[发明专利]基于改进小波阈值法的开关柜局部放电识别方法和系统

说明书

本发明涉及一种基于改进小波阈值法的开关柜局部放电识别方法和系统，方法包括以下步骤：采集局部放电特高频信号，对该局部放电特高频信号进行离散采样后，采用改进小波阈值法进行局部放电信号的去噪，改进小波阈值法对小波阈值法的阈值函数进行改进，该改进后的阈值函数有高阶导数、为分段函数，且在阈值处连续；对去噪后的局部放电信号，根据局部放电相位分布谱图提取局部放电特征；通过预先构建并训练好的机器学习模型，根据提取的局部放电特征进行局部放电识别。与现有技术相比，本发明改进小波阈值法不会引起因阈值函数不连续而导致的信号重构振荡现象，有效提高了故障识别的准确率。

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，尤其是涉及基于改进小波阈值法的开关柜局部放电识别方法和系统。

背景技术

开关柜是电力系统中起开断、隔离、灭弧作用的重要设备,其安全稳定对电网有着重要意义。随着我国电力系统工程的发展，开关柜凭借其设计紧凑、结构件通用性强、绝缘强度高等优势，得到了广泛的实际应用。在电力开关柜运行过程中，难免会发生各种各样的故障，大致有以下几类：绝缘故障、机械故障、线路故障等。据统计，开关柜内部的电弧故障不可避免，绝缘故障占总体故障80％左右，而局部放电(Partial discharge,PD)是影响设备发生绝缘的重要因素。研究开关柜内部的电弧故障和局部放电信号特征，可以有效降低开关柜内故障发生概率，提升开关柜运行稳定性与可靠性。

局放信号是具有非平稳特征的时变信号，通常在时域上表现为指数衰减函数或高斯函数的形式，需要采用合理的方式对噪声进行去除，提取可供机器进行分析的信号。在工业实践中，小波分析在局部放电去噪过程中得到广泛应用，小波函数可以寻找最优函数来抑制局部放电混频随机窄带噪声。多尺度小波变换可以把信号分解为多个尺度空间，该方法适合非稳态、高频以及暂态信号的去噪。开关柜特高频局放信号上升时间极短，数量级很小，小波分解可以实现局部放电噪声的部分去除。

如公开号为CN105223482A的发明提供的局部放电特高频信号波形的小波分解二值去噪方法，包括：1)在被检测的电力设备上安装局部放电特高频传感器，利用检测设备采集局部放电特高频信号；2)根据选取的母小波与分解层数，对局部放电信号进行多尺度小波分解，得到各尺度小波系数与信号波形；3)以减小局部放电信号波形畸变为目标，对小波分解系数进行处理：计算各尺度信号累积能量函数的数学形态学梯度，并计算数学形态学梯度的陡峭度；将陡峭度与某一阈值进行比较，若陡峭度大于该阈值认为该尺度包含局部放电信号，该尺度小波系数保持不变；否则该尺度仅包含噪声信号，将其小波系数置为零；4)根据处理后的小波系数进行小波重构，得到去噪后的局部放电特高频信号。

但传统的小波去噪技术存在处理后信号不连续、不平滑等问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于改进小波阈值法的开关柜局部放电识别方法，基于改进小波分解法对局部放电特高频信号进行变换，并选用改进阈值函数对小波系数进行局部放电信号进行信号处理，实现噪声滤除的功能，并对滤波后信号的特征采用神经网络进行训练，实现开关柜局部放电信号的故障模式识别。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于改进小波阈值法的开关柜局部放电识别方法，包括以下步骤：

采集局部放电特高频信号，对该局部放电特高频信号进行离散采样后，采用改进小波阈值法进行局部放电信号的去噪，所述改进小波阈值法对小波阈值法的阈值函数进行改进，该改进后的阈值函数有高阶导数、为分段函数，且在阈值处连续；

对去噪后的局部放电信号，根据局部放电相位分布谱图提取局部放电特征；

通过预先构建并训练好的机器学习模型，根据提取的局部放电特征进行局部放电识别。

进一步地，改进后的阈值函数的计算表达式为：