[发明专利]一种基于小波变换的局部放电信号提取方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及电缆局部放电在线监测技术领域，尤其涉及一种基于小波变换的局部放电信号提取方法及装置。

背景技术

局部放电在线检测已成为评估电气设备绝缘状态的有效方法。在线检测中，电气设备处于带电运行状态，现场干扰严重；而绝缘缺陷产生的局部放电信号通常非常微弱，容易淹没于严重的背景噪声中。因此如何从严重的背景噪声中有效提取出有用信号成为绝缘局部放电在线检测中的关键问题。

在提取局部放电信号方面，常用的方法为小波阈值法，其实质为通过一定规则选取阈值，并结合阈值函数对小波系数处理，进而提取局部放电信号。选取阈值时，若阈值过大，则提取的信号有较大的偏差，若阈值过小，则提取的信号有较大的方差。阈值函数主要包括硬阈值函数和软阈值函数。硬阈值函数不连续，提取的信号容易出现震荡点；软阈值函数处理相对平滑，但会造成提取的信号幅值与真实值产生一定的偏差。

目前，现有技术的局部放电信号提取方法，难以在保留原始局部放电信号能量的同时，还能减少原始局部放电信号的畸变。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于小波变换的局部放电信号提取方法及装置，解决了现有技术的局部放电信号提取方法，难以在保留原始局部放电信号能量的同时，还能减少原始局部放电信号的畸变的技术问题。

本发明实施例提供的一种基于小波变换的局部放电信号提取方法，包括：

获取检测到的局部放电信号，并对局部放电信号进行小波变换，获得不同分解度上的小波系数和最高分解度上的尺度系数；

以每个分解尺度上的小波系数为中心，计算小波系数的邻域内的Shannon熵，并根据Shannon熵，利用模糊C均值聚类法将每个分解尺度上的小波系数划分为有效小波系数和无效小波系数；

对有效小波系数进行保守阈值处理，并将无效小波系数设置为0，得到处理后的有效小波系数；

通过利用最高分解度上的尺度系数和处理后的有效小波系数进行小波重构，实现局部放电信号的提取。

可选地，局部放电信号由现场的高频电流互感器检测得到。

可选地，对局部放电信号进行小波变换具体包括：

通过公式一对局部放电信号进行小波变换，公式一具体为：

其中，W_f为小波系数，f(t)为局部放电信号序列，ψ为小波基函数，m和n均为整数。

可选地，以每个分解尺度上的小波系数为中心，计算小波系数的邻域内的Shannon熵具体包括：

以每个分解尺度上的小波系数为中心，构建左右两边等距的区域N(k)；

通过公式二计算区域N(k)内小波系数的邻域Shannon熵，公式二具体为：

其中，S(k)为小波系数W_f(k)对应的邻域Shannon熵。

可选地，根据Shannon熵，利用模糊C均值聚类法将每个分解尺度上的小波系数划分为有效小波系数和无效小波系数具体包括：

(a)定义目标函数J，J的目标函数具体为：

其中，u_ij为邻域Shannon熵的隶属度矩阵，d_ij为第j个数据x_j和第i个聚类中心v_i之间的距离，即m∈(1,∞)为加权指数，N为数据点的个数，C为聚类中心的个数；

(b)确定聚类的数目C，并初始化聚类中心V及加权指数m；

(c)对目标函数J进行迭代计算，并在每次迭代时通过公式三更新隶属度矩阵u_ij及通过公式四更新聚类中心V，公式三具体为：

公式四具体为：

(d)若目标函数J连续两次迭代的误差满足|J^(t)-J^(t-1)|≤ε，其中，ε为设定误差，则迭代过程停止并转向执行步骤(e)，若目标函数J连续两次迭代的误差不满足|J^(t)-J^(t-1)|≤ε，则返回步骤(c)继续进行迭代；

(e)对迭代后的隶属度矩阵的隶属进行分析，并将迭代后的隶属度矩阵隶属于于迭代后的隶属度矩阵的数据对应的隶属程度最大的聚类中心所代表的类别；

(f)通过将邻域Shannon熵划分为两类，把邻域Shannon熵对应的小波系数划分为有效小波系数和无效小波系数两类。