多源局部放电超声信号的时间差估计方法技术

公开了一种多源局部放电超声信号的时间差估计方法，方法中，采集多个局部放电源的超声信号；将两通道采集信号在频域将一信号乘以另一信号的复共轭；对结果频域表达式进行移动加窗运算求取幅度谱阈值并根据阈值截取频谱；保持相位谱不变，对幅度谱进行归一化处理；在时域峰值提取，得到多源局部放电信号中对应同源信号的时间差。本发明专利技术具有简单易用、抗噪能力强、计算复杂度小等优点，对于电力设备状态诊断领域的局部放电定位方面具有较高的价值。诊断领域的局部放电定位方面具有较高的价值。诊断领域的局部放电定位方面具有较高的价值。

【技术实现步骤摘要】
多源局部放电超声信号的时间差估计方法


[0001]本专利技术属于变压器的局部放电检测
，特别是一种多源局部放电超声信号的时间差估计方法。

技术介绍

[0002]对于变压器的局部放电检测领域，传统上根据在局部放电发生时，变压器内部发生局部放电的部位产生的变化的物理化学特性，来描述局部放电发生时设备绝缘结构的运行状态，有脉冲电流检测技术、特高频电磁波检测技术、超声波检测技术等。而这些传统的检测技术只反映了局部放电对于变压器在放电次数、放电强度、放电类型等方面的影响，但局部放电的位置也对变压器的安全稳定运行起着极为重要的作用，而基于TDOA的局部放电超声定位技术可以解决这一问题。
[0003]对于基于TDOA的局部放电超声定位技术，现有的技术路线主要是针对单源领域，具体为将传感器阵列采集局部放电源产生的超声信号滤波去噪处理后，利用时间差估计算法判断两信号之间的时间差，将所获得的时间差带入球面方程组或双曲面方程组，求解这一非线性方程组从而得到单源的定位坐标。而现有方法不适用于多源领域的最大痛点，就是没有直接对原始多源局部放电信号中对应同源信号时间差估计的算法。比较经典的解决多源时间差估计问题的方法有先对所获得的信号进行盲源分离，再根据分离得到的信号分别进行单源时延估计。但此方法存在具有局部最优解、分离效果差等特点，而经过盲源分离的信号会对原信号造成一定程度的失真，从而加大了后续时间差估计的误差。还有些方法通过聚类分析等启发式算法来解决多源时间差估计问题，但这些方法仍然有陷入局部最优解的问题，而且这类算法采用黑盒模型，可能导致出现有偏见性的结果。
[0004]在
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提出一种多源局部放电超声信号的时间差估计方法，解决了现有处理多源局部放电超声信号的计算复杂性高、时间差估计误差大、不能对原始信号进行直接进行同源信号时间差估计等问题。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现，一种多源局部放电超声信号的时间差估计方法包括：
[0007]步骤1：传感器节点a和传感器节点b分别采集N源局部放电超声信号a(t)和b(t)，a(t)和b(t)表达式如下：
[0008][0009][0010]式中：*代表卷积；σ(t)代表冲激函数；x1(t)、x2(t)、
…
、x
N
(t)为N个信号源中第n个信号源发出的局部放电超声的初始信号；t
a，1
、t
a，2
、
…
、t
a，N
和t
b，1
、t
b,2
、
…
、t
b,N
为第n个信号分别到达传感器a和b时延；n
a
(t)和n
b
(t)代表噪声；
[0011]步骤2：在频域，N源局部放电超声信号a(t)和b(t)分别表示为A(ω)和B(ω)，将A(ω)和相乘得到F
ab
(ω)，F
ab
(ω)的表达式如下：
[0012][0013]式中：ω为角频率；e为自然常数；j为虚数单位；A(ω)为a(t)经FFT变换到频域的表达式；B(ω)为b(t)经FFT变换到频域的表达式；代表B(ω)的复共轭；X1(ω)、X2(ω)、
…
、X
N
(ω)、N
a
(ω)、N
b
(ω)为x1(t)、x2(t)、
…
、x
N
(t)、n
a
(t)、n
b
(t)经FFT变换到频域的表达式；该式前N项称为有效项，主导的频段称为有效频段，第N+1项称为噪声项，其余项称为干扰项，噪声项和干扰项主导的频段为干扰频段；
[0014]步骤3：对F
ab
(ω)采用移动加窗运算计算阈值；
[0015]步骤4：将F
ab
(ω)中幅度谱小于阈值T的部分置零，得到新的频域表达式F
′
ab
(ω)；
[0016]步骤5：对F
′
ab
(ω)保持相位谱不变，对幅度谱进行归一化处理得到突出多源信号中对应同源信号的时间差的冲激函数特征的F
″
ab
(ω)；
[0017]步骤6：将F
″
ab
(ω)经快速傅里叶逆变换到时域得到f
″
ab
(t)；
[0018]步骤7：对f
″
ab
(t)峰值提取，选取最突出的N个峰值得到N个信号源发出的信号到两不同传感器节点的时间差。
[0019]所述的多源局部放电超声信号的时间差估计方法中，所述步骤3中，移动加窗计算阈值的运算表达式如下：
[0020]T＝λ(min(max|F
ab
(ω)|，i≤ω≤i+w)，0≤i≤ω
max
‑
w)，
[0021]式中：T为阈值；F
ab
(ω)为信号的频域表达式；ω为角频率；i为窗的起始点；w为窗的宽度；λ为阈值选取系数。
[0022]所述的多源局部放电超声信号的时间差估计方法中，阈值选取系数λ的范围为5～
6。
[0023]所述的多源局部放电超声信号的时间差估计方法中，步骤5，对F
′
ab
(ω)保持相位谱不变，对幅度谱进行归一化处理时，两放电信号采用同样权重的方法处理。
[0024]所述的多源局部放电超声信号的时间差估计方法中，步骤5中对F
′
ab
(ω)的幅度谱归一化处理采用以下表达式：
[0025][0026]式中：G
aa
(ω)为G
bb
(ω)为G
ab
(ω)为
[0027]所述的多源局部放电超声信号的时间差估计方法中，步骤7中的峰值提取为对f
″
ab
(t)求取包络线，对其中最大的N个不连续的峰值进行提取。
[0028]所述的多源局部放电超声信号的时间差估计方法中，包络线的绘制采用三次样条差值。
[0029]和现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术对传感器采集到的变压器中多个局部放电源的原始超声信号进行多源时间差估计，具有对原始信号直接处理、对噪声的鲁棒性高等特点。本专利技术具有以下优势：
[0030](1)计算复杂度小，避免了运算过程过于复杂带来的误差累积。
[0031](2)本算法不需要对信号进行预处理，可以直接对原始信号进行运算，得到相关信号之间的时间差，简单易用。
[0032](3)本算法通过利用有效信号与噪声的幅度谱特征，降低噪声对相位谱的干扰本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多源局部放电超声信号的时间差估计方法，其特征在于，其包括以下步骤，步骤1：传感器节点a和传感器节点b分别采集N源局部放电超声信号a(t)和b(t)，a(t)和b(t)表达式如下：和b(t)表达式如下：式中：*代表卷积；σ(t)代表冲激函数；x1(t)、x2(t)、
…
、x
N
(t)为N个信号源中第n个信号源发出的局部放电超声的初始信号；t
a，1
、t
a，2
、
…
、t
a，N
和t
b，1
、t
b，2
、
…
、t
b，N
为第n7个信号分别到达传感器a和b时延；n
a
(t)和n
b
(t)代表噪声；步骤2：在频域，N源局部放电超声信号a(t)和b(t)分别表示为A(ω)和B(ω)，将A(ω)和相乘得到F
ab
(ω)，F
ab
(ω)的表达式如下：式中：ω为角频率；e为自然常数；j为虚数单位；A(ω)为a(t)经FFT变换到频域的表达式；B(ω)为b(t)经FFT变换到频域的表达式；代表B(ω)的复共轭；X1(ω)、X2(ω)、
…
、X
N
(ω)、N
a
(ω)、N
b
(ω)为x1(t)、x2(t)、
…
、x
N
(t)、n
a
(t)、n
b
(t)经FFT变换到频域的表达式；该式前N项称为有效项，主导的频段称为有效频段，第N+1项称为噪声项，其余项称为干扰项，噪声项和干扰项主导的频段为干扰频段；步骤3：对F
ab
(ω)采用移动加窗运算计算阈值；步骤4：将F
ab
(ω)中幅度谱小于阈值T的部分置零，得到新的频域表达式F
′
...

【专利技术属性】
技术研发人员：关宇，董明，席英杰，李易，李晓枫，常益，刘胤康，杨章，柳玉洁，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：