配电开关柜局部放电信号去噪方法与流程

1.本发明涉及电气设备检测领域，尤其是一种对配电开关柜的局部放电信号进行去噪的方法。


背景技术：

2.如今，变电站设备的在线监控是电力部门最关注的技术领域。开关柜是电力系统中非常重要的电气设备，必须进行监控。开关柜局部放电信号的在线监测可以很好地反映电力设备的绝缘水平。但是，由于开关柜周围的工作场所因素，在获取局部放电信号的过程中，经常会出现大量窄带高频的周期性干扰信号，而这些信号一般是随机信号。此外，局部放电信号是非线性且不稳定的放电信号。因此，如何准确地从噪声污染信号提取局部放电信号已成为局部放电在线监测的关键。目前常用的几种局部放电信号去噪的方法，包括快速傅里叶变换，小波阈值去噪和经验模态分解等方法，但这些方法仍然存在一定的缺陷。其中快速傅里叶变换主要用于平稳信号去噪，而用于局部放电的非平稳信号的处理通常不适用。在选择小波阈值去噪时，通常要根据相关人员的经验识别出各种信号，因此去噪效果并不总是能够达到预期。经验模态分解算法具有良好的时频特性，能够管理非线性、非平稳信号，具有较强的适应性。但是由于其存在严重的模态混叠，因此不利于信号去噪分析。为了克服这个问题，集成经验模态分解(eemd)方法可以在原始信号中多次叠加有限振幅白噪声，使信号在不同尺度上连续，以在很大程度上消除模态混叠现象。噪声辅助思维方法的思想取决于对白噪声统计特性的研究。但是，随着白噪声的多次扩展，本方法的复杂性和计算的多面性大大增加。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种配电开关柜局部放电信号去噪方法，其特殊之处在于，包含以下步骤：
4.(1)在待测配电开关柜上安装局部放电检测器，检测得到配电开关柜局部放电信号，并将其作为原始信号；
5.(2)设定局部放电信号分解的误差，并确定白噪声信号的添加次数n；
6.(3)将白噪声信号加入原始信号中，得到噪声吸收信号，其中
7.xi(t)＝x(t)+ni(t)
8.ni(t)为第i次添加的白噪声信号，x(t)为原始信号，xi(t)为噪声吸收信号；
9.(4)对噪声吸收信号进行一阶经验模态分解，得到噪声吸收信号的一阶本征模态函数分量，并根据噪声吸收信号的一阶本征模态函数分量计算得到原始信号的一阶本征模态函数分量，其中
[0010][0011]
n为白噪声信号的添加次数，c1(t)为原始信号的一阶本征模态函数分量，c
i,1
(t)
为噪声吸收信号的一阶本征模态函数分量；
[0012]
(5)构建白噪声信号矩阵，并对其进行经验模态分解，得到白噪声信号的本征模态函数分量和白噪声信号的分解余量；
[0013]
(6)构建新的开关柜局部放电信号，其中，
[0014][0015][0016]
x
new1
(t)为新的开关柜局部放电信号，r1(t)为白噪声信号的分解余量，c
ni,1
(t)为第i次添加白噪声信号的本征模态函数分量；
[0017]
(7)以新的开关柜局部放电信号作为原始信号，重复步骤(3)～步骤(6)，直至完成n次添加白噪声信号；
[0018]
(8)最后一次构建的开关柜局部放电信号，即为降噪后的开关柜局部放电信号。
[0019]
进一步地，所述步骤(2)中白噪声信号的添加次数n由以下公式确定：
[0020]
n＝(a/e)2[0021]
其中n为白噪声信号的添加次数，a为所添加白噪声信号幅值标准差与配电开关柜局部放电信号幅值标准差的比值，e为信号降噪相对误差的最大值。
[0022]
进一步地，所述信号降噪相对误差的最大值为1％。
[0023]
进一步地，所述添加白噪声信号的幅值标准差与配电开关柜局部放电信号幅值标准差的比值a满足以下条件：
[0024]
0《a《w/2
[0025]
其中，a为添加白噪声信号的幅值标准差与配电开关柜局部放电信号幅值标准差的比值，w为配电开关柜局部放电信号中高频成分幅值标准差与配电开关柜局部放电信号幅值标准差的比值。
[0026]
进一步地，所述添加白噪声信号的幅值标准差与配电开关柜局部放电信号幅值标准差的比值a＝w/4，其中w为配电开关柜局部放电信号中高频成分幅值标准差与配电开关柜局部放电信号幅值标准差的比值。
[0027]
本发明所提供的配电开关柜局部放电信号去噪方法是在原始信号中添加白噪声后仅分解一阶模式，然后将噪声不断地添加到残留信号中。与其他降噪方法相比没有选择基函数和分解层数的问题。此外，本发明所提供的方法在对配电开关柜局部放电信号进行降噪的过程中保持了每个分量的阈值去噪特征。在分解信号分量的过程中仅分解一阶模式，而不是通过每次添加噪声后的独立分解得到的，这在很大程度上减少了分解后的重建误差，因此采用这种方法在噪声抑制和信号突变特性等方面有一定的优势，可以在更好的保留原始信号特征的前提下，提高降噪效果和信号的准确性与有效性。
附图说明
[0028]
构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0029]
图1为本发明配电开关柜局部放电信号去噪方法的流程图；
具体实施方式
[0030]
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述。
[0031]
如图1所示，本实施例断路器状态诊断方法，包含以下步骤：
[0032]
(1)在待测配电开关柜上安装局部放电检测器，检测得到配电开关柜局部放电信号，并将其作为原始信号；
[0033]
(2)设定局部放电信号分解的误差，并确定白噪声信号的添加次数n，其中白噪声信号的添加次数n由以下公式确定：
[0034]
n＝(a/e)2[0035]
其中，n为白噪声信号的添加次数，a为所添加白噪声信号幅值标准差与配电开关柜局部放电信号幅值标准差的比值，e为信号降噪相对误差的最大值，并且e的取值为1％，所述添加白噪声信号的幅值标准差与配电开关柜局部放电信号幅值标准差的比值a＝w/4，其中w为配电开关柜局部放电信号中高频成分幅值标准差与配电开关柜局部放电信号幅值标准差的比值。
[0036]
(3)将白噪声信号加入原始信号中，得到噪声吸收信号，其中
[0037]
xi(t)＝x(t)+ni(t)
[0038]
ni(t)为第i次添加的白噪声信号，x(t)为原始信号，xi(t)为噪声吸收信号；
[0039]
(4)对噪声吸收信号进行一阶经验模态分解，得到噪声吸收信号的一阶本征模态函数分量，并根据噪声吸收信号的一阶本征模态函数分量计算得到原始信号的一阶本征模态函数分量，其中
[0040][0041]
n为白噪声信号的添加次数，c1(t)为原始信号的一阶本征模态函数分量，c
i,1
(t)为噪声吸收信号的一阶本征模态函数分量；
[0042]
(5)构建白噪声信号矩阵，并对其进行经验模态分解，得到白噪声信号的本征模态函数分量和白噪声信号的分解余量；
[0043]
(6)构建新的开关柜局部放电信号，其中，
[0044][0045][0046]
x
new1
(t)为新的开关柜局部放电信号，r1(t)为白噪声信号的分解余量，c
ni,1
(t)为第i次添加白噪声信号的本征模态函数分量；
[0047]
(7)以新的开关柜局部放电信号作为原始信号，重复步骤(3)～步骤(6)，直至完成n次添加白噪声信号；
[0048]
(8)最后一次构建的开关柜局部放电信号，即为降噪后的开关柜局部放电信号。
[0049]
本实施例中的方法利用了白噪声谱的均匀传输，可以将信号投影到分布在整个时频空间上的白噪声背景上，并进行选择以减少模态混叠现象。与其他方法不同，本方法不依赖于每次添加噪声后的独立分解，而是依赖于最后一次分解的余量，这反过来减小了分解后的重建误差，提高了降噪后信号的准确性。
[0050]
以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人
员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。