一种基于小波变换的局部放电信号检测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于小波变换的局部放电信号检测方法，属于检测技术领域。该方法包括：对待测信号分段，并舍弃首端与末端信号段；对各信号段进行三层小波分解，采用滤波器处理小波系数；对滤波后的高频小波系数构造节点系数矩阵，对其进行奇异值分解得到奇异值矩阵，然后计算其内积，构造内积矩阵，根据内积矩阵最大最小值与平均值的差值判断条件判断信号中是否含有局部放电信号；若含有局部放电信号，计算各信号段低频小波系数模值的小波系数香农熵并构造香农熵矩阵，计算阈值，根据阈值判断条件判断局部放电信号出现在哪一信号段中。本发明专利技术能够准确直观地检测出局部放电信号的存在并提高了计算效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于小波变换的局部放电信号检测方法
本专利技术属于检测
，涉及一种电力设备局部放电信号检测方法，具体涉及一种基于小波变换的局部放电信号检测方法。
技术介绍
当电力设备中存在气体或液体等电介质时，当气体或液体的局部场强达到其击穿场强，气体或液体局部开始放电，这种放电仅造成绝缘局部短接而不形成导电通道。局部放电现象中，许多高能量电子或高速电子的冲击会引起电力设备绝缘物质发生劣化，减少电力设备的使用寿命。为此，对电网中正常运行的电力设备进行局部放电检测。该检测的目的是判定电力设备的绝缘状况，是否需要进行检修。电网中各电力设备绝缘性能的优劣直接影响到整个电网的安全运行与经济建设，而局部放电是电力设备内部绝缘劣化主要表现形式，如不采取措施任其继续发展，将导致绝缘击穿事故的发生。该试验的目的是识别电力设备是否发生了局部放电，对电网安全运行和检修有着重大的指导意义。目前，在局部放电信号检测领域中，因小波变换有较好的时频局部化的能力，适用于处理突变信号，而被广泛使用，其中，离散小波变换常用于工程中的信号分析。但当干扰信号淹没了局部放电信号时，应用离散小波变换检测局部放电信号方法的效果并不理想。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于小波变换的局部放电信号检测方法，解决局部放电信号被干扰信号淹没时，局部放电信号检测效果不佳的问题，提高检测效果。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于小波变换的局部放电信号检测方法，具体包括以下步骤：S1：对待测信号分段，并舍弃首端与末端的两个信号段；S2：对S1中获得的各信号段进行三层小波分解，得到各个尺度下的高频小波系数Cnikj与低频小波系数Cnj，其中，i＝1,2,3；j＝1为实部，j＝2为虚部；Cnikj表示第n段第i层第k个滤波器的小波系数的实部或虚部，Cnj表示第n段低频小波系数的实部或虚部；S3：采用滤波器处理小波系数；S4：构造由S2中小波分解得到的各信号段的高频小波系数矩阵Dn，对各矩阵Dn进行奇异值分解求取奇异值矩阵，然后计算其内积pn；将各信号段所对应的pn按顺序排列为内积矩阵λ，根据λ的最大最小值与平均值的差值判断条件判断信号中是否含有局部放电信号；S5：对判断为含有局部放电信号的信号，求取各信号段低频小波系数模值的小波系数香农熵，并构造香农熵矩阵E，计算阈值，根据阈值判断条件判断局部放电信号出现在哪一段信号段中。进一步，所述步骤S1中，对待测信号分段具体包括：要求信号段的时间长度涵盖一个局部放电信号的脉冲，以保证可以保留其主要特征，然后将待测信号平均分为m段时间长度为1ms的信号段，m为正整数，且m∈[25,30]，并舍弃其中首端与末端的两个信号段。进一步，所述步骤S3中，采用22阶巴特沃斯高通滤波器处理小波系数，该滤波器的通带和阻带的截止频率分别为500kHz和450kHz，阻带的最小衰减率为20dB。进一步，所述步骤S4具体包括以下步骤：S41：对信号的第n段信号段滤波后的高频小波系数构造高频小波系数矩阵Dn，Dn＝[dn1dn2dn3]T，其中，dni＝[Cni11Cni12Cni21Cni22]T，i＝1,2,3；S42：对高频小波系数矩阵Dn进行奇异值分解，求得该矩阵的奇异值矩阵，并求其内积pn；将各信号段所对应的pn按照在信号段中的先后顺序排列为内积矩阵λ，内积矩阵λ的表达式为：λ＝[p1p2…pn…pm]其中，m为信号段数；S43：判断信号中是否含有局部放电信号，判断条件表达式为：max(λ)-average(λ)>5(average(λ)-min(λ))其中，max(λ)、average(λ)、min(λ)分别表示内积矩阵λ的最大值、平均值、最小值；如果上式成立，则信号中含有局部放电信号，否则，信号中则不含局部放电信号。进一步，所述步骤S5具体包括以下步骤：S51：计算各信号段低频小波系数的模值zn，模值计算的表达式为：S52：计算各信号段低频小波系数的模值zn的香农熵en，小波系数香农熵计算的表达式为：按照信号段在信号中的先后顺序构造香农熵矩阵E，香农熵矩阵E的表达式为：E＝[e1e2…en…em]其中，m为信号段数；S53：计算阈值；以矩阵元素中每信号段的香农熵en分别作为阈值分割线计算方差值gn，gn的表达式为gn＝w0×w1×(u0-u1)2其中，w0为E中大于或等于en的元素的数量所占总元素数量的比例，u0为E中大于或等于en的元素的平均值，w1为E中小于en的元素的数量所占总元素数量的比例，u1为小于en的元素的平均值；按照信号段在信号中的先后顺序构造方差值矩阵G，方差值矩阵G的表达式为：G＝[g1g2…gn…gm]选取G中最大值gi和第二大值gj，并取对应E中的ei和ej，计算ei和ej的平均值作为矩阵G的阈值thr；判断局部放电信号出现在哪一段信号段中，判断条件的表达式为：en>thr即香农熵en是否大于阈值thr，如果成立，则en所代表的信号段中含有局部放电信号，否则，则不含局部放电信号。本专利技术的有益效果在于：本专利技术能够提高在局部放电信号被干扰信号淹没时的局部放电信号的检测效果。本专利技术方法增大了待测信号的信息量，提高了检测算法的计算效率。在进行检测时通过对信号段的小波系数进行滤波处理，可以达到滤除干扰信号的效果。通过比较小波系数香农熵与设定阈值的大小判断信号段中是否含有局部放电信号，能够较为有效地得出检测结果。本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：图1为本专利技术所述的基于小波变换的局部放电信号检测方法流程图；图2为本专利技术实施例中含有局部放电信号的香农熵矩阵E的阈值及各信号段小波香农熵的分布情况。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。请参阅图1～图2，为图1为本专利技术的算法流程图，如图1所示，本专利技术提供一种基于小波变换的局部放电信号检测方法，包括以下五个步骤：S1：对待测信号分段，要求信号段的时间长度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于小波变换的局部放电信号检测方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：/nS1：对待测信号分段，并舍弃首端与末端的两个信号段；/nS2：对S1中获得的各信号段进行三层小波分解，得到各个尺度下的高频小波系数C

【技术特征摘要】
1.一种基于小波变换的局部放电信号检测方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
S1：对待测信号分段，并舍弃首端与末端的两个信号段；
S2：对S1中获得的各信号段进行三层小波分解，得到各个尺度下的高频小波系数Cnikj与低频小波系数Cnj，其中，i＝1,2,3；j＝1为实部，j＝2为虚部；Cnikj表示第n段第i层第k个滤波器的小波系数的实部或虚部，Cnj表示第n段低频小波系数的实部或虚部；
S3：采用滤波器处理小波系数；
S4：构造由S2中小波分解得到的各信号段的高频小波系数矩阵Dn，对各矩阵Dn进行奇异值分解求取奇异值矩阵，然后计算其内积pn；将各信号段所对应的pn按顺序排列为内积矩阵λ，根据λ的最大最小值与平均值的差值判断条件判断信号中是否含有局部放电信号；
S5：对判断为含有局部放电信号的信号，求取各信号段低频小波系数模值的小波系数香农熵，并构造香农熵矩阵E，计算阈值，根据阈值判断条件判断局部放电信号出现在哪一段信号段中。


2.根据权利要求1所述的局部放电信号检测方法，其特征在于，所述步骤S1中，对待测信号分段具体包括：要求信号段的时间长度涵盖一个局部放电信号的脉冲，然后将待测信号平均分为m段时间长度为1ms的信号段，m为正整数，且m∈[25,30]，并舍弃其中首端与末端的两个信号段。


3.根据权利要求1所述的局部放电信号检测方法，其特征在于，所述步骤S3中，采用22阶巴特沃斯高通滤波器处理小波系数。


4.根据权利要求1所述的局部放电信号检测方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括以下步骤：
S41：对信号的第n段信号段滤波后的高频小波系数构造高频小波系数矩阵Dn，Dn＝[dn1dn2dn3]T，其中，dni＝[Cni11Cni12Cni21Cni22]T，i＝1,2,3；
S42：对高频小波系数矩阵Dn进行奇异值分解，求得该矩阵的奇异值矩阵，并求其内积pn；将各信号段所对...

【专利技术属性】
技术研发人员：高一冉，王若彦，汪凯，王平，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50