[发明专利]一种基于连续小波变换和硬阈值去噪的VFTO频谱分析方法

说明书

本发明公开了一种基于连续小波变换和硬阈值去噪的VFTO频谱分析方法，包括以下步骤：采用基本小波对VFTO时域波形进行连续小波变换；对连续小波变换的结果进行硬阈值去噪得到去噪后的时频谱；从时频谱中提取特定频率成分的幅值‑时间特征。通过基于连续小波变换和硬阈值去噪的VFTO频谱分析方法，获得VFTO包含的频率和各频率分量的幅值‑时间特征，帮助GIS设计人员有针对性的抑制VFTO中有害的频率成分。

技术领域

本发明涉及频谱分析技术领域，尤其是一种基于连续小波变换和硬阈值去噪的VFTO频谱分析方法。

背景技术

气体绝缘变电站具有结构紧凑、占用空间小、运行可靠性高和便于维护等优点，因此在城市和人口稠密地区得到了广泛应用，中国特高压输变电工程中全部采用GIS设备。在GIS中隔离开关的操作过程中，由于隔离开关两端电压不同，当端口间的电压大于端口间气隙的绝缘强度时，该电压击穿气隙产生阶跃的电压行波，由于GIS紧凑的结构，电压行波在波阻抗变化的节点发生频繁的折反射，折反射波叠加产生VFTO。

GIS中各个部件的尺寸较小，使得电压行波在波阻抗变化节点发生频繁的折反射，因此VFTO包含了从准直流到数百兆赫兹的丰富的频率成分。当VFTO包含的频率成分与变压器、电压互感器等绕组类设备谐振频率相匹配时，会在绕组的匝间产生谐振过电压，威胁设备的绝缘安全，因此有必要分析VFTO的频谱特征，从而采取有针对性的措施抑制VFTO中包含的特定频率成分。

从信号处理的角度看，VFTO特快速瞬态过电压是一种非平稳信号，其包含的各个频率成分的幅值随时间发生变化。傅里叶变换仅适用于平稳信号的分析，用于非平稳信号的频谱分析时，其频谱分析的结果存在误差甚至是错误的。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于连续小波变换和硬阈值去噪的VFTO频谱分析方法。通过连续小波变换和硬阈值去噪对VFTO进行信号处理，获得VFTO包含的频率和各频率分量的幅值-时间特征。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于连续小波变换和硬阈值去噪的VFTO频谱分析方法，包括以下步骤：

采用基本小波对VFTO时域波形进行连续小波变换；

对连续小波变换的结果进行硬阈值去噪得到去噪后的时频谱；

从时频谱中提取特定频率成分的幅值-时间特征。

进一步地，所述采用基本小波对VFTO时域波形进行连续小波变换步骤之前，还包括：

使用信号采集终端采集GIS隔离开关操作过程中产生的VFTO电压波形。

进一步地，所述信号采集终端需要满足VFTO频带的带宽要求，能够测量从准直流到数百兆赫兹的频率成分。

进一步地，所述基本小波为一个平方可积的函数ψ(t)，需要满足容许条件：

其中，为ψ(t)的傅里叶变换。

进一步地，所述采用基本小波对VFTO时域波形进行连续小波变换，具体为选择Morlet小波作为基本小波，Morlet小波的表达式为：

其中，t为时间，w₀是无量纲频率。

进一步地，所述对连续小波变换的结果进行硬阈值去噪得到去噪后的时频谱，具体包括：

根据噪声大小选择合适的阈值λ，硬阈值去噪采用的硬阈值函数为：

其中，是阈值处理后的小波系数，w_i,j是原始的小波系数。