[发明专利]一种基于VMD的变压器合闸振动信号特征频率计算方法

说明书

本发明公开了一种基于VMD的变压器合闸振动信号特征频率计算方法，包括：以分解评价系数为标准对VMD参数进行优化，运用VMD对变压器表面合闸振动信号进行最优模态分解；构建VMD信息熵‑峭度‑相关系数综合评价模型；运用TOPSIS法提取变压器合闸振动信号VMD特征模态分量；对VMD特征模态分量进行希尔伯特变换，确定变压器合闸振动信号特征频率。本发明采用VMD通过累加搜索确定模态分量的带宽与中心频率，一定程度上克服了现有技术递归分解模式模态混叠、过分解的缺陷，拥有更加出色的模态分解效果。本发明从三个维度全面地对变压器合闸振动信号VMD模态分量进行评估分析，克服了现有技术评价指标相对单一，不能完全表征变压器故障状态特征的技术问题。

技术领域

本发明涉及变压器绕组状态监测与故障诊断技术领域，具体涉及一种基于VMD的变压器合闸振动信号特征频率计算方法。

背景技术

文献《基于自适应EEMD算法的变压器绕组状态检测仿真》(陆启宇，李腾飞，王备等.计算机仿真,2017,34(01):453-457)采用EEMD算法提取振动信号包络线检测变压器绕组状态，该方法弱化了EMD的端点效应，应用于复杂非平稳信号时仍会产生模态混叠与过分解现象；文献《基于改进经验模态分解和谱峭度法的变压器振动故障特征提取》(陈东毅，陈杰辰，李冲等.广东电力,2016,29(01):11-16)以峭度为标准提取变压器振动信号特征分量，评价指标相对单一，不能完全表征变压器故障状态特征。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术应用于复杂非平稳信号时仍会产生模态混叠与过分解现象、评价指标相对单一、不能完全表征变压器故障状态特征的技术问题，而提供一种基于VMD的变压器合闸振动信号特征频率计算方法，该方法表明绕组松动和正常状态下变压器合闸振动信号特征频率存在明显差异，为变压器绕组松动故障诊断提供了新的思路。

本发明采用如下技术方案：

一种基于VMD的变压器合闸振动信号特征频率计算方法，包括下述步骤：

(1)以分解评价系数为标准对VMD参数进行优化，运用VMD对变压器表面合闸振动信号进行最优模态分解；

(2)构建VMD信息熵-峭度-相关系数综合评价模型，运用熵权法计算评价指标权重；

(3)运用TOPSIS法提取变压器合闸振动信号VMD特征模态分量；

(4)对VMD特征模态分量进行希尔伯特变换，确定变压器合闸振动信号特征频率。

其中，所述步骤(1)中VMD的参数主要包括：模态分量个数K，惩罚因子α、判别精度ε和保真系数τ。作为优选，VMD惩罚因子α设为2000，判别精度ε设为0，保真系数τ设为10^-7。考虑到模态分量个数K对VMD的分解效果影响较大，对VMD参数K进行优化的步骤如下：

(1.1)假设VMD分解变压器合闸振动信号E得到K个模态分量IMF₁,IMF₂,…,IMF_K。求解所有模态分量的信息熵，设为H₁(E),H₂(E),…,H_K(E)。定义熵差系数Var评估模态分量之间的差异：

式中Var的数值越大，VMD分解得到的模态分量差异越大，VMD分解效果越好；

(1.2)定义还原系数δ表征变压器原始合闸振动信号E与VMD模态分量重构信号之间的误差：

δ＝∑abs(E-IMF₁-IMF₂-…-IMF_K)

式中δ越小，重构信号与原始信号误差越小；

(1.3)定义VMD分解评价系数Cal：