一种新型局部放电信号降维方法、设备技术

一种新型局部放电信号降维方法、设备，涉及设备绝缘缺陷故障诊断领域，基于小波分析降维法、主成分分析降维法和线性判别分析降维法，结合三种数据降维方法，对不同类型的局部放电信号进行特征降维，以便于后续的模式识别和缺陷检测。和缺陷检测。

【技术实现步骤摘要】
一种新型局部放电信号降维方法、设备


[0001]本专利技术涉及设备绝缘缺陷故障诊断领域，具体涉及一种新型局部放电信号降维方法、设备。

技术介绍

[0002]随着社会的进步和科学技术的提高，具有广阔的市场前景和发展空间，给人民带来巨大的方便和经济效益。但是由于是全封闭的，结构复杂、工作电压等级高和分段电流大，故障时有发生并且一旦出现事故，造成的后果比一般分离式设备严重的多，甚至引起其管辖局部以致全部地区停电。大型的故障可能造成的经济损失巨大，甚至由于故障的突发性爆炸造成人员的伤亡。随着国民经济的发展，社会对供电可靠性的要求越来越高。对运行中的电力的绝缘状况进行在线检测成了解决该问题的最有效的手段。因此，局部放电的研究一直是故障诊断地重要内容。电力设备绝缘材料在运行过程中由于结构被破坏产生局部放电现象，每次局部放电都会加速绝缘介质的损坏，减少绝缘设备的使用寿命。轻微的局部放电对设备运行过程影响不大，但是强烈的局部放电会快速加深绝缘材料损坏程度。
[0003]局部放电(PD)是发生在电力设备上的一种常见故障，是由于设备局部场强过高造成的绝缘介质击穿现象，根据放电原因和部位的不同，局部放电也分为多种不同的类型。局部放电类型识别可以为变压器的诊断、检修以及放电源定位提供依据，保障电力系统的安全稳定运行。
[0004]但是目前对于局部放电的信号干扰过多，且信号数据特征冗余度较高，类型识别准确率较低，需要对局部放电信号的特征数据降维方法进行研究，提高设备局放分类识别精度。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了克服以上技术的不足，提供了一种对不同类型的局部放电信号进行特征降维，以便于后续的模式识别和缺陷检测的方法、设备。
[0006]本专利技术克服其技术问题所采用的技术方案是：
[0007]一种新型局部放电信号降维方法，包括如下步骤：
[0008]a)对针尖类型的局部放电特高频信号进行小波分析，使用小波分析将局部放电特高频信号分解，得到降维后的小波系数矩阵X
′
；。
[0009]b)将小波系数矩阵X
′
进行标准化处理，得到更新后的小波系数矩阵X
″
；
[0010]c)利用更新后的小波系数矩阵X
″
得到新的样本矩阵Z；
[0011]d)将微粒类型的局部放电特高频信号替代步骤a)中的针尖类型的局部放电特高频信号后，重复执行步骤a)至步骤c)，得到新的样本矩阵Z
′
；
[0012]e)将悬浮类型的局部放电特高频信号替代步骤a)中的针尖类型的局部放电特高频信号后，重复执行步骤a)至步骤c)，得到新的样本矩阵Z
″
；
[0013]f)分别计算新的样本矩阵Z的均值向量c(Z)、新的样本矩阵Z
′
的均值向量c(Z
′
)、
新的样本矩阵Z
″
的均值向量c(Z
″
)；
[0014]g)计算均值向量c(Z)、均值向量c(Z
′
)、均值向量c(Z
″
)的类内散度矩阵S
w
；
[0015]h)计算均值向量c(Z)、均值向量c(Z
′
)、均值向量c(Z
″
)的类间散度矩阵S
b
；
[0016]i)通过公式计算得到矩阵第i个广义特征值λ
i
，v
i
为i个广义特征值λ
i
的广义特征向量，将各个广义特征向量按从大到小排序，选择前c个广义特征向量组成投影矩阵U
′
；
[0017]j)将获取的新的局部电特高频信号替代步骤a)中的针尖类型的局部放电特高频信号后，重复执行步骤a)至步骤c)，得到新的样本矩阵Z
″′
；
[0018]k)通过公式B
′
＝Z
″′
T
U
′
计算得到降维后的矩阵B
′
，T为转置。
[0019]对局部放电特高频信号进行小波分析，使用小波分析将信号分解成多个子带，提取出高频信号的小波系数作为特征向量。对提取出的特征向量进行主成分分析，将其降维至较低维数，提取出每个子带的主要成分，再将这些主成分合并起来作为最终的特征表示。可以将降维后的矩阵B
′
的特征向量输入到LDA模型中，根据不同类型的局部放电特高频信号的类别信息，将特征向量投影到低维空间中。最后，将LDA模型输出的低维特征向量作为局部放电特高频信号的新特征，用于后续的分类或其他应用。
[0020]进一步的，步骤a)包括如下步骤：
[0021]a
‑
1)采集1ms的针尖类型的局部放电特高频信号；
[0022]a
‑
2)通过公式计算得到小波基函数在尺度j、平移量k时的值J为尺度个数，k∈{1,2,
…
,K}，K为平移量个数，h
n
为小波基函数的低通滤波器系数，，式中e为自然常数，n为第n个采样点，N为局部放电特高频信号的采样点数，为从3个元素中取p个元素的组合数；
[0023]a
‑
3)通过公式计算得到将局部放电特高频信号分解后的小波系数c
j,k
，式中x
n
为局部放电特高频信号的第n个采样点的值；
[0024]a
‑
4)通过公式计算得到小波系数的能量值E
j,k
，将所有J个尺度、K个平移量的小波系数的能量值组成小波系数矩阵X，小波系数矩阵X中每行为同一尺度，总行数为J，小波系数矩阵X中每列为同一平移量，总列数为K；
[0025]a
‑
5)将小波系数矩阵X中的各个能量值E
j,k
按从大到小排序后选取能量值最大的
前30％的能力值进行保留，其余能量值舍弃，小波系数矩阵X中舍弃的能量值均置为0，得到降维后的小波系数矩阵X
′
。
[0026]进一步的，步骤a
‑
2)中小波基函数为db2小波基函数。
[0027]进一步的，步骤b)中将小波系数矩阵X
′
每一列作为一个向量，计算每个向量中所有小波系数能量的平均值，将每个向量中的每一小波系数能量值减去平均值，得到新的向量，所有新的向量构成更新后的小波系数矩阵X
″
。
[0028]进一步的，步骤c)包括如下步骤：
[0029]c
‑
1)更新后的小波系数矩阵X
″
的每一列作为一个向量，第i列的向量为x
i
，i∈{1,2,
…
,K}；
[0030]c
‑
2)通过公式计算得到第a列的向量为x
a
与第b列的向量为x
b...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型局部放电信号降维方法，其特征在于，包括如下步骤：a)对针尖类型的局部放电特高频信号进行小波分析，使用小波分析将局部放电特高频信号分解，得到降维后的小波系数矩阵X
′
；。b)将小波系数矩阵X
′
进行标准化处理，得到更新后的小波系数矩阵X
″
；c)利用更新后的小波系数矩阵X
″
得到新的样本矩阵Z；d)将微粒类型的局部放电特高频信号替代步骤a)中的针尖类型的局部放电特高频信号后，重复执行步骤a)至步骤c)，得到新的样本矩阵Z
′
；e)将悬浮类型的局部放电特高频信号替代步骤a)中的针尖类型的局部放电特高频信号后，重复执行步骤a)至步骤c)，得到新的样本矩阵Z
″
；f)分别计算新的样本矩阵Z的均值向量c(Z)、新的样本矩阵Z
′
的均值向量c(Z
′
)、新的样本矩阵Z
″
的均值向量c(Z
″
)；g)计算均值向量c(Z)、均值向量c(Z
′
)、均值向量c(Z
″
)的类内散度矩阵S
w
；h)计算均值向量c(Z)、均值向量c(Z
′
)、均值向量c(Z
″
)的类间散度矩阵S
b
；i)通过公式计算得到矩阵第i个广义特征值λ
i
，v
i
为i个广义特征值λ
i
的广义特征向量，将各个广义特征向量按从大到小排序，选择前c个广义特征向量组成投影矩阵U
′
；j)将获取的新的局部电特高频信号替代步骤a)中的针尖类型的局部放电特高频信号后，重复执行步骤a)至步骤c)，得到新的样本矩阵Z
″′
；k)通过公式B
′
＝Z
″′
TU
′
计算得到降维后的矩阵B
′
，T为转置。2.根据权利要求1所述的新型局部放电信号降维方法，其特征在于，步骤a)包括如下步骤：a
‑
1)采集1ms的针尖类型的局部放电特高频信号；a
‑
2)通过公式计算得到小波基函数在尺度j、平移量k时的值J为尺度个数，k∈{1,2,...,K}，K为平移量个数，h
n
为小波基函数的低通滤波器系数，，式中e为自然常数，n为第n个采样点，N为局部放电特高频信号的采样点数，为从3个元素中取p个元素的组合数；a
‑
3)通过公式计算得到将局部放电特高频信号分解后的小波系数c
j,k
，式中x
n
为局部放电特高频信号的第n个采样点的值；
a
‑
4)通过公式计算得到小波系数的能量值E
j,k
，将所有J个尺度、K个平移量的小波系数的能量值组成小波系数矩阵X，小波系数矩阵X中每行为同一尺度，总行数为J，小波系数矩阵X中每列为同一平移量，总列数为K；a
‑
5)将小波系数矩阵X中的各个能量值E
j,k
按从大到小排序后选取能量值最大的前30％的能力值进行保留，其余能量值舍弃，小波系数矩阵X中舍弃的能量值均置为0，得到降维后的小波系数矩阵X
′
。3.根据权利要求2所述的新型局部放电信号降维方法，其特征在于：步骤a
‑
2)中小波基函数为db2小波基函数。4.根据权利要求1所述的新型局部放电信号降维方法，其特征在于：步骤b)中将小波系数矩阵X
′
每一列作为一个向量，计算每个向量中所有小波系数能量的平均值，将每个向量中的每一小波系数能量值减去平均值，得到新的向量，所有新的向量构成更新后的小波系数矩阵X
″
。5.根据权利要求2所述的新型局部放电信号降维方法，其特征在于，步骤c)包括如下步骤：c
‑
1)更新后的小波系数矩阵X
″
的每一列作为一个向量，第i列的向量为x
i
，i∈{1,2,...,K}；c
‑
2)通过公式计算得到第a列的向量为x
a
与第b列的向量为x
b
的协方差Cov(x
a
,x
b
)，式中T为转置，x
a,i
为第a列的向量为x
a
中第i行对应的能量值，x
b,i
为第b列的向量为x
b
中第i行对应的能量值，a∈{1,2,...,K}，b∈{1,2,.....

【专利技术属性】
技术研发人员：汪鹏，李杰，张丕沛，师伟，崔其会，吕俊涛，邢海文，任敬国，乔木，戈宁，王江伟，孙景文，李秀卫，孙艳迪，孙承海，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：