CN110017894B - 变压器运行状态振声检测中随机噪声的滤除方法和装置 - Google Patents

变压器运行状态振声检测中随机噪声的滤除方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明的实施例公开一种变压器运行状态振声检测中随机噪声的滤除方法和装置，所述方法，包括：步骤1，输入实测的振声检测中背景噪声序列,所述背景噪声序列是在变压器未运行的状态下采集的，用于搜集变压器工作环境中的背景噪声；步骤2，估计所述背景噪声序列的统计参数；步骤3，输入实测的振声信号序列S＝[S1,S2,…,SN],N为振动信号序列的长度；步骤4，根据所述统计参数，对背景噪声模拟，生成模拟的背景噪声；步骤5，根据所述模拟的背景噪声，求解滤波系数W；步骤6，根据所述滤波系数，对实测的振声信号序列进行滤波。

Description

变压器运行状态振声检测中随机噪声的滤除方法和装置
技术领域
本发明涉及智能电网领域，尤其涉及一种变压器运行状态振声检测中随机噪声的滤除方法和装置。
背景技术
随着智能电网的高速发展，电力设备安全稳定运行显得尤其重要。目前，对超高压及以上电压等级的电力设备开展运行状态检测，尤其是对异常状态的检测显得愈加重要和迫切。电力变压器作为电力系统的重要组成部分，是变电站中最重要的电气设备之一，其可靠运行关系到电网的安全。一般而言，变压器的异常状态可分为铁芯异常与绕组异常。铁芯异常主要表现为铁芯饱和，绕组异常通常包括绕组变形、绕组松动等。
变压器异常状态检测的基本原理是提取变压器运行中的各特征量，分析、辨识并跟踪特征量以此监测变压器的异常运行状态。检测方法按照接触程度可分为侵入式检测和非侵入式检测；按照是否需停机检测可分为带电检测和停电检测；按照检测量类型可以分为电气量法和非电气量法等。相比而言，非侵入式检测可移植性强，安装更方便；带电检测不影响变压器运行；非电气量法与电力系统无电气连接，更为安全。当前变压器运行状态的常用检测方法中，包括检测局部放电的脉冲电流法和超声波检测法、检测绕组变形的频率响应法以及检测机械及电气故障的振动检测法等。这些检测方法主要检测变压器绝缘状况及机械结构状况，其中以变压器振动信号(振声)的检测最为全面，对于大部分变压器故障及异常状态均能有所反应。
变压器在运行过程中，铁芯硅钢片的磁致伸缩与绕组电动力引起的振动会向四周辐射不同幅值和频率的振声信号。变压器正常运行时对外发出的是均匀的低频噪声；如果发出不均匀声音，则属不正常现象。变压器在不同运行状态下会发出有区别性的声音，可通过对其发出声音的检测，掌握变压器的运行状况。值得关注的是，对变压器不同运行状态下发出声音的检测不仅可以检测很多种引起电气量变化的严重故障，还可以检测许多并未危及绝缘的没有引起电气量变化的异常状态，比如变压器内外部零部件松动等。
由于振声检测方法利用了变压器发出的震动信号，很容易受到环境噪声的影响，因此如何有效地识别振声与噪声，是此方法能否成功的关键。现在常用的方法，对此问题重视不够，还未采取有效的措施解决此问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种变压器运行状态振声检测中随机噪声的滤除方法和装置，能够对变压器运行状态振声检测中随机噪声的进行滤除，方法简单。
一种变压器运行状态振声检测中随机噪声的滤除方法，包括：
步骤1，输入实测的振声检测中背景噪声序列
Figure GDA0003031044820000021
NI为背景噪声序列的长度；所述背景噪声序列是在变压器未运行的状态下采集的，用于搜集变压器工作环境中的背景噪声；
步骤2，估计所述背景噪声序列的统计参数；
步骤3，输入实测的振声信号序列S＝[S1,S2,L,SN],N为振动信号序列的长度；
步骤4，根据所述统计参数，对背景噪声模拟，生成模拟的背景噪声；
步骤5，根据所述模拟的背景噪声，求解滤波系数W；
步骤6，根据所述滤波系数，对实测的振声信号序列进行滤波。
一种变压器运行状态振声检测中随机噪声的滤除装置，包括：
第一输入模块，输入实测的振声检测中背景噪声序列
Figure GDA0003031044820000031
NI为背景噪声序列的长度；所述背景噪声序列是在变压器未运行的状态下采集的，用于搜集变压器工作环境中的背景噪声；
估计模块，估计所述背景噪声序列的统计参数；
第二输入模块，输入实测的振声信号序列S＝[S1,S2,L,SN],N为振动信号序列的长度；
生成模块，根据所述统计参数，对背景噪声模拟，生成模拟的背景噪声；
计算模块，根据所述模拟的背景噪声，求解滤波系数W；
滤波模块，根据所述滤波系数，对实测的振声信号序列进行滤波。
本发明提出一种针对变压器运行状态振声检测中随机噪声滤除方案，利用了随机噪声的统计性能，并利用数据驱动原理求取滤波系数，采用L1最小化获取滤波系数，对离群点具有很好的鲁棒性。所提出的方法具有较好的滤波性能，计算非常简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明的实施例针对变压器运行状态振声检测中随机噪声滤除方法的处理示意图；
图2为本发明应用场景中的针对变压器运行状态振声检测中随机噪声滤除方法的示意图；
图3为本发明的实施例针对变压器运行状态振声检测中随机噪声滤除装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
为了描述的方便，描述以上装置是以功能分为各种单元/模块分别描述。当然，在实施本发明时可以把各单元/模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
如图1所示，为本发明所述的一种变压器运行状态振声检测中随机噪声的滤除方法，包括：
步骤1，输入实测的振声检测中背景噪声序列
Figure GDA0003031044820000043
NI为背景噪声序列的长度；所述背景噪声序列是在变压器未运行的状态下采集的，用于搜集变压器工作环境中的背景噪声；
步骤2，估计所述背景噪声序列的统计参数；
所述步骤2包括：
步骤21，计算背景噪声的均值；；
Figure GDA0003031044820000041
步骤22，计算背景噪声的方差；
Figure GDA0003031044820000042
步骤23，计算背景噪声的局部化因子；
Figure GDA0003031044820000051
其中
Figure GDA0003031044820000052
为当前处理点的均值局部化因子，序号为i；
NLocal：局部化窗口长度，服从均值为15，方差为21的高斯分布
i：当前进行处理的噪声点序号；
对于局部化噪声序列中序号小于或者等于零的点：
Ij-i＝0，j＝-NLocal，-NLocal+1，…，i-1，i
Figure GDA0003031044820000053
其中
Figure GDA0003031044820000054
当前处理点(序号为i)的方差局部化因子
NLocal：局部化窗口长度，服从均值为15，方差为21的高斯分布
i：当前进行处理的噪声点序号
Figure GDA0003031044820000055
表示噪声序列
Figure GDA0003031044820000056
的方差
对于局部化噪声序列中序号小于或者等于零的点：
Ij-i＝0，j＝-NLocal，-NLocal+1，…，i-1，i；
步骤3，输入实测的振声信号序列S＝[S1，S2，L，SN]，N为振动信号序列的长度；
步骤4，根据所述统计参数，对背景噪声模拟，生成模拟的背景噪声；
所述步骤4包括：
Figure GDA0003031044820000061
其中：
Figure GDA0003031044820000062
i＝1，2，L，N：模拟的背景噪声
Figure GDA0003031044820000063
i＝1，2，L，N服从均值为
Figure GDA0003031044820000064
方差为
Figure GDA0003031044820000065
Figure GDA0003031044820000066
序号为i的均值局部化因子
Figure GDA0003031044820000067
序号为i的方差局部化因子
步骤5，根据所述模拟的背景噪声，求解滤波系数W；
所述步骤5包括：
Figure GDA0003031044820000068
其中，W：滤波系数
||*||1：L1模
λ：拉格朗日因子，任取
ISIMU：模拟的背景噪声；
步骤6，根据所述滤波系数，对实测的振声信号序列进行滤波。
所述步骤6包括：
S*＝WS；其中：S*表示滤波结果。
本发明提出一种新的针对变压器运行状态振声检测中随机噪声滤除方法。所提出的方法利用了随机噪声的统计性能，并利用数据驱动原理求取滤波系数，采用L1最小化获取滤波系数，对离群点具有很好的鲁棒性。所提出的方法具有较好的滤波性能，计算非常简单。
如图2所示，以下描述本发明的应用场景。包括：
1.输入估计用噪声序列
输入实测的振声检测中背景噪声序列
Figure GDA0003031044820000069
NI为背景噪声序列的长度。此序列是在变压器未运行的状态下采集的，用于搜集变压器工作环境中的背景噪声，以估计背景噪声的均值与方差以及局部化因子。
2.估计背景噪声的统计参数
(1)背景噪声的均值
Figure GDA0003031044820000071
(2)背景噪声的方差
Figure GDA0003031044820000072
(3)局部化因子
由于变压器工作环境较为开放，背景噪声会呈现一定的非平稳特性，因此引入局部化因子刻画背景噪声的非平稳性。
Figure GDA0003031044820000073
其中
Figure GDA0003031044820000074
为当前处理点的均值局部化因子，序号为i；
NLocal：局部化窗口长度，服从均值为15，方差为21的高斯分布
i：当前进行处理的噪声点序号；
对于局部化噪声序列中序号小于或者等于零的点：
Ij-i＝0，j＝-NLocal，-NLocal+1，…，i-1，i
Figure GDA0003031044820000081
其中
Figure GDA0003031044820000082
当前处理点(序号为i)的方差局部化因子
NLocal：局部化窗口长度，服从均值为15，方差为21的高斯分布
i：当前进行处理的噪声点序号
Figure GDA00030310448200000811
表示噪声序列
Figure GDA00030310448200000812
的方差
对于局部化噪声序列中序号小于或者等于零的点：
Ij-i＝0，j＝-NLocal，-NLocal+1，…，i-1，i；
3.输入实测数据
输入实测的振声信号序列S＝[S1，S2，L，SN]，N为振动信号序列的长度。
4.背景噪声模拟
Figure GDA0003031044820000083
其中：
Figure GDA0003031044820000084
i＝1，2，L，N：模拟的背景噪声
Figure GDA0003031044820000085
i＝1，2，L，N服从均值为
Figure GDA0003031044820000086
方差为
Figure GDA0003031044820000087
Figure GDA0003031044820000088
序号为i的均值局部化因子
Figure GDA0003031044820000089
序号为i的方差局部化因子
5.求解滤波系数
Figure GDA00030310448200000810
其中，W：滤波系数
||*||1：L1模
λ：拉格朗日因子，任取
ISIMU：模拟的背景噪声；
6.滤波
对输入的实测振声信号进行滤波，滤波后的结果为：
S*＝WS，其中：S*：滤波结果
如图3所示，为本发明所述的一种变压器运行状态振声检测中随机噪声的滤除装置，包括：
第一输入模块31，输入实测的振声检测中背景噪声序列
Figure GDA0003031044820000091
NI为背景噪声序列的长度；所述背景噪声序列是在变压器未运行的状态下采集的，用于搜集变压器工作环境中的背景噪声；
估计模块32，估计所述背景噪声序列的统计参数；
第二输入模块33，输入实测的振声信号序列S＝[S1,S2,L,SN],N为振动信号序列的长度；
生成模块34，根据所述统计参数，对背景噪声模拟，生成模拟的背景噪声；
计算模块35，根据所述模拟的背景噪声，求解滤波系数W；
滤波模块36，根据所述滤波系数，对实测的振声信号序列进行滤波。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种变压器运行状态振声检测中随机噪声的滤除方法，其特征在于，包括：
步骤1，输入实测的振声检测中背景噪声序列
Figure FDA0003031044810000015
NI为背景噪声序列的长度；所述背景噪声序列是在变压器未运行的状态下采集的，用于搜集变压器工作环境中的背景噪声；
步骤2，估计所述背景噪声序列的统计参数；
步骤3，输入实测的振声信号序列S＝[S1，S2，L，SN]，N为振动信号序列的长度；
步骤4，根据所述统计参数，对背景噪声模拟，生成模拟的背景噪声；
步骤5，根据所述模拟的背景噪声，求解滤波系数W；
步骤6，根据所述滤波系数，对实测的振声信号序列进行滤波；
其中，所述步骤2包括：
步骤21，计算背景噪声的均值；
Figure FDA0003031044810000011
步骤22，计算背景噪声的方差；
Figure FDA0003031044810000012
步骤23，计算背景噪声的局部化因子；
Figure FDA0003031044810000013
其中
Figure FDA0003031044810000014
为当前处理点的均值局部化因子，序号为i；
NLocal：局部化窗口长度，服从均值为15，方差为21的高斯分布
i：当前进行处理的噪声点序号；
对于局部化噪声序列中序号小于或者等于零的点：
Ij-i＝0，j＝-NLocal，-NLocal+1，…，i-1，i
Figure FDA0003031044810000021
其中
Figure FDA0003031044810000022
当前处理点序号为i的方差局部化因子
NLocal：局部化窗口长度，服从均值为15，方差为21的高斯分布
i：当前进行处理的噪声点序号
Figure FDA0003031044810000023
表示噪声序列
Figure FDA0003031044810000024
的方差
对于局部化噪声序列中序号小于或者等于零的点：
Ij-i＝0，j＝-NLocal，-NLocal+1，…，i-1，i；
其中，所述步骤4包括：
Figure FDA0003031044810000025
其中：
Figure FDA0003031044810000026
模拟的背景噪声
Figure FDA0003031044810000027
服从均值为
Figure FDA0003031044810000028
方差为
Figure FDA0003031044810000029
Figure FDA00030310448100000210
序号为i的均值局部化因子
Figure FDA00030310448100000211
序号为i的方差局部化因子；
其中，所述步骤5包括：
Figure FDA00030310448100000212
其中，W：滤波系数
||*||1：L1模
λ：拉格朗日因子，任取
ISIMU：模拟的背景噪声；
其中，所述步骤6包括：
S*＝WS；其中：S*表示滤波结果。
2.一种变压器运行状态振声检测中随机噪声的滤除装置，其特征在于，所述滤除装置用于实现权利要求1的一种变压器运行状态振声检测中随机噪声的滤除方法，包括：
第一输入模块，输入实测的振声检测中背景噪声序列
Figure FDA0003031044810000034
NI为背景噪声序列的长度；所述背景噪声序列是在变压器未运行的状态下采集的，用于搜集变压器工作环境中的背景噪声；
估计模块，估计所述背景噪声序列的统计参数；
第二输入模块，输入实测的振声信号序列S＝[S1，S2，L，SN]，N为振动信号序列的长度；
生成模块，根据所述统计参数，对背景噪声模拟，生成模拟的背景噪声；
计算模块，根据所述模拟的背景噪声，求解滤波系数W；
滤波模块，根据所述滤波系数，对实测的振声信号序列进行滤波；
其中，所述估计模块包括：
步骤21，计算背景噪声的均值；
Figure FDA0003031044810000031
步骤22，计算背景噪声的方差；
Figure FDA0003031044810000032
步骤23，计算背景噪声的局部化因子；
Figure FDA0003031044810000033
其中
Figure FDA0003031044810000041
为当前处理点的均值局部化因子，序号为i；
NLocal：局部化窗口长度，服从均值为15，方差为21的高斯分布
i：当前进行处理的噪声点序号；
对于局部化噪声序列中序号小于或者等于零的点：
Ij-i＝0，j＝-NLocal，-NLocal+1，…，i-1，i
Figure FDA0003031044810000042
其中
Figure FDA0003031044810000043
当前处理点序号为i的方差局部化因子
NLocal：局部化窗口长度，服从均值为15，方差为21的高斯分布
i：当前进行处理的噪声点序号
Figure FDA0003031044810000044
表示噪声序列
Figure FDA0003031044810000045
的方差
对于局部化噪声序列中序号小于或者等于零的点：
Ij-i＝0，j＝-NLocal，-NLocal+1，…，i-1，i；
其中，所述生成模块用于：
Figure FDA0003031044810000046
其中：
Figure FDA0003031044810000047
模拟的背景噪声
Figure FDA0003031044810000048
服从均值为
Figure FDA0003031044810000049
方差为
Figure FDA00030310448100000410
Figure FDA00030310448100000411
序号为i的均值局部化因子
Figure FDA00030310448100000412
序号为i的方差局部化因子；
其中，所述计算模块用于：
Figure FDA0003031044810000051
其中，W：滤波系数
||*||1：L1模
λ：拉格朗日因子，任取
ISIMU：模拟的背景噪声；
其中，所述滤波模块用于：
S*＝WS；其中：S*表示滤波结果。
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