一种变压器运行状态振声检测信号滤波方法及系统与流程

本发明涉及信号滤波技术领域，特别是涉及一种变压器运行状态振声检测信号滤波方法及系统。

背景技术：

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。

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。

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。

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。现在常用的方法，对此问题重视不够，还未采取有效的措施解决此问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种变压器运行状态振声检测信号滤波方法及系统，能够滤除背景噪声，有效地进行振声识别。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种变压器运行状态振声检测信号滤波方法，包括：

获取振动信号序列，所述振动信号序列包括多个振动信号；

根据所述振动信号序列采用振动信号作差法确定信号差分序列；

根据所述振动信号序列和所述信号差分序列分别确定期望序列和超平面投影矩阵；

根据所述期望序列和所述超平面投影矩阵进行滤波处理，得到滤波后的信号序列。

可选的，所述根据所述振动信号序列采用振动信号作差法确定信号差分序列，具体包括：

根据如下公式确定信号差分序列：

δs＝[0,s2-s1,s3-s2,…,sn-sn-1]

式中，δs表示信号差分序列，振动信号序列s＝[s1,s2,…,sn]，n表示振动信号序列的长度，sn表示s的第n个元素。

可选的，所述根据所述振动信号序列和所述信号差分序列分别确定期望序列和超平面投影矩阵，具体包括：

根据如下公式确定期望序列：

其中，

式中，s^*表示期望序列，p表示超平面投影阶数，σs表示振动信号序列s的均方差，σδs表示信号差分序列δs的均方差，snr表示振动信号序列的信噪比；

根据如下公式确定超平面投影矩阵：

式中，wopt表示超平面投影矩阵，w表示中间矢量，λmax表示空间矩阵a的最大特征值，a＝{[δs]^t[δs]-s^ts}^p。

可选的，所述根据所述期望序列和所述超平面投影矩阵进行滤波处理，得到滤波后的信号序列，具体包括：

根据如下公式确定滤波后的信号序列：

snew＝wopts*

式中，snew表示滤波后的信号序列。

本发明还提供一种变压器运行状态振声检测信号滤波系统，包括：

振动信号序列获取模块，用于获取振动信号序列，所述振动信号序列包括多个振动信号；

信号差分序列确定模块，用于根据所述振动信号序列采用振动信号作差法确定信号差分序列；

期望序列和超平面投影矩阵确定模块，用于根据所述振动信号序列和所述信号差分序列分别确定期望序列和超平面投影矩阵；

滤波模块，用于根据所述期望序列和所述超平面投影矩阵进行滤波处理，得到滤波后的信号序列。

可选的，所述信号差分序列确定模块，具体包括：

信号差分序列确定单元，用于根据如下公式确定信号差分序列：

δs＝[0,s2-s1,s3-s2,…,sn-sn-1]

式中，δs表示信号差分序列，振动信号序列s＝[s1,s2,…,sn]，n表示振动信号序列的长度，sn表示s的第n个元素。

可选的，所述期望序列和超平面投影矩阵确定模块，具体包括：

期望序列确定单元，用于根据如下公式确定期望序列：

其中，

式中，s^*表示期望序列，p表示超平面投影阶数，σs表示振动信号序列s的均方差，σδs表示信号差分序列δs的均方差，snr表示振动信号序列的信噪比；

超平面投影矩阵确定单元，用于根据如下公式确定超平面投影矩阵：

式中，wopt表示超平面投影矩阵，w表示中间矢量，λmax表示空间矩阵a的最大特征值，a＝{[δs]^t[δs]-s^ts}^p。

可选的，所述滤波模块，具体包括：

滤波单元，用于根据如下公式确定滤波后的信号序列：

snew＝wopts*

式中，snew表示滤波后的信号序列。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出了一种变压器运行状态振声检测信号滤波方法及系统，获取振动信号序列，根据振动信号序列采用振动信号作差法确定信号差分序列；根据振动信号序列和信号差分序列分别确定期望序列和超平面投影矩阵；根据期望序列和超平面投影矩阵进行滤波处理，得到滤波后的信号序列，能够滤除背景噪声，有效地进行振声识别。

附图说明

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，显而易见地，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中变压器运行状态振声检测信号滤波方法流程图；

图2为本发明实施例中变压器运行状态振声检测信号滤波系统结构图。

具体实施方式

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。

本发明的目的是提供一种变压器运行状态振声检测信号滤波方法及系统，能够滤除背景噪声，有效地进行振声识别。

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。

实施例

图1为本发明实施例中变压器运行状态振声检测信号滤波方法流程图，如图1所示，一种变压器运行状态振声检测信号滤波方法，包括：

步骤101：获取振动信号序列，振动信号序列包括多个振动信号。

步骤102：根据振动信号序列采用振动信号作差法确定信号差分序列。

步骤102，具体包括：

根据如下公式确定信号差分序列：

δs＝[0,s2-s1,s3-s2,…,sn-sn-1]

式中，δs表示信号差分序列，振动信号序列s＝[s1,s2,…,sn]，n表示振动信号序列的长度，sn表示s的第n个元素。

步骤103：根据振动信号序列和信号差分序列分别确定期望序列和超平面投影矩阵。

步骤103，具体包括：

根据如下公式确定期望序列：

其中，

式中，s^*表示期望序列，p表示超平面投影阶数，σs表示振动信号序列s的均方差，σδs表示信号差分序列δs的均方差，snr表示振动信号序列的信噪比；

根据如下公式确定超平面投影矩阵：

式中，wopt表示超平面投影矩阵，w表示中间矢量，λmax表示空间矩阵a的最大特征值，a＝{[δs]^t[δs]-s^ts}^p。

步骤104：根据期望序列和超平面投影矩阵进行滤波处理，得到滤波后的信号序列。

步骤104，具体包括：

根据如下公式确定滤波后的信号序列：

snew＝wopts*

式中，snew表示滤波后的信号序列。

图2为本发明实施例中变压器运行状态振声检测信号滤波系统结构图。如图2所示，一种变压器运行状态振声检测信号滤波系统，包括：

振动信号序列获取模块201，用于获取振动信号序列，振动信号序列包括多个振动信号。

信号差分序列确定模块202，用于根据振动信号序列采用振动信号作差法确定信号差分序列。

信号差分序列确定模块202，具体包括：

信号差分序列确定单元，用于根据如下公式确定信号差分序列：

δs＝[0,s2-s1,s3-s2,…,sn-sn-1]

式中，δs表示信号差分序列，振动信号序列s＝[s1,s2,…,sn]，n表示振动信号序列的长度，sn表示s的第n个元素。

期望序列和超平面投影矩阵确定模块203，用于根据振动信号序列和信号差分序列分别确定期望序列和超平面投影矩阵。

期望序列和超平面投影矩阵确定模块203，具体包括：

期望序列确定单元，用于根据如下公式确定期望序列：

其中，

式中，s^*表示期望序列，p表示超平面投影阶数，σs表示振动信号序列s的均方差，σδs表示信号差分序列δs的均方差，snr表示振动信号序列的信噪比；

超平面投影矩阵确定单元，用于根据如下公式确定超平面投影矩阵：

式中，wopt表示超平面投影矩阵，w表示中间矢量，λmax表示空间矩阵a的最大特征值，a＝{[δs]^t[δs]-s^ts}^p。

滤波模块204，用于根据期望序列和超平面投影矩阵进行滤波处理，得到滤波后的信号序列。

滤波模块204，具体包括：

滤波单元，用于根据如下公式确定滤波后的信号序列：

snew＝wopts*

式中，snew表示滤波后的信号序列。

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，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。