[发明专利]一种变压器绕组振动信号特征提取方法

说明书

一种变压器绕组振动信号特征提取方法，实现分解模态数和惩罚因子的最优化选取，提出利用各模态量的能量分布作为振动信号的特征值的方法。它包括以下步骤：一、对获得的变压器绕组振动信号在初始分解模态数K和惩罚因子α下进行VMD预分解；二、通过改进人工蜂群算法实现变分模态分解参数(K,α)的优化选取；三、计算信号能量分布得到表征绕组机械状态特征值。本发明可以实现分解模态数和惩罚因子的最优化选取。

技术领域

本发明涉及变压器故障诊断技术领域，具体地说是一种变压器绕组振动信号特征提取方法。

背景技术

变压器发生故障将危及电力系统的安全稳定运行，而变压器发生的故障中绕组机械故障占很大比重，因此需要对变压器绕组的状态进行有效感知和故障诊断。想要快速准确的识别变压器绕组的状态信息和实现故障诊断，前提是对变压器绕组状态信号进行有效的特征提取。

在变压器的使用过程中，流过绕组的负载电流在漏磁场下受到电动力的作用，使绕组产生机械振动，绕组的振动通过连接部件传递到变压器表面。目前，基于振动信号分析绕组机械状态是绕组故障诊断的重要手段。已有的信号分析方法有小波奇异性分解、小波包分解和变分模态分解等(VMD)。变分模态分解可以将非线性、非平稳的信号分解为多个简单的平稳信号之和，每个信号都有一个中心频率，但方法本身也有缺点，可能会产生信号的过分解或者分解不充分的情况，干扰原信号成分的分析。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变压器绕组振动信号特征提取方法，实现分解模态数和惩罚因子的最优化选取，提出利用各模态量的能量分布作为振动信号的特征值的方法。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种变压器绕组振动信号特征提取方法，其特征在于，它包括以下步骤：

一、对获得的变压器绕组振动信号在初始分解模态数K和惩罚因子α下进行VMD预分解；

假设给定输入信号y，将y分解为K个本征模态函数u_k(t)，k＝1,2,…,K：

u_k(t)＝A_k(t)cos(φ_k(t)) (1)

式中：A_k(t)为u_k(t)的瞬时幅值，dφ_k(t)/dt＝ω_k(t)，ω_k(t)为u_k(t)的瞬时频率；其中约束条件有两个：1、各模态之和等于输入信号；2、本征模态函数的估计带宽之和最小；

带约束条件的变分问题为：

引入二次惩罚因子α和拉格朗日算子λ(t)，把上述问题转化为无约束条件的变分问题，如式(3)所示，

通过乘法算子交替方向法来求解上述变分问题，更新和λⁿ⁺¹，寻找式(3)的鞍点，其中的表达式为：

利用傅里叶等距变换将(4)式转换到频域，将中心频率的取值问题扩展到频率，获得中心频率的更新方法，完成λ的更新；表达式如下：

通过上述的计算并进行迭代求解，把本征模态函数分量的中心频率及带宽在有约束条件的变分模型中不断交替，直至满足迭代停止条件式(8)：

对于给定判别精度e0，结束整个循环，最终根据实际信号的频域特性得到K个窄带IMF分量，完成信号频带的自适应分割；