CN108427063A - 一种基于交叉验证法、经验模态和Teager峭度的首波定位方法 - Google Patents
一种基于交叉验证法、经验模态和Teager峭度的首波定位方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于交叉验证法、经验模态和Teager峭度的首波定位方法，包括如下步骤：将离散化信号进行分组，分为奇数列和偶数列；用偶数列中的元素来对奇数列中的元素进行估计，计算出奇数估计量；将偶数列小波通过小波变换矩阵变换到小波域；选取适当的阀值，对小波系数进行修改；对信号进行重构，得到去噪后的信号；对信号进行去噪操作；分解本征模态函数集；选取有限层级，计算Teager能量值，并对其进行加窗处理，计算每分帧Teager峭度；得到整个信号的Teager峭度并归一化处理。其采用交叉验证法和经验模态Teager峭度对信号进行处理，实现首波信号的辨识，该方法能够有效减少传感器的布点且定位精度高。
Description
方法领域
本发明涉及电力检测技术领域，具体涉及一种基于交叉验证法、经验模态和Teager峭度的首波定位方法。
背景方法
绝缘事故通常是由微小的局部绝缘缺陷发展而来，GIL发生击穿将严重影响正常的输电作业，对GIL击穿位置的检测和定位是电力系统在线监测的主要任务之一。正确定位击穿点是进行设备检修的关键，因此，信号首波识别定位技术的准确性极大的影响了定位精度，并且进一步影响电力系统运行维修策略的制定。
电气设备发生击穿时会同时产生声、光、电、热、磁以及气体的分解等物理化学变化，对这些伴生的物理化学现象进行检测能够达到对缺陷位置进行定位的目的。据此，出现了不同的定位方法，如电-声定位法、声-声定位法以及油色谱化学定位法等定位方法。并且随着相关的领域的工艺技术的发展，新的定位方法也被应用于局放的检测定位，这些方法包括基于相控阵技术的定位法、超高频定位法，特高频定位法等等。
应用超声定位法对缺陷位置进行定位是普遍采用的定位方法之一。其检测对象为超声信号，检测设备与被检设备不存在电的链接，不会对设备带来不必要的干扰，其物理意义清晰，只要获得布置在设备上不同位置的传感器所获取的信号时延，并根据波速计算出于传感器之间的响应距离就能够实现定位。在采用声-声定位法对GIL线路进行击穿定位的时候，如果检测传感器数目相对较多，那么对于击穿故障点的定位精度就会很高。但是，检测点的数目过多会导致检测系统采集系统的模块和后续信息处理模块的电路过于复杂，极大的增加了检测的成本；而如果减少传感器数目，则会由于信号的衰减和噪声的干扰导致首波读取的偏差使得定位精度不高甚至定位失败。因此，在工程实际中极需要一种首波信号辨识方法。
发明内容
本发明的目的就是要针对现有技术的不足，提供一种基于交叉验证法、经验模态和Teager峭度的首波定位方法，其采用交叉验证法和经验模态Teager峭度对信号进行处理，实现首波信号的辨识，该方法能够有效减少传感器的布点且定位精度高。
为实现上述目的，本发明所涉及的一种基于交叉验证法、经验模态和Teager峭度的首波定位方法，包括如下步骤：
步骤1：将离散化信号进行分组，分为奇数列和偶数列；
步骤2：用偶数列中的元素来对奇数列中的元素进行估计，计算出奇数估计量；
步骤3：将偶数列小波通过小波变换矩阵变换到小波域；
步骤4：选取适当的阀值，对小波系数进行修改；
步骤5：对信号进行重构，得到去噪后的信号；
步骤6：对信号进行去噪操作；
步骤7：分解本征模态函数集；
步骤8：选取有限层级，计算Teager能量值，并对其进行加窗处理，计算每分帧Teager峭度；
步骤9：得到整个信号的Teager峭度并归一化处理。
进一步地，所述步骤2中，所述奇数估计量的计算公式为：
进一步地，所述步骤6中，还包括如下步骤：
步骤6.1：运用噪后的信号和奇数列估计量对误差进行估计，计算偶数列误差累积量；
步骤6.2：计算奇数列误差累计量并与偶数列相加得到总误差量；
步骤6.3：选取不同时刻，计算去噪阀值。
作为优选项，所述步骤6.1中，所述偶数列误差累积量的计算公式为：
作为优选项，所述步骤6.3中，所述去噪阀值的计算公式为：
进一步地，所述步骤7中，还包括如下步骤：
步骤7.1：求取信号的极大值，极小值点并绘制包络线；
步骤7.2：用原始信号减去计算包络线均值，得到新函数；
步骤7.3：求取IMF分量。
更进一步地，所述步骤8中，所述有限层级选取为：
imf(j)j＝1,2,3…；
所述每分帧Teager峭度的计算公式为：
本发明的优点在于：其采用超声传感器作为本发明的传感器，该传感器与被检测设备不存在电磁联系，不会带入干扰。其对采集到信号进行首波辨识，能够有效防止因首波读取失误导致的定位失败。模块化信号处理流程清晰明了，这样的系统具有成本低、效率高的特定，进一步提升了系统运行的可靠性。
附图说明
图1为本发明的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
如图1，一种基于交叉验证法、经验模态和Teager峭度的首波定位方法，包括如下步骤：
步骤1：将离散化信号进行分组，分为奇数列和偶数列；
步骤2：用偶数列中的元素来对奇数列中的元素进行估计，计算出奇数估计量：所述奇数估计量的计算公式为：
步骤3：将偶数列小波通过小波变换矩阵变换到小波域；
步骤4：选取适当的阀值，对小波系数进行修改；
步骤5：对信号进行重构，得到去噪后的信号；
步骤6：对信号进行去噪操作：
步骤6.1：运用噪后的信号和奇数列估计量对误差进行估计，计算偶数列误差累积量：所述偶数列误差累积量的计算公式为：
步骤6.2：计算奇数列误差累计量并与偶数列相加得到总误差量；
步骤6.3：选取不同时刻，计算去噪阀值：所述去噪阀值的计算公式为：
步骤7：分解本征模态函数集：
步骤7.1：求取信号的极大值，极小值点并绘制包络线；
步骤7.2：用原始信号减去计算包络线均值，得到新函数；
步骤7.3：求取IMF分量。
步骤8：选取有限层级，计算Teager能量值，并对其进行加窗处理，计算每分帧Teager峭度：所述有限层级选取为：imf(j)j＝1,2,3…；
所述每分帧Teager峭度的计算公式为：
步骤9：得到整个信号的Teager峭度并归一化处理。
本发明在实际使用时：
基于首波辨识方法，根据传感器接收信号时间差，建立关于GIL穿击点位置的方程，求解方程组完成击穿点位置定位；中央处理器通过分析各分量Teager能量来获得总的Teager峭度并进行归一化处理实现对击穿信号首波识别的目的。
步骤1：信号采集：通过检测点阵列接收电力设备发生局部放电时所产生的电磁信号，信号采集系统对局部放电的电磁信号进行同步实时采集；
步骤2：信号处理：信号处理模块通过预先系统写入的信号处理算法对信号采集模块采集的信号进行基于交叉验证法的降噪滤波处理，为后续定位进行有序存储；
步骤3：首波识别：对信号进行经验模态分解并计算本征模态函数的Teager峭度；
步骤4：击穿点位置获取：利用Teager峭度对端点检测的稳定性确定端点位置，结合声-声定位法求解位置方程获取击穿点位置。
局击穿点位置求解方程的建立方法如下：
假设局部放电点从局部放电点传输到超高频接收器的第i个接收器的时刻记为ti，i＝1,2,…,n。设i,j击穿点附近的两个接收器，其时间差为Δt。记超声在GIL管壁中的速度为v，两传感器间距离为X，距离放电点位置为X1，X2，则有：
在击穿定位系统的布置过程中，为了可靠的数据传输，一般讲检测点设置于被检GIL管道的中下部。但是相同检测点装设在GIL的不同位置时，其接收到的信号会存在一些差异，这是由于GIL发生击穿时，产生的超声信号在传播过程中会产生衰减，检测点接收到的信号会受到声波衰减距离的影响，因此，需要对接收到信号的首波进行精准辨识。
在本实施方案中，通过交叉验证法和经验模态Teager峭度对原始信号进行处理。得到信号的Teager能量图，并最终完成信号的首波识别,。在确定检测点位置后，检测击穿信号的时间差，建立击穿点的声-声位置方程，实现击穿点的定位。
中央处理器通过分析各分量Teager能量来获得总的Teager峭度并进行归一化处理实现对击穿信号首波识别的目的。
最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡依据本发明的方法实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应认为属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于交叉验证法、经验模态和Teager峭度的首波定位方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：将离散化信号进行分组，分为奇数列和偶数列；
步骤2：用偶数列中的元素来对奇数列中的元素进行估计，计算出奇数估计量；
步骤3：将偶数列小波通过小波变换矩阵变换到小波域；
步骤4：选取适当的阀值，对小波系数进行修改；
步骤5：对信号进行重构，得到去噪后的信号；
步骤6：对信号进行去噪操作；
步骤7：分解本征模态函数集；
步骤8：选取有限层级，计算Teager能量值，并对其进行加窗处理，计算每分帧Teager峭度；
步骤9：得到整个信号的Teager峭度并归一化处理。
2.根据权利要求1所述的一种基于交叉验证法、经验模态和Teager峭度的首波定位方法，其特征在于：所述步骤2中，所述奇数估计量的计算公式为：
3.根据权利要求1所述的一种基于交叉验证法、经验模态和Teager峭度的首波定位方法，其特征在于：所述步骤6中，还包括如下步骤：
步骤6.1：运用噪后的信号和奇数列估计量对误差进行估计，计算偶数列误差累积量；
步骤6.2：计算奇数列误差累计量并与偶数列相加得到总误差量；
步骤6.3：选取不同时刻，计算去噪阀值。
4.根据权利要求3所述的一种基于交叉验证法、经验模态和Teager峭度的首波定位方法，其特征在于：所述步骤6.1中，所述偶数列误差累积量的计算公式为：
5.根据权利要求4所述的一种基于交叉验证法、经验模态和Teager峭度的首波定位方法，其特征在于：所述步骤6.3中，所述去噪阀值的计算公式为：
6.根据权利要求1所述的一种基于交叉验证法、经验模态和Teager峭度的首波定位方法，其特征在于：所述步骤7中，还包括如下步骤：
步骤7.1：求取信号的极大值，极小值点并绘制包络线；
步骤7.2：用原始信号减去计算包络线均值，得到新函数；
步骤7.3：求取IMF分量。
7.根据权利要求1所述的一种基于交叉验证法、经验模态和Teager峭度的首波定位方法，其特征在于：所述步骤8中，所述有限层级选取为：
imf(j) j＝1,2,3…；
所述每分帧Teager峭度的计算公式为：
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