CN111780867A - 一种利用Frobenius模优化的变压器运行状态振声检测方法和系统 - Google Patents

一种利用Frobenius模优化的变压器运行状态振声检测方法和系统 Download PDF

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CN111780867A CN202010625269.4A CN202010625269A CN111780867A CN 111780867 A CN111780867 A CN 111780867A CN 202010625269 A CN202010625269 A CN 202010625269A CN 111780867 A CN111780867 A CN 111780867A
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Abstract

本发明的实施例公开一种利用Frobenius模优化的变压器运行状态振声检测方法和系统，所述方法包括：步骤101：获取按时间顺序采集的信号序列S；步骤102：求取第n个信号差分序列ΔSn；步骤103：求取模优化矩阵D；步骤104：求取模优化因子Hn；步骤105：求取状态判断阈值ε0；步骤106：判断变压器运行状态。

Description

一种利用Frobenius模优化的变压器运行状态振声检测方法 和系统
技术领域
本发明涉及电力领域，特别是涉及一种变压器运行状态振声检测方法及系统。
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。
变压器运行状态检测的基本原理是提取变压器运行中的各个特征量，分析、辨识并跟踪特征量以此监测变压器的异常运行状态。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。
虽然变压器振声检测方法在变压器运行状态监测中有着广泛的应用，且技术相对成熟，但是由于振声检测方法利用了变压器发出的振动信号，很容易受到环境噪声的影响，所以此方法在实际工作环境中应用时常常得不到令人满意的结果。
发明内容
如前所述，变压器振声检测方法在变压器运行状态监测中有着广泛的应用，且技术相对成熟，但是由于振声检测方法利用了变压器发出的振动信号，很容易受到环境噪声的影响，所以此方法在实际工作环境中应用时常常得不到令人满意的结果。
本发明的目的是提供一种利用Frobenius模优化的变压器运行状态振声检测方法和系统，所提出的方法利用了不同运行状态下变压器振声信号差值与背景噪声差值在Frobenius模优化方面的差异，提高了状态监测的性能。所提出的方法具有较好的鲁棒性，计算也较为简单。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种利用Frobenius模优化的变压器运行状态振声检测方法，包括：
步骤101 获取按时间顺序采集的信号序列S；
步骤102 求取第n个信号差分序列ΔSn，具体为：所述第n个信号差分序列ΔSn中的第1个元素为0；所述第n个信号差分序列ΔSn中的第i个元素为si-si-1。其中，n为差分序列序号，所述差分序列序号n的取值范围为：n＝1,2,···,N-1；N为所述信号序列S的长度；si为所述信号序列S的第i个元素，si-1为所述信号序列S的第i-1个元素，i为元素序号，所述元素序号i的取值范围为i＝1,2,···,n；
步骤103 求取模优化矩阵D，具体为：所述模优化矩阵D的第k行第l列元素dk,l为
Figure BDA0002566060480000021
其中，
Figure BDA0002566060480000022
为所述信号序列S的第|k+l|N个元素；|k+l|N表示对k+l取以N为模的余数；k为行序号，其取值范围为k＝1,2,···,N；l为列序号，其取值范围为l＝1,2,···,N；
步骤104 求取模优化因子Hn，具体为：所述模优化因子Hn的求取公式为
Figure BDA0002566060480000023
Figure BDA0002566060480000024
其中，λj为差分相关矩阵B的第j个特征值；所述差分相关矩阵B的计算公式为B＝[ΔSn-mn]T[ΔSn-mn]；mn为所述第n个差分序列ΔSn的均值；σ2为所述信号序列S的均方差；
Figure BDA0002566060480000025
为所述模优化矩阵D的第j个特征值；j为特征值序号；
步骤105 求取状态判断阈值ε0，具体为：具体为：所述状态判断阈值ε0的计算公式为
Figure BDA0002566060480000026
其中，q为求和序号；
步骤106 判断变压器运行状态，具体为：判断所述模优化因子Hn是否大于或者等于所述状态判断阈值ε0，得到判断结果。若所述判断结果显示所述模优化因子Hn大于或者等于所述状态判断阈值ε0，则在所述信号序列S的第n点处，变压器处于非正常运行状态；若所述判断结果显示所述模优化因子Hn小于所述状态判断阈值ε0，则在所述信号序列S的第n点处，变压器处于正常运行状态。
一种利用Frobenius模优化的变压器运行状态振声检测系统，包括：
模块201 获取按时间顺序采集的信号序列S；
模块202 求取第n个信号差分序列ΔSn，具体为：所述第n个信号差分序列ΔSn中的第1个元素为0；所述第n个信号差分序列ΔSn中的第i个元素为si-si-1。其中，n为差分序列序号，所述差分序列序号n的取值范围为：n＝1,2,···,N-1；N为所述信号序列S的长度；si为所述信号序列S的第i个元素，si-1为所述信号序列S的第i-1个元素，i为元素序号，所述元素序号i的取值范围为i＝1,2,···,n；
模块203 求取模优化矩阵D，具体为：所述模优化矩阵D的第k行第l列元素dk,l为
Figure BDA0002566060480000027
其中，
Figure BDA0002566060480000028
为所述信号序列S的第|k+l|N个元素；|k+l|N表示对k+l取以N为模的余数；k为行序号，其取值范围为k＝1,2,···,N；l为列序号，其取值范围为l＝1,2,···,N；
模块204 求取模优化因子Hn，具体为：所述模优化因子Hn的求取公式为
Figure BDA0002566060480000029
Figure BDA00025660604800000210
其中，λj为差分相关矩阵B的第j个特征值；所述差分相关矩阵B的计算公式为B＝[ΔSn-mn]T[ΔSn-mn]；mn为所述第n个差分序列ΔSn的均值；σ2为所述信号序列S的均方差；
Figure BDA00025660604800000211
为所述模优化矩阵D的第j个特征值；j为特征值序号；
模块205求取状态判断阈值ε0，具体为：具体为：所述状态判断阈值ε0的计算公式为
Figure BDA0002566060480000031
其中，q为求和序号；
模块206判断变压器运行状态，具体为：判断所述模优化因子Hn是否大于或者等于所述状态判断阈值ε0，得到判断结果。若所述判断结果显示所述模优化因子Hn大于或者等于所述状态判断阈值ε0，则在所述信号序列S的第n点处，变压器处于非正常运行状态；若所述判断结果显示所述模优化因子Hn小于所述状态判断阈值ε0，则在所述信号序列S的第n点处，变压器处于正常运行状态。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
如前所述，变压器振声检测方法在变压器运行状态监测中有着广泛的应用，且技术相对成熟，但是由于振声检测方法利用了变压器发出的振动信号，很容易受到环境噪声的影响，所以此方法在实际工作环境中应用时常常得不到令人满意的结果。
本发明的目的是提供一种利用Frobenius模优化的变压器运行状态振声检测方法和系统，所提出的方法利用了不同运行状态下变压器振声信号差值与背景噪声差值在Frobenius模优化方面的差异，提高了状态监测的性能。所提出的方法具有较好的鲁棒性，计算也较为简单。
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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见，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他的附图。
图1为本发明的方法流程示意图；
图2为本发明的系统流程示意图；
图3为本发明的具体实施案例流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1一种利用Frobenius模优化的变压器运行状态振声检测方法的流程示意图
图1为本发明一种利用Frobenius模优化的变压器运行状态振声检测方法的流程示意图。如图1所示，所述的一种利用Frobenius模优化的变压器运行状态振声检测方法具体包括以下步骤：
步骤101 获取按时间顺序采集的信号序列S；
步骤102 求取第n个信号差分序列ΔSn，具体为：所述第n个信号差分序列ΔSn中的第1个元素为0；所述第n个信号差分序列ΔSn中的第i个元素为si-si-1。其中，n为差分序列序号，所述差分序列序号n的取值范围为：n＝1,2,···,N-1；N为所述信号序列S的长度；si为所述信号序列S的第i个元素，si-1为所述信号序列S的第i-1个元素，i为元素序号，所述元素序号i的取值范围为i＝1,2,···,n；
步骤103 求取模优化矩阵D，具体为：所述模优化矩阵D的第k行第l列元素dk,l为
Figure BDA0002566060480000041
其中，
Figure BDA0002566060480000042
为所述信号序列S的第|k+l|N个元素；|k+l|N表示对k+l取以N为模的余数；k为行序号，其取值范围为k＝1,2,···,N；l为列序号，其取值范围为l＝1,2,···,N；
步骤104 求取模优化因子Hn，具体为：所述模优化因子Hn的求取公式为
Figure BDA0002566060480000043
Figure BDA0002566060480000044
其中，λj为差分相关矩阵B的第j个特征值；所述差分相关矩阵B的计算公式为B＝[ΔSn-mn]T[ΔSn-mn]；mn为所述第n个差分序列ΔSn的均值；σ2为所述信号序列S的均方差；
Figure BDA0002566060480000045
为所述模优化矩阵D的第j个特征值；j为特征值序号；
步骤105 求取状态判断阈值ε0，具体为：具体为：所述状态判断阈值ε0的计算公式为
Figure BDA0002566060480000046
其中，q为求和序号；
步骤106 判断变压器运行状态，具体为：判断所述模优化因子Hn是否大于或者等于所述状态判断阈值ε0，得到判断结果。若所述判断结果显示所述模优化因子Hn大于或者等于所述状态判断阈值ε0，则在所述信号序列S的第n点处，变压器处于非正常运行状态；若所述判断结果显示所述模优化因子Hn小于所述状态判断阈值ε0，则在所述信号序列S的第n点处，变压器处于正常运行状态。
图2一种利用Frobenius模优化的变压器运行状态振声检测系统的结构意图
图2为本发明一种利用Frobenius模优化的变压器运行状态振声检测系统的结构示意图。如图2所示，所述一种利用Frobenius模优化的变压器运行状态振声检测系统包括以下结构：
模块201 获取按时间顺序采集的信号序列S；
模块202 求取第n个信号差分序列ΔSn，具体为：所述第n个信号差分序列ΔSn中的第1个元素为0；所述第n个信号差分序列ΔSn中的第i个元素为si-si-1。其中，n为差分序列序号，所述差分序列序号n的取值范围为：n＝1,2,···,N-1；N为所述信号序列S的长度；si为所述信号序列S的第i个元素，si-1为所述信号序列S的第i-1个元素，i为元素序号，所述元素序号i的取值范围为i＝1,2,···,n；
模块203 求取模优化矩阵D，具体为：所述模优化矩阵D的第k行第l列元素dk,l为
Figure BDA0002566060480000047
其中，
Figure BDA0002566060480000048
为所述信号序列S的第|k+l|N个元素；|k+l|N表示对k+l取以N为模的余数；k为行序号，其取值范围为k＝1,2,···,N；l为列序号，其取值范围为l＝1,2,···,N；
模块204 求取模优化因子Hn，具体为：所述模优化因子Hn的求取公式为
Figure BDA0002566060480000051
Figure BDA0002566060480000052
其中，λj为差分相关矩阵B的第j个特征值；所述差分相关矩阵B的计算公式为B＝[ΔSn-mn]T[ΔSn-mn]；mn为所述第n个差分序列ΔSn的均值；σ2为所述信号序列S的均方差；
Figure BDA0002566060480000053
为所述模优化矩阵D的第j个特征值；j为特征值序号；
模块205 求取状态判断阈值ε0，具体为：具体为：所述状态判断阈值ε0的计算公式为
Figure BDA0002566060480000054
其中，q为求和序号；
模块206 判断变压器运行状态，具体为：判断所述模优化因子Hn是否大于或者等于所述状态判断阈值ε0，得到判断结果。若所述判断结果显示所述模优化因子Hn大于或者等于所述状态判断阈值ε0，则在所述信号序列S的第n点处，变压器处于非正常运行状态；若所述判断结果显示所述模优化因子Hn小于所述状态判断阈值ε0，则在所述信号序列S的第n点处，变压器处于正常运行状态。
下面提供一个具体实施案例，进一步说明本发明的方案
图3为本发明具体实施案例的流程示意图。如图3所示，具体包括以下步骤：
步骤301 获取按时间顺序采集的信号序列S；
步骤302 求取第n个信号差分序列ΔSn，具体为：所述第n个信号差分序列ΔSn中的第1个元素为0；所述第n个信号差分序列ΔSn中的第i个元素为si-si-1。其中，n为差分序列序号，所述差分序列序号n的取值范围为：n＝1,2,···,N-1；N为所述信号序列S的长度；si为所述信号序列S的第i个元素，si-1为所述信号序列S的第i-1个元素，i为元素序号，所述元素序号i的取值范围为i＝1,2,···,n；
步骤303 求取模优化矩阵D，具体为：所述模优化矩阵D的第k行第l列元素dk,l为
Figure BDA0002566060480000055
其中，
Figure BDA0002566060480000056
为所述信号序列S的第|k+l|N个元素；|k+l|N表示对k+l取以N为模的余数；k为行序号，其取值范围为k＝1,2,···,N；l为列序号，其取值范围为l＝1,2,···,N；
步骤304 求取模优化因子Hn，具体为：所述模优化因子Hn的求取公式为
Figure BDA0002566060480000057
Figure BDA0002566060480000058
其中，λj为差分相关矩阵B的第j个特征值；所述差分相关矩阵B的计算公式为B＝[ΔSn-mn]T[ΔSn-mn]；mn为所述第n个差分序列ΔSn的均值；σ2为所述信号序列S的均方差；
Figure BDA0002566060480000059
为所述模优化矩阵D的第j个特征值；j为特征值序号；
步骤305 求取状态判断阈值ε0，具体为：具体为：所述状态判断阈值ε0的计算公式为
Figure BDA00025660604800000510
其中，q为求和序号；
步骤306 判断变压器运行状态，具体为：判断所述模优化因子Hn是否大于或者等于所述状态判断阈值ε0，得到判断结果。若所述判断结果显示所述模优化因子Hn大于或者等于所述状态判断阈值ε0，则在所述信号序列S的第n点处，变压器处于非正常运行状态；若所述判断结果显示所述模优化因子Hn小于所述状态判断阈值ε0，则在所述信号序列S的第n点处，变压器处于正常运行状态。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述较为简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种利用Frobenius模优化的变压器运行状态振声检测方法，其特征在于，包括：
步骤101获取按时间顺序采集的信号序列S；
步骤102求取第n个信号差分序列ΔSn，具体为：所述第n个信号差分序列ΔSn中的第1个元素为0；所述第n个信号差分序列ΔSn中的第i个元素为si-si-1。其中，n为差分序列序号，所述差分序列序号n的取值范围为：n＝1,2,···,N-1；N为所述信号序列S的长度；si为所述信号序列S的第i个元素，si-1为所述信号序列S的第i-1个元素，i为元素序号，所述元素序号i的取值范围为i＝1,2,···,n；
步骤103求取模优化矩阵D，具体为：所述模优化矩阵D的第k行第l列元素dk,l为
Figure FDA0002566060470000011
其中，
Figure FDA0002566060470000012
为所述信号序列S的第|k+l|N个元素；|k+l|N表示对k+l取以N为模的余数；k为行序号，其取值范围为k＝1,2,···,N；l为列序号，其取值范围为l＝1,2,···,N；
步骤104求取模优化因子Hn，具体为：所述模优化因子Hn的求取公式为
Figure FDA0002566060470000013
其中，λj为差分相关矩阵B的第j个特征值；所述差分相关矩阵B的计算公式为B＝[ΔSn-mn]T[ΔSn-mn]；mn为所述第n个差分序列ΔSn的均值；σ2为所述信号序列S的均方差；
Figure FDA0002566060470000014
为所述模优化矩阵D的第j个特征值；j为特征值序号；
步骤105求取状态判断阈值ε0，具体为：具体为：所述状态判断阈值ε0的计算公式为
Figure FDA0002566060470000015
其中，q为求和序号；
步骤106判断变压器运行状态，具体为：判断所述模优化因子Hn是否大于或者等于所述状态判断阈值ε0，得到判断结果。若所述判断结果显示所述模优化因子Hn大于或者等于所述状态判断阈值ε0，则在所述信号序列S的第n点处，变压器处于非正常运行状态；若所述判断结果显示所述模优化因子Hn小于所述状态判断阈值ε0，则在所述信号序列S的第n点处，变压器处于正常运行状态。
2.一种利用Frobenius模优化的变压器运行状态振声检测系统，其特征在于，包括：
模块201获取按时间顺序采集的信号序列S；
模块202求取第n个信号差分序列ΔSn，具体为：所述第n个信号差分序列ΔSn中的第1个元素为0；所述第n个信号差分序列ΔSn中的第i个元素为si-si-1。其中，n为差分序列序号，所述差分序列序号n的取值范围为：n＝1,2,···,N-1；N为所述信号序列S的长度；si为所述信号序列S的第i个元素，si-1为所述信号序列S的第i-1个元素，i为元素序号，所述元素序号i的取值范围为i＝1,2,···,n；
模块203求取模优化矩阵D，具体为：所述模优化矩阵D的第k行第l列元素dk,l为
Figure FDA0002566060470000021
其中，
Figure FDA0002566060470000022
为所述信号序列S的第|k+l|N个元素；|k+l|N表示对k+l取以N为模的余数；k为行序号，其取值范围为k＝1,2,···,N；l为列序号，其取值范围为l＝1,2,···,N；
模块204求取模优化因子Hn，具体为：所述模优化因子Hn的求取公式为
Figure FDA0002566060470000023
其中，λj为差分相关矩阵B的第j个特征值；所述差分相关矩阵B的计算公式为B＝[ΔSn-mn]T[ΔSn-mn]；mn为所述第n个差分序列ΔSn的均值；σ2为所述信号序列S的均方差；
Figure FDA0002566060470000024
为所述模优化矩阵D的第j个特征值；j为特征值序号；
模块205求取状态判断阈值ε0，具体为：具体为：所述状态判断阈值ε0的计算公式为
Figure FDA0002566060470000025
其中，q为求和序号；
模块206判断变压器运行状态，具体为：判断所述模优化因子Hn是否大于或者等于所述状态判断阈值ε0，得到判断结果。若所述判断结果显示所述模优化因子Hn大于或者等于所述状态判断阈值ε0，则在所述信号序列S的第n点处，变压器处于非正常运行状态；若所述判断结果显示所述模优化因子Hn小于所述状态判断阈值ε0，则在所述信号序列S的第n点处，变压器处于正常运行状态。
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CN112254808A (zh) * 2020-11-03 2021-01-22 华北电力大学 一种利用梯度变化的变压器运行状态振声检测方法和系统
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