块信号序列记为x
j
，所用求取公式为：
[0020][0021]
其中：
[0022]
j＝1,2,
···
,n
block
为分块序号，
[0023]
为所述分块信号序列x
j
的长度，
[0024]
表示对*上取整，
[0025]
为所述信号序列s的第(j-1)n
x
+1个元素，
[0026]
所述信号序列s的第(j-1)n
x
+2个元素，
[0027]
为所述信号序列s的第jn
x
个元素，
[0028]
如果元素下标大于n，则所对应的元素为s
n
；
[0029]
步骤104求取分块阶数，具体为：分块阶数记为r，所用求取公式为：
[0030][0031]
其中：
[0032]
σ
k
为矩阵[s-m0][s-m0]
t
的第k个特征值，
[0033]
k＝1,2,
···
,n为特征值序号，
[0034]
m0为所述信号序列s的均值；
[0035]
步骤105求取元素对角矩阵，具体为：第j个元素对角矩阵记为a
j
，所用求取公式为：
[0036]
a
j
＝diag[x
j
]；
[0037]
步骤106求取均值对角矩阵，具体为：第j个均值对角矩阵记为b
j
，所用求取公式为：
[0038]
b
j
＝diag[m
j
]
[0039]
其中：m
j
为第j个均值矢量，所用求取公式为：
[0040]
m
j
＝x
j-m
j
[0041]
m
j
为第j个分块信号序列x
j
的均值；
[0042]
步骤107求取局部相关系数，具体为：第j个局部相关系数记为γ
j
，所用求取公式为：
[0043][0044]
其中：
[0045]
s
j
为所述信号序列s的第j个元素，
[0046]
θ为中间参数；
[0047]
步骤108求取局部相关平均系数，具体为：局部相关平均系数记为γ0，所用求取公式为：
[0048][0049]
步骤109求取滤除了噪声之后的分块信号矢量，具体为：第j个滤除了噪声之后的分块信号矢量记为t
j
，所用求取公式为：
[0050][0051]
其中：
[0052]
u
i
为矩阵的第i个右特征矢量，
[0053]
v
i
为矩阵的第i个左特征矢量，
[0054]
为第i个滤波权重，
[0055]
δt为所述信号序列s的采样间隔，
[0056]
为第i个局部相似性系数，
[0057]
γ
i
为第i个局部相关系数，
[0058]
i＝1,2,
···
,r为权重序号；
[0059]
步骤110求取重构后的信号序列，具体为：重构后的信号序列记为s
new
，所用求取公式为：
[0060][0061]
一种利用局部相似性的振声检测信号滤波系统，包括：
[0062]
模块201获取按时间顺序采集的信号序列s；
[0063]
模块202求取分块块数，具体为：分块块数记为n
block
，所用求取公式为：
[0064][0065]
其中：
[0066]
为所述信号序列s的方差，
[0067]
snr为所述信号序列s的信噪比，
[0068]
表示对*下取整，
[0069]
*表示任一自变量，
[0070]
n为所述信号序列s的长度；
[0071]
模块203求取分块信号序列，具体为：第j个分块信号序列记为x
j
，所用求取公式为：
[0072][0073]
其中：
[0074]
j＝1,2,
···
,n
block
为分块序号，
[0075]
为所述分块信号序列x
j
的长度，
[0076]
表示对*上取整，
[0077]
为所述信号序列s的第(j-1)n
x
+1个元素，
[0078]
所述信号序列s的第(j-1)n
x
+2个元素，
[0079]
为所述信号序列s的第jn
x
个元素，
[0080]
如果元素下标大于n，则所对应的元素为s
n
；
[0081]
模块204求取分块阶数，具体为：分块阶数记为r，所用求取公式为：
[0082][0083]
其中：
[0084]
σ
k
为矩阵[s-m0][s-m0]
t
的第k个特征值，
[0085]
k＝1,2,
···
,n为特征值序号，
[0086]
m0为所述信号序列s的均值；
[0087]
模块205求取元素对角矩阵，具体为：第j个元素对角矩阵记为a
j
，所用求取公式为：
[0088]
a
j
＝diag[x
j
]；
[0089]
模块206求取均值对角矩阵，具体为：第j个均值对角矩阵记为b
j
，所用求取公式为：
[0090]
b
j
＝diag[m
j
]
[0091]
其中：m
j
为第j个均值矢量，所用求取公式为：
[0092]
m
j
＝x
j-m
j
[0093]
m
j
为第j个分块信号序列x
j
的均值；
[0094]
模块207求取局部相关系数，具体为：第j个局部相关系数记为γ
j
，所用求取公式为：
[0095][0096]
其中：
[0097]
s
j
为所述信号序列s的第j个元素，
[0098]
θ为中间参数；
[0099]
模块208求取局部相关平均系数，具体为：局部相关平均系数记为γ0，所用求取公式为：
[0100]
[0101]
模块209求取滤除了噪声之后的分块信号矢量，具体为：第j个滤除了噪声之后的分块信号矢量记为t
j
，所用求取公式为：
[0102][0103]
其中：
[0104]
u
i
为矩阵的第i个右特征矢量，
[0105]
v
i
为矩阵的第i个左特征矢量，
[0106]
为第i个滤波权重，
[0107]
δt为所述信号序列s的采样间隔，
[0108]
为第i个局部相似性系数，
[0109]
γ
i
为第i个局部相关系数，
[0110]
i＝1,2,
···
,r为权重序号；
[0111]
模块210求取重构后的信号序列，具体为：重构后的信号序列记为s
new
，所用求取公式为：
[0112][0113]
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
[0114]
如前所述，变压器振声检测方法在变压器运行状态监测中有着广泛的应用，且技术相对成熟，但是由于振声检测方法利用了变压器发出的振动信号，很容易受到环境噪声的影响，所以此方法在实际工作环境中应用时常常得不到令人满意的结果。
[0115]
本发明的目的是提供一种利用局部相似性的振声检测信号滤波方法和系统，所提出的方法利用了不同运行状态下变压器振声信号差值与背景噪声差值在局部相似性方面的差异，提高了状态监测的性能。所提出的方法具有较好的鲁棒性，计算也较为简单。
附图说明
[0116]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0117]
图1为本发明的方法流程示意图；
[0118]
图2为本发明的系统流程示意图；
[0119]
图3为本发明的具体实施案例流程示意图。
具体实施方式
[0120]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0121]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0122]
图1一种利用局部相似性的振声检测信号滤波方法的流程示意图
[0123]
图1为本发明一种利用局部相似性的振声检测信号滤波方法的流程示意图。如图1所示，所述的一种利用局部相似性的振声检测信号滤波方法具体包括以下步骤：
[0124]
步骤101获取按时间顺序采集的信号序列s；
[0125]
步骤102求取分块块数，具体为：分块块数记为n
block
，所用求取公式为：
[0126][0127]
其中：
[0128]
为所述信号序列s的方差，
[0129]
snr为所述信号序列s的信噪比，
[0130]
表示对*下取整，
[0131]
*表示任一自变量，
[0132]
n为所述信号序列s的长度；
[0133]
步骤103求取分块信号序列，具体为：第j个分块信号序列记为x
j
，所用求取公式为：
[0134][0135]
其中：
[0136]
j＝1,2,
···
,n
block
为分块序号，
[0137]
为所述分块信号序列x
j
的长度，
[0138]
表示对*上取整，
[0139]
为所述信号序列s的第(j-1)n
x
+1个元素，
[0140]
所述信号序列s的第(j-1)n
x
+2个元素，
[0141]
为所述信号序列s的第jn
x
个元素，
[0142]
如果元素下标大于n，则所对应的元素为s
n
；
[0143]
步骤104求取分块阶数，具体为：分块阶数记为r，所用求取公式为：
[0144][0145]
其中：
[0146]
σ
k
为矩阵[s-m0][s-m0]
t
的第k个特征值，
[0147]
k＝1,2,
···
,n为特征值序号，
[0148]
m0为所述信号序列s的均值；
[0149]
步骤105求取元素对角矩阵，具体为：第j个元素对角矩阵记为a
j
，所用求取公式为：
[0150]
a
j
＝diag[x
j
]；
[0151]
步骤106求取均值对角矩阵，具体为：第j个均值对角矩阵记为b
j
，所用求取公式
为：
[0152]
b
j
＝diag[m
j
]
[0153]
其中：m
j
为第j个均值矢量，所用求取公式为：
[0154]
m
j
＝x
j-m
j
[0155]
m
j
为第j个分块信号序列x
j
的均值；
[0156]
步骤107求取局部相关系数，具体为：第j个局部相关系数记为γ
j
，所用求取公式为：
[0157][0158]
其中：
[0159]
s
j
为所述信号序列s的第j个元素，
[0160]
θ为中间参数；
[0161]
步骤108求取局部相关平均系数，具体为：局部相关平均系数记为γ0，所用求取公式为：
[0162][0163]
步骤109求取滤除了噪声之后的分块信号矢量，具体为：第j个滤除了噪声之后的分块信号矢量记为t
j
，所用求取公式为：
[0164][0165]
其中：
[0166]
u
i
为矩阵的第i个右特征矢量，
[0167]
v
i
为矩阵的第i个左特征矢量，
[0168]
为第i个滤波权重，
[0169]
δt为所述信号序列s的采样间隔，
[0170]
为第i个局部相似性系数，
[0171]
γ
i
为第i个局部相关系数，
[0172]
i＝1,2,
···
,r为权重序号；
[0173]
步骤110求取重构后的信号序列，具体为：重构后的信号序列记为s
new
，所用求取公式为：
[0174][0175]
图2一种利用局部相似性的振声检测信号滤波系统的结构意图
[0176]
图2为本发明一种利用局部相似性的振声检测信号滤波系统的结构示意图。如图2所示，所述一种利用局部相似性的振声检测信号滤波系统包括以下结构：
[0177]
模块201获取按时间顺序采集的信号序列s；
[0178]
模块202求取分块块数，具体为：分块块数记为n
block
，所用求取公式为：
[0179][0180]
其中：
[0181]
为所述信号序列s的方差，
[0182]
snr为所述信号序列s的信噪比，
[0183]
表示对*下取整，
[0184]
*表示任一自变量，
[0185]
n为所述信号序列s的长度；
[0186]
模块203求取分块信号序列，具体为：第j个分块信号序列记为x
j
，所用求取公式为：
[0187][0188]
其中：
[0189]
j＝1,2,
···
,n
block
为分块序号，
[0190]
为所述分块信号序列x
j
的长度，
[0191]
表示对*上取整，
[0192]
为所述信号序列s的第(j-1)n
x
+1个元素，
[0193]
所述信号序列s的第(j-1)n
x
+2个元素，
[0194]
为所述信号序列s的第jn
x
个元素，
[0195]
如果元素下标大于n，则所对应的元素为s
n
；
[0196]
模块204求取分块阶数，具体为：分块阶数记为r，所用求取公式为：
[0197][0198]
其中：
[0199]
σ
k
为矩阵[s-m0][s-m0]
t
的第k个特征值，
[0200]
k＝1,2,
···
,n为特征值序号，
[0201]
m0为所述信号序列s的均值；
[0202]
模块205求取元素对角矩阵，具体为：第j个元素对角矩阵记为a
j
，所用求取公式为：
[0203]
a
j
＝diag[x
j
]；
[0204]
模块206求取均值对角矩阵，具体为：第j个均值对角矩阵记为b
j
，所用求取公式为：
[0205]
b
j
＝diag[m
j
]
[0206]
其中：m
j
为第j个均值矢量，所用求取公式为：
[0207]
m
j
＝x
j-m
j
[0208]
m
j
为第j个分块信号序列x
j
的均值；
[0209]
模块207求取局部相关系数，具体为：第j个局部相关系数记为γ
j
，所用求取公式为：
[0210][0211]
其中：
[0212]
s
j
为所述信号序列s的第j个元素，
[0213]
θ为中间参数；
[0214]
模块208求取局部相关平均系数，具体为：局部相关平均系数记为γ0，所用求取公式为：
[0215][0216]
模块209求取滤除了噪声之后的分块信号矢量，具体为：第j个滤除了噪声之后的分块信号矢量记为t
j
，所用求取公式为：
[0217][0218]
其中：
[0219]
u
i
为矩阵的第i个右特征矢量，
[0220]
v
i
为矩阵的第i个左特征矢量，
[0221]
为第i个滤波权重，
[0222]
δt为所述信号序列s的采样间隔，
[0223]
为第i个局部相似性系数，
[0224]
γ
i
为第i个局部相关系数，
[0225]
i＝1,2,
···
,r为权重序号；
[0226]
模块210求取重构后的信号序列，具体为：重构后的信号序列记为s
new
，所用求取公式为：
[0227][0228]
下面提供一个具体实施案例，进一步说明本发明的方案
[0229]
图3为本发明具体实施案例的流程示意图。如图3所示，具体包括以下步骤：
[0230]
步骤301获取按时间顺序采集的信号序列s；
[0231]
步骤302求取分块块数，具体为：分块块数记为n
block
，所用求取公式为：
[0232][0233]
其中：
[0234]
为所述信号序列s的方差，
[0235]
snr为所述信号序列s的信噪比，
[0236]
表示对*下取整，
[0237]
*表示任一自变量，
[0238]
n为所述信号序列s的长度；
[0239]
步骤303求取分块信号序列，具体为：第j个分块信号序列记为x
j
，所用求取公式
为：
[0240][0241]
其中：
[0242]
j＝1,2,
···
,n
block
为分块序号，
[0243]
为所述分块信号序列x
j
的长度，
[0244]
表示对*上取整，
[0245]
为所述信号序列s的第(j-1)n
x
+1个元素，
[0246]
所述信号序列s的第(j-1)n
x
+2个元素，
[0247]
为所述信号序列s的第jn
x
个元素，
[0248]
如果元素下标大于n，则所对应的元素为s
n
；
[0249]
步骤304求取分块阶数，具体为：分块阶数记为r，所用求取公式为：
[0250][0251]
其中：
[0252]
σ
k
为矩阵[s-m0][s-m0]
t
的第k个特征值，
[0253]
k＝1,2,
···
,n为特征值序号，
[0254]
m0为所述信号序列s的均值；
[0255]
步骤305求取元素对角矩阵，具体为：第j个元素对角矩阵记为a
j
，所用求取公式为：
[0256]
a
j
＝diag[x
j
]；
[0257]
步骤306求取均值对角矩阵，具体为：第j个均值对角矩阵记为b
j
，所用求取公式为：
[0258]
b
j
＝diag[m
j
]
[0259]
其中：m
j
为第j个均值矢量，所用求取公式为：
[0260]
m
j
＝x
j-m
j
[0261]
m
j
为第j个分块信号序列x
j
的均值；
[0262]
步骤307求取局部相关系数，具体为：第j个局部相关系数记为γ
j
，所用求取公式为：
[0263][0264]
其中：
[0265]
s
j
为所述信号序列s的第j个元素，
[0266]
θ为中间参数；
[0267]
步骤308求取局部相关平均系数，具体为：局部相关平均系数记为γ0，所用求取公式为：
[0268][0269]
步骤309求取滤除了噪声之后的分块信号矢量，具体为：第j个滤除了噪声之后的
分块信号矢量记为t
j
，所用求取公式为：
[0270][0271]
其中：
[0272]
u
i
为矩阵的第i个右特征矢量，
[0273]
v
i
为矩阵的第i个左特征矢量，
[0274]
为第i个滤波权重，
[0275]
δt为所述信号序列s的采样间隔，
[0276]
为第i个局部相似性系数，
[0277]
γ
i
为第i个局部相关系数，
[0278]
i＝1,2,
···
,r为权重序号；
[0279]
步骤310求取重构后的信号序列，具体为：重构后的信号序列记为s
new
，所用求取公式为：
[0280][0281]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述较为简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0282]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。