CN113433437A - 一种提取放电电流脉冲的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提取放电电流脉冲的方法及系统，获取沿面放电实验中不同采样时刻的沿面放电电流，沿面放电电流包括放电电流脉冲、极化电流和去极化电流，根据光电流峰值时刻获取沿面放电电流峰值的采样时刻，将沿面放电电流峰值时刻对应的沿面放电电流设置为空，构成缺省沿面放电电流序列，对缺省沿面放电电流序列进行三次样条插值拟合，获得拟合沿面放电电流序列，拟合沿面放电电流序列中的拟合沿面放电电流只包含极化电流和去极化电流，因此将沿面放电电流序列减去拟合沿面放电电流序列后的电流即为放电电流脉冲，实现了在重合于极化电流和去极化电流中准确提取放电电流脉冲。

Description

一种提取放电电流脉冲的方法及系统
技术领域
本发明涉及放电脉冲提取领域，特别是涉及一种提取放电电流脉冲的方法及系统。
背景技术
在正极性重复方波作用下的绝缘介质之间的沿面放电测试中，由于方波上升沿以及下降沿的电压快速转化，导致方波上升沿以及下降沿阶段电流波形分别出现极化电流以及去极化电流。倘若沿面放电脉冲出现于方波上升沿以及下降沿阶段，放电脉冲将重合于极化电流以及去极化电流上，导致放电脉冲无法直接被分析。
目前，常规的剔噪算法例如FFT(Fast Fourier Transform，快速傅里叶变换)，但是精度不高，算法复杂。因此，亟需提供一种准确提取重合于极化电流以及去极化电流上的放电脉冲的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种提取放电电流脉冲的方法及系统，以在重合于极化电流和去极化电流中准确提取放电电流脉冲。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种提取放电电流脉冲的方法，所述方法包括：
获取沿面放电实验中不同采样时刻的沿面放电电流序列和光电流脉冲序列；
确定光电流脉冲序列中大于预设电流阈值的光电流脉冲的采样时刻，构成光电流峰值时刻序列；
根据所述光电流峰值时刻序列，获取沿面放电电流序列中的沿面放电电流峰值，并将所述沿面放电电流峰值的采样时刻构成沿面放电电流峰值时刻序列；
将所述沿面放电电流序列中沿面放电电流峰值时刻序列对应的沿面放电电流设置为空，构成缺省沿面放电电流序列；
对所述缺省沿面放电电流序列进行三次样条插值拟合，获得拟合沿面放电电流序列；
将所述沿面放电电流序列剔除所述拟合沿面放电电流序列后的电流确定为放电电流脉冲。
可选的，根据所述光电流峰值时刻序列，获取沿面放电电流序列中的沿面放电电流峰值，具体包括：
将所述光电流峰值时刻序列中每个采样时刻形成时间段[tP-Δt,tP+Δt]；
在[tP-Δt,tP+Δt]时间段内使用matlab的findpeaks函数寻找沿面放电电流序列中的沿面放电电流峰值；
其中，tP为光电流峰值时刻序列中第p个采样时刻，Δt为第一时间间隔。
可选的，将所述沿面放电电流序列中沿面放电电流峰值时刻序列对应的沿面放电电流设置为空，具体包括：
将沿面放电电流峰值时刻序列中每个采样时刻形成时间段[tI-Δtf,tI+Δtb]；
在所述沿面放电电流序列中将[tI-Δtf,tI+Δtb]时间段对应的沿面放电电流设置为空；
其中，tI为沿面放电电流峰值时刻序列中第I个采样时刻，Δtf为第二时间间隔，Δtb为第三时间间隔。
可选的，对所述缺省沿面放电电流序列进行三次样条插值拟合，获得拟合沿面放电电流序列，具体包括：
使用matlab的fillmissing函数将所述缺省沿面放电电流序列中为空的位置进行三次样条插值拟合，获得拟合沿面放电电流序列。
一种提取放电电流脉冲的系统，所述系统包括：
沿面放电电流序列和光电流脉冲序列获取模块，用于获取沿面放电实验中不同采样时刻的沿面放电电流序列和光电流脉冲序列；
光电流峰值时刻序列构成模块，用于确定光电流脉冲序列中大于预设电流阈值的光电流脉冲的采样时刻，构成光电流峰值时刻序列；
沿面放电电流峰值时刻序列构成模块，用于根据所述光电流峰值时刻序列，获取沿面放电电流序列中的沿面放电电流峰值，并将所述沿面放电电流峰值的采样时刻构成沿面放电电流峰值时刻序列；
缺省沿面放电电流序列构成模块，用于将所述沿面放电电流序列中沿面放电电流峰值时刻序列对应的沿面放电电流设置为空，构成缺省沿面放电电流序列；
拟合沿面放电电流序列获得模块，用于对所述缺省沿面放电电流序列进行三次样条插值拟合，获得拟合沿面放电电流序列；
放电电流脉冲确定模块，用于将所述沿面放电电流序列剔除所述拟合沿面放电电流序列后的电流确定为放电电流脉冲。
可选的，所述沿面放电电流峰值时刻序列构成模块，具体包括：
光电流时间段形成子模块，用于将所述光电流峰值时刻序列中每个采样时刻形成时间段[tP-Δt,tP+Δt]；
沿面放电电流峰值寻找子模块，用于在[tP-Δt,tP+Δt]时间段内使用matlab的findpeaks函数寻找沿面放电电流序列中的沿面放电电流峰值；
其中，tP为光电流峰值时刻序列中第p个采样时刻，Δt为第一时间间隔。
可选的，所述缺省沿面放电电流序列构成模块，具体包括：
放电电流时间段形成子模块，用于将沿面放电电流峰值时刻序列中每个采样时刻形成时间段[tI-Δtf,tI+Δtb]；
缺省设置子模块，用于在所述沿面放电电流序列中将[tI-Δtf,tI+Δtb]时间段对应的沿面放电电流设置为空；
其中，tI为沿面放电电流峰值时刻序列中第I个采样时刻，Δtf为第二时间间隔，Δtb为第三时间间隔。
可选的，所述拟合沿面放电电流序列获得模块，具体包括：
拟合沿面放电电流序列获得子模块，用于使用matlab的fillmissing函数将所述缺省沿面放电电流序列中为空的位置进行三次样条插值拟合，获得拟合沿面放电电流序列。
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：
本发明提供了一种提取放电电流脉冲的方法及系统，获取沿面放电实验中不同采样时刻的沿面放电电流，沿面放电电流包括放电电流脉冲、极化电流和去极化电流，根据光电流峰值时刻获取沿面放电电流峰值的采样时刻，将沿面放电电流峰值时刻对应的沿面放电电流设置为空，构成缺省沿面放电电流序列，对缺省沿面放电电流序列进行三次样条插值拟合，获得拟合沿面放电电流序列，拟合沿面放电电流序列中的拟合沿面放电电流只包含极化电流和去极化电流，因此将沿面放电电流序列减去拟合沿面放电电流序列后的电流即为放电电流脉冲，实现了在重合于极化电流和去极化电流中准确提取放电电流脉冲。
本发明的提取方法简单，不需要类似于FFT等复杂的信号处理，克服了常规的剔噪算法复杂的缺陷。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种提取放电电流脉冲的方法的流程图。
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。
本发明的目的是提供一种提取放电电流脉冲的方法及系统，以在重合于极化电流和去极化电流中准确提取放电电流脉冲。
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。
本发明提供了一种提取放电电流脉冲的方法，如图1所示，方法包括：
S101，获取沿面放电实验中不同采样时刻的沿面放电电流序列和光电流脉冲序列；
S102，确定光电流脉冲序列中大于预设电流阈值的光电流脉冲的采样时刻，构成光电流峰值时刻序列；
S103，根据光电流峰值时刻序列，获取沿面放电电流序列中的沿面放电电流峰值，并将沿面放电电流峰值的采样时刻构成沿面放电电流峰值时刻序列；
S104，将沿面放电电流序列中沿面放电电流峰值时刻序列对应的沿面放电电流设置为空，构成缺省沿面放电电流序列；
S105，对缺省沿面放电电流序列进行三次样条插值拟合，获得拟合沿面放电电流序列；
S106，将沿面放电电流序列剔除拟合沿面放电电流序列后的电流确定为放电电流脉冲。
具体过程如下：
步骤S101，放电脉冲与光电倍增管中光电流脉冲是同时出现的，二者一一对应。使用matlab中importdata函数获取实验中检测到的沿面放电电流数据I1以及光电倍增管数据PM，I1以及PM数据是一个两列的矩阵，第一列是采集数据的时刻，第二列是该时刻对应的数据值。将第二列的数据值分别构成沿面放电电流序列和光电流脉冲序列。
步骤S102，获得光电倍增管光脉冲峰值时刻。使用matlab中自带的findpeaks函数，查找PM中的大于特定阈值PMthreshold的峰值点。大于等于PMthreshold的峰值点认为是沿面放电过程的光脉冲的峰值。将这些峰值点对应时刻记录，获得一组离散的时刻值数据记作tPM(光电流峰值时刻序列)。即：
将光电流峰值时刻序列中每个采样时刻形成时间段[tP-Δt,tP+Δt]；
在[tP-Δt,tP+Δt]时间段内使用matlab的findpeaks函数寻找沿面放电电流序列中的沿面放电电流峰值；
其中，tP为光电流峰值时刻序列中第p个采样时刻，Δt为第一时间间隔。
步骤S103，获得沿面放电脉冲峰值时刻。放电脉冲与光电倍增管中光电流脉冲是同时出现的，二者一一对应，实际测量中二者峰值点的出现时刻相差几纳秒。因此可以用光脉冲峰值点寻找沿面放电脉冲峰值点。在tPM的每个元素前后各Δt时间段内[tPM-Δt,tPM+Δt]使用matlab自带的findpeaks函数寻找I中的峰值点，将该峰值对应时刻记录，获得一组离散的时刻值数据记作tI(沿面放电电流峰值时刻序列)。
步骤S104，缺省沿面放电脉冲数据。在matlab中将[tI-Δtf,tI+Δtb]时间段对应的电流数据设置为NaN(NaN是matlab中的数据格式，代表没有这个位置的元素，但仍然保留这个元素在矩阵中的位置)，其余时间段内的电流数据保持不变，将这些数据记为Iquesheng(缺省沿面放电电流序列)。即：
将沿面放电电流峰值时刻序列中每个采样时刻形成时间段[tI-Δtf,tI+Δtb]；
在沿面放电电流序列中将[tI-Δtf,tI+Δtb]时间段对应的沿面放电电流设置为空；
其中，tI为沿面放电电流峰值时刻序列中第I个采样时刻，Δtf为第二时间间隔，Δtb为第三时间间隔。
步骤S105，插值拟合极化电流以及去极化电流。由于没有放电电流的时候只有极化电流以及去极化电流，因此极化电流以及去极化电流是连续的，所以插值拟合的连续的电流数据就是极化电流以及去极化电流。
使用matlab自带的fillmissing函数将上一步中已经缺省的电流数据Iquesheng中的NaN数据用三次样条插值拟合，得到的拟合电流If。即：
使用matlab的fillmissing函数将缺省沿面放电电流序列中为空的位置进行三次样条插值拟合，获得拟合沿面放电电流序列。
步骤S106，提取放电电流脉冲信号。放电电流脉冲Id为测量电流I1(沿面放电电流数据)剔除拟合的电流If。即：Id＝I1-If。
本发明产生了以下优点：
(1)算法原理简单，不需要类似于FFT等复杂的信号处理；
(2)提取脉冲的精度高，由于沿面放电的脉冲持续时间相比极化电流以及去极化电流极窄，因此三次样条插值可以精准模拟不含放电脉冲的极化电流以及去极化电流。
本发明还提供了一种提取放电电流脉冲的系统，系统包括：
沿面放电电流序列和光电流脉冲序列获取模块，用于获取沿面放电实验中不同采样时刻的沿面放电电流序列和光电流脉冲序列；
光电流峰值时刻序列构成模块，用于确定光电流脉冲序列中大于预设电流阈值的光电流脉冲的采样时刻，构成光电流峰值时刻序列；
沿面放电电流峰值时刻序列构成模块，用于根据光电流峰值时刻序列，获取沿面放电电流序列中的沿面放电电流峰值，并将沿面放电电流峰值的采样时刻构成沿面放电电流峰值时刻序列；
缺省沿面放电电流序列构成模块，用于将沿面放电电流序列中沿面放电电流峰值时刻序列对应的沿面放电电流设置为空，构成缺省沿面放电电流序列；
拟合沿面放电电流序列获得模块，用于对缺省沿面放电电流序列进行三次样条插值拟合，获得拟合沿面放电电流序列；
放电电流脉冲确定模块，用于将沿面放电电流序列剔除拟合沿面放电电流序列后的电流确定为放电电流脉冲。
沿面放电电流峰值时刻序列构成模块，具体包括：
光电流时间段形成子模块，用于将光电流峰值时刻序列中每个采样时刻形成时间段[tP-Δt,tP+Δt]；
沿面放电电流峰值寻找子模块，用于在[tP-Δt,tP+Δt]时间段内使用matlab的findpeaks函数寻找沿面放电电流序列中的沿面放电电流峰值；
其中，tP为光电流峰值时刻序列中第p个采样时刻，Δt为第一时间间隔。
缺省沿面放电电流序列构成模块，具体包括：
放电电流时间段形成子模块，用于将沿面放电电流峰值时刻序列中每个采样时刻形成时间段[tI-Δtf,tI+Δtb]；
缺省设置子模块，用于在沿面放电电流序列中将[tI-Δtf,tI+Δtb]时间段对应的沿面放电电流设置为空；
其中，tI为沿面放电电流峰值时刻序列中第I个采样时刻，Δtf为第二时间间隔，Δtb为第三时间间隔。
拟合沿面放电电流序列获得模块，具体包括：
拟合沿面放电电流序列获得子模块，用于使用matlab的fillmissing函数将缺省沿面放电电流序列中为空的位置进行三次样条插值拟合，获得拟合沿面放电电流序列。
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，所以描述的比较简单，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 (8)

1.一种提取放电电流脉冲的方法，其特征在于，所述方法包括：
获取沿面放电实验中不同采样时刻的沿面放电电流序列和光电流脉冲序列；
确定光电流脉冲序列中大于预设电流阈值的光电流脉冲的采样时刻，构成光电流峰值时刻序列；
根据所述光电流峰值时刻序列，获取沿面放电电流序列中的沿面放电电流峰值，并将所述沿面放电电流峰值的采样时刻构成沿面放电电流峰值时刻序列；
将所述沿面放电电流序列中沿面放电电流峰值时刻序列对应的沿面放电电流设置为空，构成缺省沿面放电电流序列；
对所述缺省沿面放电电流序列进行三次样条插值拟合，获得拟合沿面放电电流序列；
将所述沿面放电电流序列剔除所述拟合沿面放电电流序列后的电流确定为放电电流脉冲。
2.根据权利要求1所述的提取放电电流脉冲的方法，其特征在于，根据所述光电流峰值时刻序列，获取沿面放电电流序列中的沿面放电电流峰值，具体包括：
将所述光电流峰值时刻序列中每个采样时刻形成时间段[tP-Δt,tP+Δt]；
在[tP-Δt,tP+Δt]时间段内使用matlab的findpeaks函数寻找沿面放电电流序列中的沿面放电电流峰值；
其中，tP为光电流峰值时刻序列中第p个采样时刻，Δt为第一时间间隔。
3.根据权利要求1所述的提取放电电流脉冲的方法，其特征在于，将所述沿面放电电流序列中沿面放电电流峰值时刻序列对应的沿面放电电流设置为空，具体包括：
将沿面放电电流峰值时刻序列中每个采样时刻形成时间段[tI-Δtf,tI+Δtb]；
在所述沿面放电电流序列中将[tI-Δtf,tI+Δtb]时间段对应的沿面放电电流设置为空；
其中，tI为沿面放电电流峰值时刻序列中第I个采样时刻，Δtf为第二时间间隔，Δtb为第三时间间隔。
4.根据权利要求1所述的提取放电电流脉冲的方法，其特征在于，对所述缺省沿面放电电流序列进行三次样条插值拟合，获得拟合沿面放电电流序列，具体包括：
使用matlab的fillmissing函数将所述缺省沿面放电电流序列中为空的位置进行三次样条插值拟合，获得拟合沿面放电电流序列。
5.一种提取放电电流脉冲的系统，其特征在于，所述系统包括：
沿面放电电流序列和光电流脉冲序列获取模块，用于获取沿面放电实验中不同采样时刻的沿面放电电流序列和光电流脉冲序列；
光电流峰值时刻序列构成模块，用于确定光电流脉冲序列中大于预设电流阈值的光电流脉冲的采样时刻，构成光电流峰值时刻序列；
沿面放电电流峰值时刻序列构成模块，用于根据所述光电流峰值时刻序列，获取沿面放电电流序列中的沿面放电电流峰值，并将所述沿面放电电流峰值的采样时刻构成沿面放电电流峰值时刻序列；
缺省沿面放电电流序列构成模块，用于将所述沿面放电电流序列中沿面放电电流峰值时刻序列对应的沿面放电电流设置为空，构成缺省沿面放电电流序列；
拟合沿面放电电流序列获得模块，用于对所述缺省沿面放电电流序列进行三次样条插值拟合，获得拟合沿面放电电流序列；
放电电流脉冲确定模块，用于将所述沿面放电电流序列剔除所述拟合沿面放电电流序列后的电流确定为放电电流脉冲。
6.根据权利要求5所述的提取放电电流脉冲的系统，其特征在于，所述沿面放电电流峰值时刻序列构成模块，具体包括：
光电流时间段形成子模块，用于将所述光电流峰值时刻序列中每个采样时刻形成时间段[tP-Δt,tP+Δt]；
沿面放电电流峰值寻找子模块，用于在[tP-Δt,tP+Δt]时间段内使用matlab的findpeaks函数寻找沿面放电电流序列中的沿面放电电流峰值；
其中，tP为光电流峰值时刻序列中第p个采样时刻，Δt为第一时间间隔。
7.根据权利要求5所述的提取放电电流脉冲的系统，其特征在于，所述缺省沿面放电电流序列构成模块，具体包括：
放电电流时间段形成子模块，用于将沿面放电电流峰值时刻序列中每个采样时刻形成时间段[tI-Δtf,tI+Δtb]；
缺省设置子模块，用于在所述沿面放电电流序列中将[tI-Δtf,tI+Δtb]时间段对应的沿面放电电流设置为空；
其中，tI为沿面放电电流峰值时刻序列中第I个采样时刻，Δtf为第二时间间隔，Δtb为第三时间间隔。
8.根据权利要求5所述的提取放电电流脉冲的系统，其特征在于，所述拟合沿面放电电流序列获得模块，具体包括：
拟合沿面放电电流序列获得子模块，用于使用matlab的fillmissing函数将所述缺省沿面放电电流序列中为空的位置进行三次样条插值拟合，获得拟合沿面放电电流序列。
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