基于共生多元泛函计算的电路系统信号分析与处理方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于共生多元泛函计算的电路系统信号分析与处理方法，主要包括以下步骤：1)基本信号选取；2)信号采集；3)初步运算处理；4)时窗选取；5)共生多元泛函计算；6)同一时窗内多个共生多元泛函获得；7)不同时窗内多个共生多元泛函获得。本申请可以对带电工作的各种电路系统中的参数进行实时精确测量，为电路系统优化运行所作的调控提供依据，可以对系统工作过程中其结构和参数变化进行识别和监测，为电路系统的保护提供依据。

【技术实现步骤摘要】
基于共生多元泛函计算的电路系统信号分析与处理方法
本专利技术涉及信号分析与处理领域，尤其是涉及一种基于共生多元泛函计算的电路系统信号分析与处理方法。
技术介绍
对于带电工作的电路系统，实际中存在着一种普遍的需求，即实时测量其中某些电路参数。实时参数测量的目的不外是，其一，得到精确的实时参数，为优化电路系统运行所作的调控提供依据；其二，发现和识别电路参数甚至电路结构的变化，监测电路系统状态，检测电路系统故障，为电路系统的保护提供依据。电力系统作为传输和分配电能的电路系统，当然也存在这方面的需求。例如，中性点经消弧线圈接地的电力系统，须实时精确测量线路对地总电容，以便确定消弧线圈补偿电感值。又如，在电力系统中一种最常见的电路参数和结构变化是系统运行时发生单相接地故障(singlephaseearthfault，SPEF)。这时，我们期望在保持系统运行的前提下，发现故障并迅速识别发生SPEF的线路，甚至确定故障点位置，即SPEF故障检测。电路系统工作过程中参数的精确测量，以及电路结构或参数变化的发现和识别，其一般方法是，对电路中某些特定信号进行分析处理，即提取其有用信息，得到信号的某种特征描述或参量，并进一步计算、分析和比较以得出结论。电力系统SPEF的检测也是基于同样的思路。但是，对于中性点非有效接地的电力系统，尤其是中性点经消弧线圈接地(也称为谐振接地)的电力系统，已有的信号分析与处理方法却遇到困难。主要表现在，对于持续时间非常短的瞬间SPEF，如自熄灭的弧光SPEF，以及经高电阻接地的SPEF，检测效果不理想，故障线路识别正确率不高，存在检测死区。已开发的用于SPEF检测的信号分析与处理方法，包括稳态信号分析与处理以及暂态信号分析与处理两大类。稳态信号法中，以传统傅里叶分析为基础的方法占有重要地位。其主要缺点是对于瞬间SPEF失效。然而中性点谐振接地电力系统应用日益广泛，这类系统中发生的SPEF绝大多数都是瞬间SPEF，即自熄灭的弧光接地。目前暂态信号法主要包括：1)小波分析法，2)Prony分析法，3)S变换法，4)希尔伯特黄变换(HHT)法，5)信号灰相关度分析法，6)信号峰态分布特征分析法，7)经验模式分解法等。这些方法的共同特点是，针对各线路零序电流暂态信号中可能存在的高频成分，套用其他研究领域所使用的数学分析方法，试图找到某种信号特征描述量，以区别健全线路和故障线路。这些暂态信号分析法存在如下问题。1)发生SPEF时，线路零序电流中的高频成分与多种因素有关，如线路参数、接地故障起始时的相电压相角、故障接地电阻等等，因此其特性随机，且某些情况下高频成分很微弱甚至不存在。2)分析所提取的特征描述量能否有效区别开健全线路与故障线路，其理论依据不足，是否存在例外的情况，缺乏有力的论证。总体而言，停留在盲目试探阶段。由于存在这些问题，这些方法实际效果不理想，难以付诸实用。SPEF检测尚有模型参数识别法、人工智能法以及信息融合法等方面的尝试。这些方法利用了现代数据分析工具，但仅在一般的信号数据处理层面上做出改进，在极大增加处理运算复杂度的同时，回避了对特定信号内在根本规律的揭示和把握，技术路线存疑，实际作用有限。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服
技术介绍
的不足，本专利技术公开了一种基于共生多元泛函计算的电路系统信号分析与处理方法，可以实时地测量带电工作的电路系统中的特定参数，包括元部件的基本参数值，如电阻、电容、电感等，或者是基本参数之间的简单运算，如求和、比值等，也可以是电路单元的参数，如增益、衰减等。技术方案：本专利技术的基于共生多元泛函计算的电路系统信号分析与处理方法，包括以下步骤：步骤1基本信号选取：在同一工作电路系统选取两组基本信号αm(t)、βn(t)；步骤2信号采集：采集得到与αm(t)、βn(t)有对应关系的信号分别表示为sx(t)＝fsx(α1(t),…,αM(t))sy(t)＝fsy(β1(t),…,βN(t))步骤3初步运算处理：选取αm(t)，经过信号采集的环节，并经初步运算或处理，得到函数x(t)＝fx(α1(t),…,αM(t))为多元泛函计算的主信号；选取βn(t)，经过信号采集的环节，并经初步运算或处理，得到函数y(t)＝fy(β1(t),…,βN(t))为多元泛函计算的基底信号；步骤4时窗选取：选取一个时间区域，起始时刻为τ，宽度为Tw，以时窗函数表达，定义基本时窗函数为其起始时刻为0，宽度为Tw，w(t-τ,Tw)表示了所选取的时间区域；步骤5共生多元泛函计算：计算x(t)与y(t)在时窗w(t-τ,Tw)内的短时内积，计算y(t)与y(t)在时窗w(t-τ,Tw)内的短时内积，计算x(t)到y(t)在时窗w(t-τ,Tw)内的短时投影系数P(x,y,Tw,τ)，即为共生多元泛函。其中，步骤1中选取信号，可以是电路中某两点间的电压信号，也可以是某支路的电流信号。可以是电路工作时的自然产生的信号，为了特殊测试或检测目的，也可使电路工作于特定模式，或人为调节电路中某种器件、部件参数，产生特定信号，甚至可以在电路正常工作时，从电路某一点注入特殊信号叠加于正常工作信号上。进一步的，通过滤波器对步骤1或步骤2中的信号进行加工处理，提取所期望的频率成分或抑制其中的随机噪声成分。滤波器可以是高通、低通、带通或维纳滤波等形式，具体形式取决于信号分析与处理的目的以及信号特征。进一步的，还包括步骤6在同一个电路系统中，在特定时窗内监测多个不同的电路参数，重复步骤1到步骤5，采集不同的信号得到不同的主信号与基底信号，计算出对应的共生多元泛函。例如监测K个参数，则重复步骤1到步骤5，选取、采集不同的信号得到不同的主信号与基底信号x1(t),y1(t)；x2(t),y2(t)；…；xK(t),yK(t)，计算出对应的共生多元泛函SMFP(x1,y1,Tw,τ)，P(x2,y2,Tw,τ)，…,P(xK,yK,Tw,τ)进一步得，为了实时监测电路中的多个参数值，可以改变时窗，依次为w(t-τ1,Tw1),w(t-τ2,Tw2),…重复步骤1到步骤6，在每时窗内计算多个共生多元泛函，得到P(x1,y1,Tw1,τ1),P(x2,y2,Tw1,τ1),…,P(xK,yK,Tw1,τ1)P(x1,y1,Tw2,τ2),P(x2,y2,Tw2,τ2),…,P(xK,yK,Tw2,τ2)…其中的时窗序列w(t-τ1,Tw1),w(t-τ2,Tw2),…中，各时窗的时宽可以相同，也可以不同；前后时窗可以重叠、邻接以及有一定时间间隔。进一步的，步骤5中计算x(t)与y(t)在时窗w(t-τ,Tw)内的短时内积：其中y*(t)为y(t)的复共轭函数，对于实函数，y*(t)＝y(t)，再计算y(t)与y(t)在时窗w(t-τ,Tw)内的短时内积然后计算主信号x(t)到基底信号y(t)在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于共生多元泛函计算的电路系统信号分析与处理方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1基本信号选取：在同一工作电路系统选取两组基本信号α

【技术特征摘要】
1.一种基于共生多元泛函计算的电路系统信号分析与处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1基本信号选取：在同一工作电路系统选取两组基本信号αm(t)、βn(t)；
步骤2信号采集：采集得到与αm(t)、βn(t)有对应关系的信号分别表示为
sx(t)＝fsx(α1(t)，…，αM(t))
sy(t)＝fsy(β1(t)，…，βN(t))
步骤3初步运算处理：
选取αm(t)，经过信号采集的环节，并经初步运算或处理，得到函数x(t)＝fx(α1(t)，…，αM(t))为多元泛函计算的主信号；
选取βn(t)，经过信号采集的环节，并经初步运算或处理，得到函数y(t)＝fy(β1(t)，…，βN(t))为多元泛函计算的基底信号；
步骤4时窗选取：选取一个时间区域，起始时刻为τ，宽度为Tw，以时窗函数表达，定义基本时窗函数为



其起始时刻为0，宽度为Tw，w(t-τ，Tw)表示了所选取的时间区域；
步骤5共生多元泛函计算：
计算x(t)与y(t)在时窗w(t-τ，Tw)内的短时内积，
计算y(t)与y(t)在时窗w(t-τ，Tw)内的短时内积，
计算x(t)到y(t)在时窗w(t-τ，Tw)内的短时投影系数P(x，y，Tw，τ)，即为共生多元泛函。


2.根据权利要求1所述的基于共生多元泛函计算的电路系统信号分析与处...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘金铸，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32