一种换流变分接开关状态监测系统及非平稳信号频谱估计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种换流变分接开关状态监测系统及非平稳信号频谱估计方法，所述换流变分接开关状态监测系统包括：安装在变压器壳体上监测换流变分接开关动作过程的振动信号传感器；用于滤除杂波数字滤波器；用于消除各种信号噪声的振动数据采集功能模块；所述非平稳信号频谱估计方法采用最大熵谱法是在信息熵为最大的前提下根据已知的有限数据自相关序列以外的数据用外推法求得，并估计出待检测信号的功率谱密度。本发明专利技术实现了在非侵入式检测下对分接开关进行评估，对换流变分接开关进行系统性检查可减少两个预定校正期间故障的发生率，采用最大熵谱估计的现代谱估计方法对隔离开关的非平稳信号进行频谱估计，以期进一步提高其分析精度和准确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于直流输电
，尤其涉及一种换流变分接开关状态监测系统及非平稳信号频谱估计方法。
技术介绍
随着电力工业的迅速发展，电力设备容量和电力网络规模也在日益扩大，对供电质量提出了更高的要求和前所未有的挑战。因此，必须切实采取有效措施以提高电力系统的供电质量，保证电力设备与系统的安全、可靠、经济和稳定运行。基于在线监测与故障诊断技术的状态维修策略，具有良好的应用前景，是未来的主要发展趋势。在直流输电工程中，换流变压器作为核心设备，是交直流输电系统中的换流、逆变两端接口的核心设备。它的投入和安全运行是工程取得发电效益的关键和重要保证，同时使工业供电和居民供电的系统电压保持稳定。分接开关作为换流变压器中唯一可进行机械动作的部件，依靠分接开关准确及时的动作，不仅可减少和避免电压的大幅度波动，而且可以强制分配负荷潮流，挖掘设备无功和有功出力，保证电力系统安全可靠运行，增加电网调度的灵活性。换流变分接开关的一次操作包含了一系列的动作事件，这些事件中，触头的碰撞，摩擦等都伴随有机械振动信号的产生。振动信号可以使用体外传感的方式进行测试。当分接开关存在一些故障隐患时，由于触头动作而引起分接开关表面的振动信号与正常状态时相比会有所不同，因此测录这些动作过程的振动波形，并对其进行分析，与正常信号相比，就能有效地反映出换流变分接开关的运行工况。换流变分接开关是能在变压器励磁或负载状态下进行操作，用于调换绕组分接连接位置的一种装置。换流变分接开关不仅能稳定负载中心电压，而且也是联络电网、调整负载潮流和改善无功分配的重要设备。目前，换流变分接开关通常根据系统计划进行检修，但是，系统性维护并不能阻止两次校正期间出现故障，据现有统计结果表明：45％的强迫停运均因换流变分接开关引起。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种换流变分接开关状态监测系统及非平稳信号频谱估计方法，旨在解决换流变分接开关通常根据系统计划进行检修，系统性维护并不能阻止两次校正期间出现故障的问题。本专利技术是这样实现的，一种换流变分接开关状态监测系统，所述换流变分接开关状态监测系统包括：安装在变压器壳体上监测换流变分接开关动作过程的振动信号传感器；用于滤除杂波数字滤波器；用于消除各种信号噪声的振动数据采集功能模块。本专利技术的另一目的在于提供一种换流变分接开关非平稳信号频谱估计方法，所述换流变分接开关非平稳信号频谱估计方法采用最大熵谱法是在信息熵为最大的前提下根据已知的有限数据自相关序列以外的数据用外推法求得，并估计出待检测信号的功率谱密度。进一步，所述换流变分接开关非平稳信号频谱估计方法最大熵谱估计的功率谱密度的表达式为：P(ω)=σ2|1+Σk=1pa(k)e-jωk|2;---(1-1)]]>(1-1)式中，a(k)，k＝1，...，p为p阶线性预测滤波器的系数；σ2为预测滤波器的预测误差功率。进一步，采用Burg递推法和Levinson-Durbin递推法用AR模型来求解阶数p和系数a(k)。进一步，根据Burg算法，首先利用Levinson-Durbin递推算法求出AR模型参数a(k)的递推公式和预测均方误差Pm的递推公式，am(i)=am-1(i)+Kmam-1*(m-i)---(1-2)]]>i＝1，...，m-1am(m)＝Km(1-3)Pm＝(1-|Km|2)Pm-1(1-4)式中，Km称为反射系统；然后根据前向预测误差和后向预测误差的平均功率最小原则，求出反射系数Km的递推公式；Km=-Σn=m+1Nfm-1(n)gm-1*(n-1)12Σn=m+1N[|fm-1(n)|2|gm-1(n-1)|2]---(1-5)]]>其中，fm(n)=Σi=0mam(i)x(n-i)---(1-6)]]>gm(n)=Σi=0mam*(m-i)x(n-i)---(1-7)]]>分别为m阶前向预测误差和后向预测误差，fm(n)和gm(n)的递推公式为：fm(n)＝fm-1(n)+Kmgm-1(n-1)(1-8)gm(n)=Km-1*(n)+gm-1(n-1)---(1-9).]]>进一步，最大熵谱估计Burg算法的步骤具体包括：步骤一，计算预测误差功率的初始值和前、后向预测误差的初始值f0(n)＝g0(n)＝x(n)并令m＝1；步骤二，根据式(1-5)求反射系数Km；步骤三，根据式(1-2)和式(1-3)计算前向预测滤波器系am(i)，i＝1，...，m；步骤四，根据式(1-4)计算预测误差功率Pm；步骤五，根据式(1-8)和式(1-9)计算预测滤波器输出fm(n)和gm(n)；步骤六，令m←m+1，重复步骤二～步骤五，直到预测误差功率Pm不再明显减少；步骤七，最后将预测的系数am(i)，i＝1，...，m代人式(1-1)求出功率谱密度。进一步，AR模型的阶数p选择的准则有：最终预测误差准则、信息准则、自回归传递函数准则，限定pmax≤N/2或并有经验公式：p=(N3-1)~(N2-1)(20≤N≤100)(0.01~0.02)N(N>100).]]>本专利技术提供的换流变分接开关状态监测系统及非平稳信号频谱估计方法，将振动信号分析法引入到换流变分接开关的机械故障诊断中，利用振动加速度传感器，非介入性地监测换流变分接开关操作过程中的机械振动信号，获取传动机构的状态信息和工作模式，以实现设备维修的合理化、规范化、科学化，适应国民经济发展对电力高质量、高可靠性要求的新形势。本专利技术实现了在非侵入式检测下对分接开关进行评估，对换流变分接开关进行系统性检查可减少两个预定校正期间故障的发生率，采用基于最大熵谱估计(MESE)的现代谱估计方法对隔离开关的非平稳信号进行频谱估计，以期进一步提高其分析精度和准确性。附图说明图1是本专利技术实施例提供的换流变分接开关状态监测系统结构示意图；图中：1、振动信号传感器；2、数字滤波器；3、振动数据采集功能模块。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合附图对本专利技术的结构和应用原理作详细的描述。如图1所示，本专利技术实施例的换流变分接开关状态监测系统主要包括：安装在变压器壳体上监测换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种换流变分接开关非平稳信号频谱估计方法，其特征在于，所述换流变分接开关非平稳信号频谱估计方法采用最大熵谱法是在信息熵为最大的前提下根据已知的有限数据自相关序列以外的数据用外推法求得，并估计出待检测信号的功率谱密度。

【技术特征摘要】
1.一种换流变分接开关非平稳信号频谱估计方法，其特征在于，所述换
流变分接开关非平稳信号频谱估计方法采用最大熵谱法是在信息熵为最大的
前提下根据已知的有限数据自相关序列以外的数据用外推法求得，并估计出
待检测信号的功率谱密度。
2.如权利要求1所述的换流变分接开关非平稳信号频谱估计方法，其特
征在于，所述换流变分接开关非平稳信号频谱估计方法最大熵谱估计的功率
谱密度的表达式为：
P(ω)=σ2|1+Σk=1pa(k)e-jωk|2;---(1-1)]]>(1-1)式中，a(k)，k＝1，...，p为p阶线性预测滤波器的系数；σ2为预测
滤波器的预测误差功率。
3.如权利要求2所述的换流变分接开关非平稳信号频谱估计方法，其
特征在于，采用Burg递推法和Levinson-Durbin递推法用AR模型来求解阶
数p和系数a(k)。
4.如权利要求3所述的换流变分接开关非平稳信号频谱估计方法，其
特征在于，根据Burg算法，首先利用Levinson-Durbin递推算法求出AR模
型参数a(k)的递推公式和预测均方误差Pm的递推公式：
am(i)=am-1(i)+Kmam-1*(m-i)---(1-2)]]>i＝1，...，m-1
am(m)＝Km(1-3)
Pm＝(1-|Km|2)Pm-1(1-4)
式中，Km称为反射系统；
然后根据前向预测误差和后向预测误差的平均功率最小原则，求出反射
系数Km的递推公式；
Km=-Σn=m+N1fm-1(n)gm-1*(n-1)12Σn=m+N1[|fm-1(n)|2+|gm-1(n-1)|2]---(1-5)]]>其中，
fm(n)=Σi=0mam(i)x(n-i)...

【专利技术属性】
技术研发人员：康真，张超，刘志远，王瑞，张玮，崔海婷，苏淼，刘洋，鲁聪，马文长，安婧，刘先福，马龙华，王欢龙，郭镭，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网宁夏电力公司检修公司，南京优能特电力科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11