一种采用时域波形拟合的局放脉冲源分离方法及系统与流程

本发明涉及一种局放脉冲源分离方法及系统，尤其是涉及一种采用时域波形拟合的局放脉冲源分离方法及系统。

背景技术：

1、对变压器类设备绝缘的局部放电(partial discharge,pd)进行巡检型或诊断型试验时，基于脉冲峰值-时间序列的传统检测或监测系统对于存在多pd源(包含两个)或异常干扰噪声源时，若信号源频谱重叠即设置的硬件滤波器或者数字滤波失效，其获取的数据将是随机混叠的峰值-时间序列，即用于分析的交流下放电相位(phase resolvedpartial discharge,prpd)谱图或直流下放电时间(time-amplitude resolved partialdischarge,tarpd)谱图是随机混叠的，使得利用单一缺陷模型数据库构造的诊断系统无法给出准确分析和判断结果。针对上述工况，国外意大利bologna大学于2002年开始、国内西安交通大学则于2008年开始，相继提出了基于超宽频带检测的多pd源检测技术。如图1所示(电工技术学报，2009.3，24(3)：基于波形非线性映射的多局部放电脉冲群快速分类)，即将传统的脉冲峰值-时间序列检测改为脉冲波形-时间序列检测，即记录单个脉冲波形及其获取时刻；使用某种“技术”将获取的混合原始脉冲群进行快速分类，并将具有相似性脉冲组成的各子类脉冲群转换成峰值-时间序列，然后再按传统的放电谱图进行数据处理。这样，该系统不仅解决了峰值-时间序列的混叠问题，而且可以对存在干扰的多pd源进行检测和识别。

2、上述的多pd脉冲群快速分类技术，其主要由2部分组成：1)是脉冲波形特征参数提取方法；2)被检测的脉冲群基于1)提取结果在2d平面或3d空间中分布显示，利用无监督聚类分析、人工手动分类技术等手段实现混合原始脉冲群分离形成各自具有相似特征即“自聚类”的子脉冲群，从而实现多pd源以及噪声源的分离。可见，第1)部分即脉冲波形特征参数提取方法是核心，也是后续能否聚类分析实施的基础。目前，常见的用于pd检测的脉冲特征参数提取方法是等效时频法，即基于脉冲时域和频域两个波形同时开展的特征参数提取方法。但该方法计算较为复杂，效率不高，且不适用于各种电压特性情况下的检测，使用范围较单一。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种采用时域波形拟合的局放脉冲源分离方法及系统。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种采用时域波形拟合的局放脉冲源分离方法，所述的方法包括以下步骤：

4、s1、基于脉冲电流超宽频带检测系统，对试品进行试验获取脉冲波形-时间序列数据，即脉冲群；

5、s2、对脉冲群进行存储形成原始数据，调用prpd or tarpd谱图显示，查看原始脉冲群是否异常混叠，若否，则结束流程；若是，则进入s3；

6、s3、调用三参数波形拟合算法，对脉冲群包含的所有时域波形进行波形拟合，进行时间常数τ1、时间常数τ2以及振荡频率f提取，形成特征参数分布3d空间(τ1，τ2，f)j＝1,...,n；

7、s4、针对特征参数分布3d空间(τ1，τ2，f)j＝1,...,n，利用sub-3d空间子脉冲群提取对应的子脉冲群；

8、s5、对子脉冲群进行检查其包含的典型时域波形，以及进行prpd or tarpd谱图显示，查看子脉冲群提取的结果，完成局放脉冲源分离。

9、进一步地，所述的s1具体为：由基于脉冲波形触发技术或者移动提取窗技术记录单个时域波形和对应触发时刻的脉冲波形-时间序列pt(i,j)，公式定义如下：

10、

11、其中，j表示第j个脉冲时域波形；tj表示第j个脉冲时域波形出现时间，单位为μs；k表示每个脉冲时域波形组成点个数；pi表示脉冲时域波形第i个点对应的幅值，单位为mv；δt(i-1)表示脉冲时域波形第i个点对应的时间，单位为ns；δt为采样时间间隔。

12、进一步地，所述的prpd or tarpd谱图显示具体为：

13、s201、在交流状态下将第j个脉冲波形出现时间转换成相位信息，即第m个周期且相角为的脉冲波形，表达式如下：

14、

15、其中，m≥1；

16、s202、求取脉冲波形-时间序列pt(i,j)包含每个脉冲波形的峰值，公式如下：

17、umaxj＝max(pt(i,j))

18、s203、基于(umaxj，)实现prpd谱图显示，基于(umaxj，tj)实现tarpd谱图显示。

19、进一步地，所述的s3具体为：对于脉冲波形-时间序列pt(i,j)，基于p(x)＝a(e-t/τ1-e-t/τ2)sin2πft模型对每一个脉冲时域波形进行三参数波形拟合，得到特征参数分布3d空间(τ1，τ2，f)j＝1,...,n；幅值a通过归一化幅值方式处理。

20、进一步地，所述的三参数波形拟合算法具体为：

21、设置一个参数jj，当jj从零到k时，由以下公式更新时间常数和振荡频率：τ1’＝τ1_init+jj*bc，τ2’＝τ2_init+jj*bc，f’＝f_init+jj*bc；

22、设置当前拟合波形与第j个脉冲时域波形的幅值误差sum_e值为0；

23、当i从1到k时，

24、t(i)＝δt(i-1)

25、p3p(i)＝(e^(-t(i)/τ1’)-e^(-t(i)/τ2’))*sin(2*3.1415927*t(i)*f’)

26、sum_e＝sum_e+abs(pt(i,j)-p3p(i))；

27、如果sum_e<sum_e_min，则用τ1’代替τ1，τ2’代替τ2，f’代替f，直到循环结束；

28、其中，k表示迭代算法的最大计算次数；bc表示迭代算法的步长设置；τ1_init表示τ1的初始值；τ2_init表示τ2的初始值；f_init表示f的初始值；sum_e表示；sum_e_min表示迭代算法设置的波形最小幅值误差。

29、其中，k表示迭代算法的最大计算次数；bc表示迭代算法的步长设置；τ1_init表示τ1的初始值；τ2_init表示τ2的初始值；f_init表示f的初始值；sum_e表示当前拟合波形与第j个脉冲时域波形的幅值误差；sum_e_min表示迭代算法设置的波形最小幅值误差。

30、进一步地，所述的s4具体为：

31、s401、根据特征参数分布3d空间的分布情况，确定子脉冲群提取的个数n；

32、s402、在软件显示控件上利用鼠标拖拉控件，设置包含子脉冲群特征参数分布的x轴、y轴和z轴坐标数值；

33、s403、获取当前sub-3d空间中所有特征参数值对应脉冲波形在原始混合脉冲群中的序号；

34、s404、根据序号得到快速提取的重组子脉冲群pulsei。

35、一种用于所述的采用时域波形拟合的局放脉冲源分离方法的系统，所述的系统包括：

36、脉冲群时域波形模块，通过脉冲电流超宽频带检测法获取脉冲波形-时间序列数据，即脉冲群；

37、脉冲群存储、分析和通信控制模块，与脉冲群时域波形模块连接，用于存储并分析原始脉冲群，调用其他模块；

38、prpd or tarpd谱图显示模块，与脉冲群存储、分析和通信控制模块连接，用于对原始脉冲群进行prpd or tarpd谱图显示；

39、三参数波形拟合算法模块，与脉冲群存储、分析和通信控制模块连接，用于对脉冲群包含的所有时域波形进行波形拟合，进行时间常数τ1、时间常数τ2以及振荡频率f提取，形成特征参数分布3d空间(τ1，τ2，f)j＝1,...,n；

40、特征参数分布3d空间显示模块，与脉冲群存储、分析和通信控制模块连接，用于显示形成的特征参数分布3d空间；

41、sub-3d空间子脉冲群提取模块，与脉冲群存储、分析和通信控制模块连接，用于利用sub-3d空间子脉冲群提取对应的子脉冲群，并将对应的子脉冲群返回prpd or tarpd谱图显示模块进行prpd or tarpd谱图显示。

42、进一步地，所述的脉冲电流超宽频带检测法的模拟带宽为30mhz，采样率大于100ms/s。

43、一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的方法。

44、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上所述的方法。

45、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

46、一、本发明通过时域波形拟合来进行局放脉冲源的分离，利用众所周知的脉冲波形衰减振荡特性，基于指数衰减振荡模型p(x)＝a(e-t/τ1-e-t/τ2)sin2πft来刻画时域波形的特征参数，能够用于脉冲群的快速特征提取，计算方法简单，局放脉冲源的分离效率高。

47、二、本发明的方法能够用于交流下和直流下的超宽频带检测获取的脉冲波形-时间序列，也能推广至振荡冲击电压或者脉冲电压下的局部放电检测，与试验电压特性无关，适用范围广。