CN107991589A - 一种基于原子分解的电缆局部放电信号特征向量提取方法 - Google Patents

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高紫建
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing

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Abstract

本发明提供一种基于原子分解的电缆局部放电信号特征向量提取方法。一种基于原子分解的电缆局部放电信号特征向量提取方法，其中，包括以下步骤：S1. 获取现场检测的电缆局部放电信号；S2. 对现场检测到的电缆局部放电信号进行原子分解，即将电缆局部放电信号表示为一系列最优匹配原子的线性组合；S3. 分别求取步骤S2得到的各原子的Shannon熵、能量熵和对数能量熵，得到Shannon熵序列，能量熵序列和对数能量熵序列；S4. 求取步骤S3得到的各熵序列的最大值和平均值，并组成电缆局部放电信号的特征向量。本发明提供的方法基于原子分解的优势，提取的特征向量能够更好表征局部放电信号。

Description

一种基于原子分解的电缆局部放电信号特征向量提取方法
技术领域
本发明涉及电缆局部放电在线监测技术领域，更具体地，涉及一种基于原子分解的电缆局部放电信号特征向量提取方法。
背景技术
电缆局部放电在线监测中，检测到的局部放电信号可能来自电缆本体和电缆终端头，也可能来自与其相连的开关柜。由于不同来源的局部放电对设备危害不同，判断标准也不同，所以对局部放电信号来源进行识别有重要的现实意义。
在局部放电信号识别方面，信号特征提取和分类器选择是最关键部分。特征提取是局部放电信号识别第一步，特征提取的好坏直接影响到识别的效果。在特征提取方法中，小波分析法由于具有良好的局部时频特性，已广泛应用于局部放电信号的特征提取，但其自适应能力差。
发明内容
本发明提供一种基于原子分解的电缆局部放电信号特征向量提取方法，该方法基于原子分解的优势，提取的特征向量能够更好表征局部放电信号。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于原子分解的电缆局部放电信号特征向量提取方法，其中，包括以下步骤：
S1.获取现场检测的电缆局部放电信号；
S2.对现场检测到的电缆局部放电信号进行原子分解，即将电缆局部放电信号表示为一系列最优匹配原子的线性组合；
S3.分别求取步骤S2得到的各原子的Shannon熵、能量熵和对数能量熵，得到Shannon熵序列，能量熵序列和对数能量熵序列；
S4.求取步骤S3得到的各熵序列的最大值和平均值，并组成电缆局部放电信号的特征向量。
进一步的，所述步骤S2中，对现场检测到的电缆局部放电信号进行原子分解的步骤为：
S21.对现场检测到的电缆局部放电信号f(t)，定义一个原子库D＝{gr}r∈Γ；Γ为参数r的集合，gr为原子库中的原子，其表达式为：
式中，Ar为幅值，fr为频率，为相角，ρ为衰减指数，u为符号函数，t为时刻，ts和te分别为起始时刻和结束时刻。
S22.在原子库中找到与当前信号f(t)内积最大的一个原子作为最佳匹配原子gr0(t)，并得到残差信号f1(t)，记为：
f1(t)＝f(t)-<f(t),gr0(t)>gr0(t)
式中，<f(t),gr0(t)>表示信号f(t)和原子gr0(t)的内积。
S23.进行迭代计算，直到残差可忽略不计，则电缆局部放电信号f(t)可表示为一系列最优匹配原子的线性组合：
式中，N为迭代次数，grn(t)为最优匹配原子。
进一步的，所述步骤S3中，分别求取步骤S2得到的各原子的Shannon熵、能量熵和对数能量熵，得到Shannon熵序列、能量熵序列和对数能量熵序列的步骤为：
S31.按照下式计算各原子的Shannon熵，得到Shannon熵序列E1
S32.按照下式计算各原子的能量熵，得到能量熵序列E2。
S33.按照下式计算各原子的对数能量熵，得到对数能量熵序列E3。
进一步的，所述步骤S4中，求取步骤S3得到的各熵序列的最大值和平均值，并组成电缆局部放电信号的特征向量的步骤为：
S41.求取Shannon熵序列E1的最大值和平均值。
λ11＝max(E1)，λ12＝ave(E1)
S42.求取能量熵序列E2最大值和平均值。
λ21＝max(E2)，λ22＝ave(E2)
S43.求取对数能量熵序列E3最大值和平均值。
λ31＝max(E3)，λ32＝ave(E3)
S44.组成电缆局部放电信号的特征向量
λ＝[λ11,λ12,λ21,λ22,λ31,λ32]
式中，λ为电缆局部放电信号的特征向量。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：
本发明提供的方法基于原子分解的优势，提取的特征向量能够更好表征局部放电信号。
附图说明
图1是本发明的流程示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
如图1所示，一种基于原子分解的电缆局部放电信号特征向量提取方法，其中，包括以下步骤：
S1.获取现场检测的电缆局部放电信号；
S2.对现场检测到的电缆局部放电信号进行原子分解，即将电缆局部放电信号表示为一系列最优匹配原子的线性组合；具体的，包括如下步骤：
S21.对现场检测到的电缆局部放电信号f(t)，定义一个原子库D＝{gr}r∈Γ；Γ为参数r的集合，gr为原子库中的原子，其表达式为：
式中，Ar为幅值，fr为频率，为相角，ρ为衰减指数，u为符号函数，t为时刻，ts和te分别为起始时刻和结束时刻。
S22.在原子库中找到与当前信号f(t)内积最大的一个原子作为最佳匹配原子gr0(t)，并得到残差信号f1(t)，记为：
f1(t)＝f(t)-<f(t),gr0(t)>gr0(t)
式中，<f(t),gr0(t)>表示信号f(t)和原子gr0(t)的内积。
S23.进行迭代计算，直到残差可忽略不计，则电缆局部放电信号f(t)可表示为一系列最优匹配原子的线性组合：
式中，N为迭代次数，grn(t)为最优匹配原子。
S3.分别求取步骤S2得到的各原子的Shannon熵、能量熵和对数能量熵，得到Shannon熵序列，能量熵序列和对数能量熵序列；具体的，包括如下步骤：
S31.按照下式计算各原子的Shannon熵，得到Shannon熵序列E1
S32.按照下式计算各原子的能量熵，得到能量熵序列E2。
S33.按照下式计算各原子的对数能量熵，得到对数能量熵序列E3。
S4.求取步骤S3得到的各熵序列的最大值和平均值，并组成电缆局部放电信号的特征向量。具体的，包括如下步骤：
S41.求取Shannon熵序列E1的最大值和平均值。
λ11＝max(E1)，λ12＝ave(E1)
S42.求取能量熵序列E2最大值和平均值。
λ21＝max(E2)，λ22＝ave(E2)
S43.求取对数能量熵序列E3最大值和平均值。
λ31＝max(E3)，λ32＝ave(E3)
S44.组成电缆局部放电信号的特征向量
λ＝[λ11,λ12,λ21,λ22,λ31,λ32]
式中，λ为电缆局部放电信号的特征向量。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于原子分解的电缆局部放电信号特征向量提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.获取现场检测的电缆局部放电信号；
S2.对现场检测到的电缆局部放电信号进行原子分解，即将电缆局部放电信号表示为一系列最优匹配原子的线性组合；
S3.分别求取步骤S2得到的各原子的Shannon熵、能量熵和对数能量熵，得到Shannon熵序列，能量熵序列和对数能量熵序列；
S4.求取步骤S3得到的各熵序列的最大值和平均值，并组成电缆局部放电信号的特征向量。
2.根据权利要求1所述的一种基于原子分解的电缆局部放电信号特征向量提取方法，其特征在于，所述步骤S2中，对现场检测到的电缆局部放电信号进行原子分解的步骤为：
S21.对现场检测到的电缆局部放电信号f(t)，定义一个原子库D＝{gr}r∈Γ；Γ为参数r的集合，gr为原子库中的原子，其表达式为：
式中，Ar为幅值，fr为频率，为相角，ρ为衰减指数，u为符号函数，t为时刻，ts和te分别为起始时刻和结束时刻。
S22.在原子库中找到与当前信号f(t)内积最大的一个原子作为最佳匹配原子gr0(t)，并得到残差信号f1(t)，记为：
f1(t)＝f(t)-<f(t),gr0(t)>gr0(t)
式中，<f(t),gr0(t)>表示信号f(t)和原子gr0(t)的内积。
S23.进行迭代计算，直到残差可忽略不计，则电缆局部放电信号f(t)可表示为一系列最优匹配原子的线性组合：
式中，N为迭代次数，grn(t)为最优匹配原子。
3.根据权利要求1所述的一种基于原子分解的电缆局部放电信号特征向量提取方法，其特征在于，所述步骤S3中，分别求取步骤S2得到的各原子的Shannon熵、能量熵和对数能量熵，得到Shannon熵序列、能量熵序列和对数能量熵序列的步骤为：
S31.按照下式计算各原子的Shannon熵，得到Shannon熵序列E1
S32.按照下式计算各原子的能量熵，得到能量熵序列E2。
S33.按照下式计算各原子的对数能量熵，得到对数能量熵序列E3。
。
4.根据权利要求1所述的一种基于原子分解的电缆局部放电信号特征向量提取方法，其特征在于，所述步骤S4中，求取步骤S3得到的各熵序列的最大值和平均值，并组成电缆局部放电信号的特征向量的步骤为：
S41.求取Shannon熵序列E1的最大值和平均值。
λ11＝max(E1)，λ12＝ave(E1)
S42.求取能量熵序列E2最大值和平均值。
λ21＝max(E2)，λ22＝ave(E2)
S43.求取对数能量熵序列E3最大值和平均值。
λ31＝max(E3)，λ32＝ave(E3)
S44.组成电缆局部放电信号的特征向量
λ＝[λ11,λ12,λ21,λ22,λ31,λ32]
式中，λ为电缆局部放电信号的特征向量。
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