兼顾脉冲提取和去噪的电缆局部放电信号处理及定位方法技术

本发明专利技术公开了一种兼顾脉冲提取和信号去噪的局部放电信号处理方法及电力电缆局部放电定位方法，该局部放电信号处理方法采用“先提取，后去噪”的数据处理次序，先利用奇异值分解，将最优奇异阈值与最大奇异值进行比较，实现对局放脉冲的快速、精确定位，并对局放脉冲进行提取，再利用奇异值重构对提取的局部脉冲信号进一步去噪。本发明专利技术基于奇异值分解‑重构法，可实现在较低信噪比条件下仍能有效抑制白再生局放信号白噪声的有效抑制，同时联合1层离散小波去噪，进一步抑制高频干扰。基于上述局部放电信号处理方法对局放脉冲进行提取，可实现对电力电缆局放源(即局部放电点)的精确定位。

Partial Discharge Signal Processing Method and Power Cable Partial Discharge Location Method Considering Pulse Extraction and Signal Denoising

The invention discloses a partial discharge signal processing method and a power cable partial discharge location method, which take into account both pulse extraction and signal denoising. The partial discharge signal processing method adopts the data processing sequence of \extracting first, then denoising\, first uses singular value decomposition, compares the optimal singular threshold with the maximum singular value, and realizes fast and accurate localization of partial discharge pulse. The partial discharge pulse is extracted, and then the singular value reconstruction is used to further denoise the extracted local pulse signal. Based on the singular value decomposition and reconstruction method, the invention can effectively suppress the white noise of white regenerated partial discharge signal at low signal-to-noise ratio, and further suppress the high frequency interference by combining a layer of discrete wavelet denoising. Based on the above method of partial discharge signal processing, the precise location of partial discharge source (i.e. partial discharge point) in power cable can be achieved by extracting the partial discharge pulse.

【技术实现步骤摘要】
兼顾脉冲提取和信号去噪的局部放电信号处理方法及电力电缆局部放电定位方法
本专利技术电力电缆局部放电检测
，涉及局部放电信号波形分析处理技术，具体涉及一种兼顾脉冲提取和信号去噪的局部放电信号处理方法及电力电缆局部放电定位方法。
技术介绍
局部放电(partialdischarge，PD)(简称局放)是电力电缆绝缘出现劣化的表现形式之一，同时也是电力电缆绝缘进一步劣化并导致绝缘失效的主要原因之一。通过对电力电缆进行局部放电检测与分析，可为电力电缆绝缘诊断与监测提供可靠的评判依据。传统的局放信号处理方法主要包含两大类：1)基于相位分布模式统计谱图的特征提取方法，该方法首先统计一段时间内、若干工频周期的局部放电信号(简称局放信号)，绘出局部放电幅值随相位变化的二维图，即局部放电相位分布(phaseresolvedpartialdischarge,PRPD)图，为了更直观地反映局部放电特征，再从PRPD中提取放电工频相位φ、放电量q和放电次数n构成二维或三维谱图(局部放电指纹谱图)，并通过指纹谱图，提取用于表征局部放电谱图的特征量，比如偏斜度Sk、峭度ku、不对称度cc等；2)基于单脉冲的特征提取方法，该方法通常利用局放单脉冲提取用于表征局部放电信号特征的特征量，比如等效时宽T、等效频宽F等，通过提取不同的特征量可对不同类型局放信号进行有效识别且可实现对电力电缆绝缘状态的有效评估。然而，上述两种局放信号处理方法中，均以局放脉冲提取作为获取特征量的基础，但在通常情况下，局放脉冲提取是建立在局放信号去噪基础上的，即“先去噪、后提取”，因此去噪结果直接影响脉冲提取的有效性。申请号为CN201611094903.6，名称为“一种适用于高频电流局部放电检测的脉冲提取方法”的中国专利技术专利，提供了一种基于小波分解-重构的局放去噪方法，而后利用自动阈值计算提取出脉冲段。由于现场局放信号复杂性，仅通过各级小波分解系数的峰值与有效值之比确定信号类型的方法难免会发生漏检、误检。通过自动阈值来选取局放脉冲的方法仅适用于信噪比较高的情况，且当存在幅值差异较大的局放脉冲时，幅值较小的局部脉冲更容易被识别为噪声。
技术实现思路
针对目前基于“先去噪、后提取”的局部脉冲提取有效性差、受去噪结果影响等问题，本专利技术提供了一种兼顾脉冲提取和信号去噪的局部放电信号处理方法，能够有效提取局部脉冲，即使在低信号比情况下，仍具有较强的白噪声抑制能力。本专利技术的另一目的旨在提供一种电力电缆局部放电定位方法。本专利技术采用“先提取、后去噪”的局部放电信号数据处理策略，首先基于短时随机奇异值分解和短时奇异值分解实现对脉冲的快速、精确定位和提取，再进一步利用奇异值分解-重构的方法进行去噪，使局部信号白噪声得到有效抑制。本专利技术提供的兼顾脉冲提取和信号去噪的局部放电信号处理方法包括以下步骤：(1)对局放信号进行滤波处理，得到局放信号序列s(n)，n＝1,2,3,…,N0，N0为整个局放信号序列长度；(2)由局放信号序列s(n)的白噪声标准差η计算确定局放信号全局最优奇异阈值τ*；(3)利用长度为TW的时间窗从局部信号序列s(n)中截取局放信号段y(n)，n＝1,2,3,…,N，N为时间窗内局放信号序列长度；利用该信号段内的局放信号构建矩阵，并对构建的矩阵进行奇异值分解，计算得到该段内局放信号的最大奇异值σmax；将σmax与步骤(2)中计算得到的全局最优奇异阈值τ*比较，若σmax≥τ*，将该时间窗起始时刻记录为脉冲搜索起始时刻ti，i表示提取脉冲数，进入步骤(4)；若σmax<τ*，时间窗沿序列终止的方向滑动一步第一设定步长，利用时间窗重新截取局部信号段，重新构建矩阵，计算σmax，与τ*比较，循环直至σmax≥τ*；(4)将时间窗内的局放信号数据重新构建矩阵，并对构建的矩阵进行奇异值分解，计算得到该段内局放信号的局部最优奇异估计阈值将最优奇异估计阈值与最大奇异值δmax进行以下比较：若①时间窗沿序列起始的方向滑动一步第二设定步长，利用时间窗重新截取局部信号段，重新构建矩阵，计算δmax，与比较，循环直至将该时间窗起始时刻记录为局放脉冲提取的起始ts；②将时间窗返回至脉冲搜索起始时刻ti，并将时间窗沿序列终止的方向滑动一步第三设定步长，利用时间窗重新截取局部信号段，重新构建矩阵，计算δmax，与比较，循环直至将该时间窗终止时刻记录为局放脉冲提取的结束时刻te；提取ts-te时刻的局放信号数据即为第i个局放脉冲信号；若将该时间窗起始时刻记录为局放脉冲提取的起始ts，并将时间窗沿序列终止的方向滑动一步第三设定步长，利用时间窗重新截取局部信号段，重新构建矩阵，计算δmax，与比较，循环直至将该时间窗终止时刻记录为局放脉冲提取的结束时刻te；提取ts-te时刻的局放信号数据即为第i个局放脉冲信号；(5)对步骤(4)提取到的第i个局放脉冲信号进行奇异值分解-重构，得到去噪后的第i个局放脉冲信号；(6)得到去噪后的第i个局放脉冲信号之后，返回步骤(3)-(5)搜索并提取下一个局放脉冲信号，直至搜索到原始局放信号末端，将非局放脉冲序列全部设置为零，完成局放脉冲提取和信号去噪。上述兼顾脉冲提取和信号去噪的局部放电信号处理方法，步骤(1)中，利用高通滤波器对局放信号进行滤波处理，以滤除低频干扰信号。所述高通滤波器的截止频率范围为：50kHz～100kHz。通过高通滤波器滤波处理的局放信号进一步经同轴电缆传至采集装置得到局放信号序列s(n)，所述采集装置的采样率至少为50MS/s，以保证单个局放脉冲有较多数据点，便于后续分析。上述兼顾脉冲提取和信号去噪的局部放电信号处理方法，按以下方法确定噪声标准差与计算全局最优奇异阈值：(21)确定局放信号序列s(n)的白噪声标准差η：利用小波变换(例如db4、db6或db8小波等)对局放信号序列s(n)进行小波分解，由第一层小波细节系数w1,j构建1×j矩阵，j＝N0/2，以为近似估计白噪声标准差，其中median是指对矩阵元素w1,j的绝对值取中位数；(22)按以下公式计算局放信号全局最优奇异阈值τ*，式中β＝L0/K0，K0＝N0-L0+1；L0的取值范围通常为N0/20～N0/2。上述兼顾脉冲提取和信号去噪的局部放电信号处理方法，利用db4、db6或db8小波等对局放信号序列s(n)进行小波分解。本专利技术利用小波对局放信号进行几层小波分解没有特殊要求，不管进行几层小波分解，本专利技术只取第一层小波细节系数。上述兼顾脉冲提取和信号去噪的局部放电信号处理方法，按以下方法确定最大奇异值与局放脉冲搜索位置起始点：(31)利用长度为TW的时间窗从局部信号序列s(n)中截取局放信号片段y(n)，n＝1,2,3,…,N，N为时间窗内局放信号序列长度；(32)构建Hankel矩阵AL×K：式中，K＝N-L+1，L＝N/3；(33)计算矩阵Y＝A·X，X为K×2的随机矩阵X＝randn(K,2)，并将Y正交规范化，得到L×2阶正交基W1；(34)计算矩阵B＝W1T·A；(35)根据B＝UΣVT将矩阵B奇异值分解，式中，U和V分别为2×2维和K×K维正交矩阵；是对角矩阵，其对角元素为矩阵B的奇异值按降序排列，σ1即为最大奇异值σmax；(36)将σ本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种兼顾脉冲提取和信号去噪的局部放电信号处理方法，其特征在于包括以下步骤：(1)对局放信号进行滤波处理，得到局放信号序列s(n)，n＝1,2,3,…,N0，N0为整个局放信号序列长度；(2)由局放信号序列s(n)的白噪声标准差η计算确定局放信号全局最优奇异阈值τ*；(3)利用长度为TW的时间窗从局部信号序列s(n)中截取局放信号段y(n)，n＝1,2,3,…,N，N为时间窗内局放信号序列长度；利用该信号段内的局放信号构建矩阵，并对构建的矩阵进行奇异值分解，计算得到该段内局放信号的最大奇异值σmax；将σmax与步骤(2)中计算得到的全局最优奇异阈值τ*比较，若σmax≥τ*，将该时间窗起始时刻记录为脉冲搜索起始时刻ti，i表示提取脉冲数，进入步骤(4)；若σmax

【技术特征摘要】
1.一种兼顾脉冲提取和信号去噪的局部放电信号处理方法，其特征在于包括以下步骤：(1)对局放信号进行滤波处理，得到局放信号序列s(n)，n＝1,2,3,…,N0，N0为整个局放信号序列长度；(2)由局放信号序列s(n)的白噪声标准差η计算确定局放信号全局最优奇异阈值τ*；(3)利用长度为TW的时间窗从局部信号序列s(n)中截取局放信号段y(n)，n＝1,2,3,…,N，N为时间窗内局放信号序列长度；利用该信号段内的局放信号构建矩阵，并对构建的矩阵进行奇异值分解，计算得到该段内局放信号的最大奇异值σmax；将σmax与步骤(2)中计算得到的全局最优奇异阈值τ*比较，若σmax≥τ*，将该时间窗起始时刻记录为脉冲搜索起始时刻ti，i表示提取脉冲数，进入步骤(4)；若σmax<τ*，时间窗沿序列终止的方向滑动一步第一设定步长，利用时间窗重新截取局部信号段，重新构建矩阵，计算σmax，与τ*比较，循环直至σmax≥τ*；(4)将时间窗内的局放信号数据重新构建矩阵，并对构建的矩阵进行奇异值分解，计算得到该段内局放信号的局部最优奇异估计阈值将最优奇异估计阈值与最大奇异值δmax进行以下比较：若①时间窗沿序列起始的方向滑动一步第二设定步长，利用时间窗重新截取局部信号段，重新构建矩阵，计算δmax，与比较，循环直至将该时间窗起始时刻记录为局放脉冲提取的起始ts；②将时间窗返回至脉冲搜索起始时刻ti，并将时间窗沿序列终止的方向滑动一步第三设定步长，利用时间窗重新截取局部信号段，重新构建矩阵，计算δmax，与比较，循环直至将该时间窗终止时刻记录为局放脉冲提取的结束时刻te；提取ts-te时刻的局放信号数据即为第i个局放脉冲信号；若将该时间窗起始时刻记录为局放脉冲提取的起始ts，并将时间窗沿序列终止的方向滑动一步第三设定步长，利用时间窗重新截取局部信号段，重新构建矩阵，计算δmax，与比较，循环直至将该时间窗终止时刻记录为局放脉冲提取的结束时刻te；提取ts-te时刻的局放信号数据即为第i个局放脉冲信号；(5)对步骤(4)提取到的第i个局放脉冲信号进行奇异值分解-重构，得到去噪后的第i个局放脉冲信号；(6)得到去噪后的第i个局放脉冲信号之后，返回步骤(3)-(5)搜索并提取下一个局放脉冲信号，直至搜索到原始局放信号末端，将非局放脉冲序列全部设置为零，完成局放脉冲提取和信号去噪。2.根据权利要求1所述兼顾脉冲提取和信号去噪的局部放电信号处理方法，其特征在于，按以下方法确定噪声标准差与计算全局最优奇异阈值：(21)确定局放信号序列s(n)的白噪声标准差η：利用小波变换对局放信号序列s(n)进行小波分解，由第一层小波细节系数w1,j构建1×j矩阵，j＝N0/2，以为近似估计白噪声标准差，其中median是指对矩阵元素w1,j的绝对值取中位数；(22)按以下公式计算局放信号全局最优奇异阈值τ*，式中β＝L0/K0，K0＝N0-L0+1；L0的取值范围通常为N0/20～N0/2。3.根据权利要求1所述兼顾脉冲提取和信号去噪的局部放电信号处理方法，其特征在于，按以下方法确定最大奇异值与局放脉冲搜索位置起始点：(31)利用长度为TW的时间窗从局部信号序列s(n)中截取局放信号片段y(n)，n＝1,2,3,…,N，N为时间窗内局放信号序列长度；(32)构建Hankel矩阵AL×K：式中，K＝N-L+1，L＝N/3；(33)计算矩阵Y＝A·X，X为K×2的随机矩阵X＝randn(K,2)，并将Y正交规范化，得到L×2阶正交基W1；(34)计算矩阵B＝W1T·A；(35)根据B＝UΣVT将矩阵B奇异值分解，式中，U和V分别为2×2维和K×K维正交矩阵；是对角矩阵，其对角元素为矩阵B的奇异值按降序排列，σ1即为最大奇异值σmax；(36)将σmax与步骤(2)中计算得到的全局最优奇异阈值τ*比较，若σmax≥τ*，将该时间窗起始时刻记录为脉冲搜索起始时刻ti，进入步骤(4)；i表示提取脉冲数；若σmax<τ*，时间窗沿序列终止的方向滑动一步第一设定步长，利用时间窗重新截取局部信号段返回执行(31)-(36)，重新构建矩阵，计算σmax，与τ*比较，循环直至σmax≥τ*。4.根据权利要求1所述兼顾脉冲提取和信号去噪的局部放电信号处理方法，其特征在于，按以下方法确定第i个局放脉冲信号：(41)将时间窗内的局放信号数据重新构建Hankel矩阵Z：式中...

【专利技术属性】
技术研发人员：周凯，黄永禄，谢敏，赵世林，李泽瑞，朱光亚，冉立，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51