CN112858858A - 一种基于降维的局部放电光谱特征波段提取方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于降维的局部放电光谱特征波段提取方法及装置，该方法包括：利用多光谱局部放电检测法对不同电压下局部放电多光谱信号进行采集；通过信号处理单元提取出每组电压下各光谱波段内局部放电多光谱信号的光脉冲幅值与相位信息；分别计算出每组电压中各光谱波段内所采集的光脉冲幅值平均值；根据每组电压中各光谱波段内光脉冲幅值平均值，分别对数据进行归一化计算，得到各光谱波段内的平均光辐射强度比值，使各光谱波段内的所述平均光辐射强度比值不变且总和为1；计算每组电压中各光谱波段内所述平均光辐射强度比值的标准差；根据实际需求选取所述标准差较大的设定数量的光谱波段为该局部放电放电类型下的特征波段。

Description

一种基于降维的局部放电光谱特征波段提取方法及装置

技术领域

本申请涉及电力设备状态监测和故障诊断技术领域，尤其涉及一种基于降维的局部放电光谱特征波段提取方法及装置。

背景技术

电力设备局部放电检测作为一种发现绝缘缺陷的有效手段，在电力设备诊断中发挥着重要作用。通常局部放电伴随着光辐射的物理现象，因此通过检测光辐射信号可以侧面反应局部放电的发展情况。局部放电光谱能够反映电子温度、激发截面和发展模态等微观信息，可利用光谱特征对放电机制和绝缘劣化程度进行深入分析。将放电统计信息和光谱信息相结合，不但能判断放电类型，还能反应放电强弱。通过对局部放电多光谱信号进行监测，能够对绝缘的缺陷类型及严重程度做出判断，实现对电力设备绝缘缺陷、劣化程度及剩余寿命的诊断和评估。

光测法作为一种较为本征和直观的表征手段，通过观测局部放电光谱可以对局部放电情况进行深入分析，判断放电类型及放电严重程度。现有的电力设备局部放电光谱分析技术主要为局部放电多光谱诊断技术，但是多光谱诊断技术在采集过程中数据量极大，导致计算机的运行和处理效率降低，所以对放电光谱数据进行特征波段提取以达到压缩数据的目的是非常有必要的。

发明内容

本申请提供了一种基于降维的局部放电光谱特征波段提取方法及装置，以解决现有的电力设备局部放电诊断技术在采集数据过程中数据量极大，导致计算机的运行和处理效率降低的问题。

本申请采用的技术方案如下：

一种基于降维的局部放电光谱特征波段提取方法，包括以下步骤：

利用多光谱局部放电检测法对不同电压下局部放电多光谱信号进行采集；

通过信号处理单元提取出每组电压下各光谱波段内所述局部放电多光谱信号的光脉冲幅值与相位信息；

分别计算出每组电压中各光谱波段内所采集的所述光脉冲幅值的平均值；

根据每组电压中各光谱波段内所述光脉冲幅值的平均值，分别对每组电压中各光谱波段内的所述光脉冲幅值进行归一化计算，得到各光谱波段内的平均光辐射强度比值，使各光谱波段内的所述平均光辐射强度比值不变且总和为1；

计算每组电压中各光谱波段内所述平均光辐射强度比值的标准差；

根据实际需求选取所述标准差较大的设定数量的光谱波段为该局部放电放电类型下的特征波段。

优选地，所述利用多光谱局部放电检测法对不同电压下局部放电多光谱信号进行采集，包括：

利用多光谱检测装置对不同电压下局部放电多光谱信号进行采集，所述多光谱检测装置为具有多个独立的感光探测区域的多光谱局部放电传感器，可进行多个波段内光谱信号的同步采集。

优选地，所述分别计算出每组电压中各光谱波段内所采集的所述光脉冲幅值的平均值，包括：

将所述局部放电多光谱信号的光脉冲分别叠加在各个光谱波段的周期内，然后分别计算不同电压下每个光谱波段内单周期的光脉冲幅值的平均值，记为(a₁₁,a₁₂,a₁₃,…,a_1n；a₂₁,a₂₂,a₂₃,…,a_2n；…；a_m1,a_m2,a_m3,…,a_mn)，其中m为电压组数，n为光谱波段数。

优选地，所述根据每组电压中各光谱波段内所述光脉冲幅值的平均值，分别对每组电压中各光谱波段内的所述光脉冲幅值进行归一化计算，得到各光谱波段内的平均光辐射强度比值，使各光谱波段内的所述平均光辐射强度比值不变且总和为1，包括：

根据每组电压中各光谱波段内所述光脉冲幅值的平均值，分别对每组电压中各光谱波段内的所述光脉冲幅值进行归一化计算，计算公式如下：

其中a_st为光脉冲幅值，得到各光谱波段内的平均光辐射强度比值b_st记为(b11,b12,b13,…,b1n；b21,b22,b23,…,b2n；…；bm1,bm2,bm3,…,bmn)，使各光谱波段内的所述平均光辐射强度比值不变且总和为1。

优选地，所述计算每组电压中各光谱波段内所述平均光辐射强度比值的标准差，包括：

每组电压中各光谱波段内所述平均光辐射强度比值的标准差计算公式为：s1＝sqrt(((b₁₁-b_a1)^2+(b₂₁-b_a1)^2+......(b_m1-b_a1)^2)/(m-1))；s2＝sqrt(((b₁₂-b_a2)^2+(b₂₂-b_a2)^2+......(b_m2-b_a2)^2)/(m-1))；…；sn＝sqrt(((b_1n-b_an)^2+(b_2n-b_an)^2+......(b_mn-b_an)^2)/(m-1))，其中sqrt代表平方根运算，m为电压组数，ba1、ba2、…、ban分别为每组电压条件下各光谱波段内所述平均光辐射强度比值的平均值。

一种基于光谱降维的局部放电光谱特征波段提取装置，包括：

局部放电信号采集模块，用于利用多光谱局部放电检测法对不同电压下局部放电多光谱信号进行采集；

信号处理模块，用于通过信号处理单元提取出每组电压下各光谱波段内所述局部放电多光谱信号的光脉冲幅值与相位信息；

平均幅值计算模块，用于分别计算出每组电压中各光谱波段内所采集的所述光脉冲幅值的平均值；

归一化计算模块，用于根据每组电压中各光谱波段内所述光脉冲幅值的平均值，分别对每组电压中各光谱波段内的所述光脉冲幅值进行归一化计算，得到各光谱波段内的平均光辐射强度比值，使各光谱波段内的所述平均光辐射强度比值不变且总和为1；

标准差计算模块，用于计算每组电压中各光谱波段内所述平均光辐射强度比值的标准差；

特征波段选取模块，用于根据实际需求选取所述标准差较大的设定数量的光谱波段为该局部放电放电类型下的特征波段。

采用本申请的技术方案的有益效果如下：

本申请首先利用多光谱局部放电检测法对不同电压下局部放电多光谱信号进行采集；然后通过信号处理单元提取出每组电压下各波段内的光脉冲幅值与相位信息，分别计算出各波段下所采集光脉冲的平均幅值；然后分别对每组电压中各波段下的平均光辐射强度比值进行归一化计算，使每个波段内的结果比值不变，总和为1；计算每个光谱波段内不同电压下比值的标准差，计算出标准差较大的设定数量波段则为该放电类型下的特征波段，对局部放电光谱数据进行特征波段提取以达到压缩数据的目的，实现了光谱降维。本申请所描述方法具有适用性强、简化计算等优点，可应用于多光谱局部放电诊断，通过降维技术减少了多光谱诊断技术在数据采集和处理过程中的数据量，提高了多光谱检测法诊断电力设备的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本申请一种基于降维的局部放电光谱特征波段提取方法的流程图；

图2为本申请中利用所述多光谱检测装置采集局部放电信号的结构示意图；

图3为本申请中所述信号处理单元的原理图；

图4为本申请中平均光辐射强度比值的归一化示例图；

图5为本申请中特征波段选取示意图；

图示：

1-多光谱局部放电传感器，2-光谱信号，3-局部放电发生器。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。

参见图1，为本申请一种基于降维的局部放电光谱特征波段提取方法的流程图。

本申请提供的一种基于降维的局部放电光谱特征波段提取方法，包括以下步骤：

利用多光谱局部放电检测法对不同电压下局部放电多光谱信号进行采集；

通过信号处理单元提取出每组电压下各光谱波段内所述局部放电多光谱信号的光脉冲幅值与相位信息；

分别计算出每组电压中各光谱波段内所采集的所述光脉冲幅值的平均值；

根据每组电压中各光谱波段内所述光脉冲幅值的平均值，分别对每组电压中各光谱波段内的所述光脉冲幅值进行归一化计算，得到各光谱波段内的平均光辐射强度比值，使各光谱波段内的所述平均光辐射强度比值不变且总和为1；

计算每组电压中各光谱波段内所述平均光辐射强度比值的标准差；

根据实际需求选取所述标准差较大的设定数量的光谱波段为该局部放电放电类型下的特征波段。

所述利用多光谱局部放电检测法对不同电压下局部放电多光谱信号进行采集，包括：

利用多光谱检测装置对不同电压下局部放电多光谱信号进行采集，所述多光谱检测装置为具有多个独立的感光探测区域的多光谱局部放电传感器1，所述多光谱局部放电传感器可为具有多个独立的感光探测区域的光电传感器阵列，可进行多个波段内光谱信号2的同步采集。如图2所示，本实施例中采取沿面放电，从1.1PDIV(起始电压)到7.1PDIV，每隔1PDIV(起始电压)通过局部放电发生器3进行局部放电试验，并利用所述多光谱检测装置对不同电压下局部放电多光谱信号进行采集。

所述分别计算出每组电压中各光谱波段内所采集的所述光脉冲幅值的平均值，包括：

将所述局部放电多光谱信号的光脉冲分别叠加在各个光谱波段的周期内，然后分别计算每组电压中每个光谱波段内单周期的所述光脉冲幅值的平均值，记为(a₁₁,a₁₂,a₁₃,…,a_1n；a₂₁,a₂₂,a₂₃,…,a_2n；…；a_m1,a_m2,a_m3,…,a_mn)，其中a为光脉冲幅值的平均值，下标m为电压组数、n为光谱波段数，如图3所示。

所述根据每组电压中各光谱波段内所述光脉冲幅值的平均值，分别对每组电压中各光谱波段内的所述光脉冲幅值进行归一化计算，得到各光谱波段内的平均光辐射强度比值，使各光谱波段内的所述平均光辐射强度比值不变且总和为1，包括：

根据每组电压中各光谱波段内所述光脉冲幅值的平均值，分别对每组电压中各光谱波段内的所述光脉冲幅值进行归一化计算，计算公式如下：

其中a_st为光脉冲幅值，得到各光谱波段内的平均光辐射强度比值b_st记为(b11,b12,b13,…,b1n；b21,b22,b23,…,b2n；…；bm1,bm2,bm3,…,bmn)，使各光谱波段内的所述平均光辐射强度比值不变且总和为1，如图4所示。

所述计算每组电压中各光谱波段内所述平均光辐射强度比值的标准差，包括：

每组电压中各光谱波段内所述平均光辐射强度比值的标准差计算公式为：s1＝sqrt(((b₁₁-b_a1)^2+(b₂₁-b_a1)^2+......(b_m1-b_a1)^2)/(m-1))；s2＝sqrt(((b₁₂-b_a2)^2+(b₂₂-b_a2)^2+......(b_m2-b_a2)^2)/(m-1))；…；sn＝sqrt(((b_1n-b_an)^2+(b_2n-b_an)^2+......(b_mn-b_an)^2)/(m-1))，其中sqrt代表平方根运算，m为电压组数，ba1、ba2、…、ban分别为每组电压条件下各光谱波段内所述平均光辐射强度比值的平均值。本实施例中所述平均光辐射强度比值的标准差最大的三个对应的是对电压变化最敏感的三个波段，即为该放电类型下的特征波段，如图5所示。

一种基于光谱降维的局部放电光谱特征波段提取装置，包括：

局部放电信号采集模块，用于利用多光谱局部放电检测法对不同电压下局部放电多光谱信号进行采集；

信号处理模块，用于通过信号处理单元提取出每组电压下各光谱波段内所述局部放电多光谱信号的光脉冲幅值与相位信息；

平均幅值计算模块，用于分别计算出每组电压中各光谱波段内所采集的所述光脉冲幅值的平均值；

归一化计算模块，用于根据每组电压中各光谱波段内所述光脉冲幅值的平均值，分别对每组电压中各光谱波段内的所述光脉冲幅值进行归一化计算，得到各光谱波段内的平均光辐射强度比值，使各光谱波段内的所述平均光辐射强度比值不变且总和为1；

标准差计算模块，用于计算每组电压中各光谱波段内所述平均光辐射强度比值的标准差；

特征波段选取模块，用于根据实际需求选取所述标准差较大的设定数量的光谱波段为该局部放电放电类型下的特征波段。

本申请首先利用多光谱局部放电检测法对不同电压下局部放电多光谱信号进行采集；然后通过信号处理单元提取出每组电压下各波段内的光脉冲幅值与相位信息，分别计算出各波段下所采集光脉冲的平均幅值；然后分别对每组电压中各波段下的平均光辐射强度比值进行归一化计算，使每个波段内的结果比值不变，总和为1；计算每个光谱波段内不同电压下比值的标准差，计算出标准差较大的设定数量波段则为该放电类型下的特征波段，对局部放电光谱数据进行特征波段提取以达到压缩数据的目的，实现了光谱降维。本申请所描述方法具有适用性强、简化计算等优点，可应用于多光谱局部放电诊断，通过降维技术减少了多光谱诊断技术在数据采集和处理过程中的数据量，提高了多光谱检测法诊断电力设备的效率。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于降维的局部放电光谱特征波段提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

利用多光谱局部放电检测法对不同电压下局部放电多光谱信号进行采集；

通过信号处理单元提取出每组电压下各光谱波段内所述局部放电多光谱信号的光脉冲幅值与相位信息；

分别计算出每组电压中各光谱波段内所采集的所述光脉冲幅值的平均值；

根据每组电压中各光谱波段内所述光脉冲幅值的平均值，分别对每组电压中各光谱波段内的所述光脉冲幅值进行归一化计算，得到各光谱波段内的平均光辐射强度比值，使各光谱波段内的所述平均光辐射强度比值不变且总和为1；

计算每组电压中各光谱波段内所述平均光辐射强度比值的标准差；

根据实际需求选取所述标准差较大的设定数量的光谱波段为该局部放电放电类型下的特征波段。

2.根据权利要求1所述的一种基于降维的局部放电光谱特征波段提取方法，其特征在于，所述利用多光谱局部放电检测法对不同电压下局部放电多光谱信号进行采集，包括：

利用多光谱检测装置对不同电压下局部放电多光谱信号进行采集，所述多光谱检测装置为具有多个独立的感光探测区域的多光谱局部放电传感器(1)，可进行多个波段内光谱信号(2)的同步采集。

3.根据权利要求2所述的一种基于降维的局部放电光谱特征波段提取方法，其特征在于，所述分别计算出每组电压中各光谱波段内所采集的所述光脉冲幅值的平均值，包括：

将所述局部放电多光谱信号的光脉冲分别叠加在各个光谱波段的周期内，然后分别计算每组电压中每个光谱波段内单周期的所述光脉冲幅值的平均值，记为(a₁₁,a₁₂,a₁₃,…,a_1n；a₂₁,a₂₂,a₂₃,…,a_2n；…；a_m1,a_m2,a_m3,…,a_mn)，其中a为光脉冲幅值的平均值，下标m为电压组数、n为光谱波段数。

4.根据权利要求3所述的一种基于降维的局部放电光谱特征波段提取方法，其特征在于，所述根据每组电压中各光谱波段内所述光脉冲幅值的平均值，分别对每组电压中各光谱波段内的所述光脉冲幅值进行归一化计算，得到各光谱波段内的平均光辐射强度比值，使各光谱波段内的所述平均光辐射强度比值不变且总和为1，包括：

根据每组电压中各光谱波段内所述光脉冲幅值的平均值，分别对每组电压中各光谱波段内的所述光脉冲幅值进行归一化计算，计算公式如下：

其中a_st为光脉冲幅值，得到各光谱波段内的平均光辐射强度比值b_st记为(b11,b12,b13,…,b1n；b21,b22,b23,…,b2n；…；bm1,bm2,bm3,…,bmn)，使各光谱波段内的所述平均光辐射强度比值不变且总和为1。

5.根据权利要求4所述的一种基于降维的局部放电光谱特征波段提取方法，其特征在于，所述计算每组电压中各光谱波段内所述平均光辐射强度比值的标准差，包括：

每组电压中各光谱波段内所述平均光辐射强度比值的标准差计算公式为：s1＝sqrt(((b₁₁-b_a1)^2+(b₂₁-b_a1)^2+......(b_m1-b_a1)^2)/(m-1))；s2＝sqrt(((b₁₂-b_a2)^2+(b₂₂-b_a2)^2+......(b_m2-b_a2)^2)/(m-1))；…；sn＝sqrt(((b_1n-b_an)^2+(b_2n-b_an)^2+......(b_mn-b_an)^2)/(m-1))，其中sqrt代表平方根运算，m为电压组数，ba1、ba2、…、ban分别为每组电压条件下各光谱波段内所述平均光辐射强度比值的平均值。

6.一种基于光谱降维的局部放电光谱特征波段提取装置，其特征在于，包括：

局部放电信号采集模块，用于利用多光谱局部放电检测法对不同电压下局部放电多光谱信号进行采集；

信号处理模块，用于通过信号处理单元提取出每组电压下各光谱波段内所述局部放电多光谱信号的光脉冲幅值与相位信息；

平均幅值计算模块，用于分别计算出每组电压中各光谱波段内所采集的所述光脉冲幅值的平均值；

归一化计算模块，用于根据每组电压中各光谱波段内所述光脉冲幅值的平均值，分别对每组电压中各光谱波段内的所述光脉冲幅值进行归一化计算，得到各光谱波段内的平均光辐射强度比值，使各光谱波段内的所述平均光辐射强度比值不变且总和为1；

标准差计算模块，用于计算每组电压中各光谱波段内所述平均光辐射强度比值的标准差；

特征波段选取模块，用于根据实际需求选取所述标准差较大的设定数量的光谱波段为该局部放电放电类型下的特征波段。

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