CN114062992A - 一种电流互感器一次侧检测过程超声波提取方法及装置 - Google Patents

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李玉
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Abstract

本申请公开了一种电流互感器一次侧检测过程超声波提取方法及装置，其中方法包括：采集初始超声波信号，并对所述初始超声波信号进行数据处理获取超声波信号；根据所述超声波信号提取故障超声波信号的特征参数；根据所述特征参数和邻近传播聚类算法获取有效超声波信号。通过先将初始超声波信号进行数据处理后，再提取故障超声波信号的特征参数，最后根据特征参数获取有效超声波信号，从而防止噪声干扰产生的超声波和多源超声波对故障检测的干扰，提高检测可靠性。

Description

一种电流互感器一次侧检测过程超声波提取方法及装置
技术领域
本申请涉及电力设备检测领域，特别涉及一种电流互感器一次侧检测过程超声波提取方法及装置。
背景技术
在电力设备状态检测中，通过获取电流互感器一次侧等电位点检测过程的超声波是常用的技术方法，而在现有的电流互感器一次侧等电位点检测中，一般采用时域波形分析方法进行超声波信号提取或者采用特征量方法进行有效超声波筛选。但是时域波形分析方法中，由于时域波形特征与超声波的类别之间存在的关联关系并不确定，因此存在误判，识别的准确度和可靠性不高。
发明内容
本申请提供了一种电流互感器一次侧检测过程超声波提取方法及装置，通过先将初始超声波信号进行数据处理后，再提取故障超声波信号的特征参数，最后根据特征参数获取有效超声波信号，从而防止噪声干扰产生的超声波和多源超声波对故障检测的干扰，提高检测可靠性。
本申请第一方面提供了一种电流互感器一次侧检测过程超声波提取方法，包括：
采集初始超声波信号，并对所述初始超声波信号进行数据处理获取超声波信号；
根据所述超声波信号提取故障超声波信号的特征参数；
根据所述特征参数和邻近传播聚类算法获取有效超声波信号。
可选的，所述对所述初始超声波信号进行数据处理获取超声波信号，包括：
将所述初始超声波信号进行坐标转换来获取超声波信号。
可选的，所述特征参数，包括：频域能量信息(FE)、元素均匀性量(EU)、平均信息量(AC)和元素偏移量(EO)。
可选的，所述将所述初始超声波信号进行坐标转换来获取超声波信号，包括：
对所述初始超声波信号进行降噪处理来获取降噪超声波信号；
根据所述降噪超声波信号进行坐标转换来获取超声波信号。
本申请第二方面提供了一种电流互感器一次侧检测过程超声波提取装置，包括：
采集/获取单元，用于采集初始超声波信号，并对所述初始超声波信号进行数据处理获取超声波信号；
提取单元，用于根据所述超声波信号提取故障超声波信号的特征参数；
获取单元，用于根据所述特征参数和邻近传播聚类算法获取有效超声波信号。
可选的，所述采集/获取单元，包括：
采集模块，用于采集初始超声波信号；
获取模块，用于将所述初始超声波信号进行坐标转换来获取超声波信号。
可选的，所述获取模块，包括：
降噪子模块，用于对所述初始超声波信号进行降噪处理来获取降噪超声波信号；
获取子模块，用于根据所述降噪超声波信号进行坐标转换来获取超声波信号。
本申请第三方面提供了一种电流互感器一次侧检测过程超声波提取装置，包括：
处理器、存储器、输入输出设备以及总线；所述处理器与所述存储器、输入输出设备以及总线相连。
所述处理器执行如下操作：
采集初始超声波信号，并对所述初始超声波信号进行数据处理获取超声波信号；
根据所述超声波信号提取故障超声波信号的特征参数；
根据所述特征参数和邻近传播聚类算法获取有效超声波信号。
可选的，所述处理器还用于执行第一方面中的任一可选方案的操作。
本申请提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上保存有程序，所述程序在计算机上执行是执行前述方法。
从以上技术中：采集初始超声波信号，并对所述初始超声波信号进行数据处理获取超声波信号；根据所述超声波信号提取故障超声波信号的特征参数；根据所述特征参数和邻近传播聚类算法获取有效超声波信号。通过先将初始超声波信号进行数据处理后，再提取故障超声波信号的特征参数，最后根据特征参数获取有效超声波信号，从而防止噪声干扰产生的超声波和多源超声波对故障检测的干扰，提高检测可靠性。
附图说明
图1为本申请中电流互感器一次侧检测过程超声波提取方法一个实施例流程示意图；
图2为本申请中电流互感器一次侧检测过程超声波提取装置一个实施例结构示意图；
图3为本申请中电流互感器一次侧检测过程超声波提取装置另一实施例结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种电流互感器一次侧检测过程超声波提取方法及装置，通过先将初始超声波信号进行数据处理后，再提取故障超声波信号的特征参数，最后根据特征参数获取有效超声波信号，从而防止噪声干扰产生的超声波和多源超声波对故障检测的干扰，提高检测可靠性。
请参阅图1，本申请实施例中电流互感器一次侧检测过程超声波提取方法一个实施例包括：
101、采集初始超声波信号；
在本实施例中，由于需要获取到有效的超声波信号，所以当变压器开启后，电流互感器一次侧检测过程超声波提取装置就先通过采集单元对多源超声波信号进行采集，即初始超声波信号采集；该初始超声波信号用于给获取到有效超声波信号提供数据基础。
102、对初始超声波信号进行降噪处理来获取降噪超声波信号；
为了降低噪音对初始超声波信号的影响，则再对初始超声波信号进行数据处理之前，对初始超声波信号进行降噪处理，即将夹杂在初始超声波信号中的噪声分贝降低，最后将经过降噪处理后的初始超声波信号确定为降噪超声波信号。
103、根据降噪超声波信号进行坐标转换来获取超声波信号；
当获取到降噪超声波信号之后，对该降噪超声波信号进行坐标转换来获取超声波信号，具体的：
使用ST变换将时域坐标矩阵转换成频域的坐标矩阵。
信号x(t)的ST定义如下：
Figure BDA0003275059050000041
式中，h(t-τ,f)为高斯窗口；τ为控制高斯窗口在时间轴t上的位置参数；f表征频率；j为虚数单位；S为频域坐标矩阵。
Figure BDA0003275059050000051
将降噪超声波信号输入上述两个式子中计算获取结果，该结果为本实施例的超声波信号。
104、根据超声波信号提取故障超声波信号的特征参数，该特征参数包括频域能量信息(FE)、元素均匀性量(EU)、平均信息量(AC)和元素偏移量(EO)；
获取到超声波信号后，在该超声波信号中先分离提取出故障超声波信号，进而对故障超声波信号进行提取特征参数，具体过程如下：
将S频域坐标矩阵分解为基矩阵和系数矩阵，设基矩阵表达式为：
F＝(f1,f2,…,fk)
以及系数矩阵R＝(r1,r2,…,rk)T，其中{fi}i＝1,…,k和{ri}i＝1,…,k为频域基向量及对应的时域位置向量，包含了超声波高频脉冲原始时频矩阵的绝大部分信息。在本实施例中，从{fi}i＝1,…,k和{ri}i＝1,…,k中提取以下特征参量。
(1)频域能量信息FE
对于每一个频域基向量{fi}i＝1,…,k，首先对进行傅里叶变换(FourierTransform,FT)，如式(14)。
Figure BDA0003275059050000052
式中，Fi(ν)是基向量fi的傅里叶变换结果。
然后，对Fi(ν)进行如式(15)所示的变换得到Fi(k)，最后将Fi(m)中从n0到N/4项的元素绝对值求和即可得到频域能量
Figure BDA0003275059050000053
如式(16)。式中，n0为小于N/4的一个较小的正整数，本文取n0＝1。
Figure BDA0003275059050000054
Figure BDA0003275059050000061
(2)元素均匀性EU
频域基向量{fi}i＝1,…,k中元素的均匀性用其导数平方和来直观表示，如式(17)。
Figure BDA0003275059050000062
式中，f′i(n)为{fi}i＝1,…,k中相邻元素的差，如式(18)。
f′i(n)＝fi(n+1)-fi(n)n＝1,…,N-1 (18)
(3)平均信息量AC
矩阵序列的平均信息量可由向量的信息熵计算得到，采用式(19)和式(20)计算频域基向量{fi}i＝1,…,k和时域位置向量{ri}i＝1,…,k的平均信息量AC。
Figure BDA0003275059050000063
Figure BDA0003275059050000064
(4)元素偏移量EO
元素之间的偏移量主要用稀疏度来反映，采用式(22)对{ri}i＝1,…,k计算偏移量EO。
Figure BDA0003275059050000065
式中，M为ri的长度。
由式(22)可知，当向量中所有元素相等时，其元素偏移量EO＝1。
综上所述，从每个fi提取了
Figure BDA0003275059050000066
三个特征量，从每个ri提取了
Figure BDA0003275059050000067
两个特征量。因此，随着k取值的不同，从超声波脉冲的S变换矩阵中提取的特征参数集F可以表示为式(23)，维数为5×k。
Figure BDA0003275059050000068
Figure BDA0003275059050000071
105、根据特征参数和邻近传播聚类算法获取有效超声波信号。
将上述的特征参数代入邻近传播聚类算法中计算获取计算结果，该计算结果作为有效超声波信号，具体的：
在本实施例中，该特征参数作为邻近传播聚类算法中的样本。
1>先进行算法初始化，即将特征参数中的任一参数作为聚类中心的初始值，使用该聚类中心的初始值对P进行赋值，且a(i,k′)＝0；吸引度矩阵r(i,k)；归属度矩阵a(i,k′)。
2>计算样本点间的吸引度值r(i,k)：
r(i,k)＝s(i,k)-max{a(i,k′)+s(i,k′)}
3>计算样本点间的归属度值ai+1(k,k)：
Figure BDA0003275059050000072
Figure BDA0003275059050000073
λ是收敛系数,主要用于调节算法的收敛速度及迭代过程的稳定性；
ai+1(k,k)＝P(k)-max[ai+1(k,j)+Si+1(k,j)],j∈{1,2,3,…,N},j≠k (11)
4>如果迭代次数超过设定的最大值或者当聚类中心在若干次迭代中不发生改变时终止计算，确定聚类中心及各类的样本点；否则返回2>，继续计算。
5>将聚类中心为计算结果，即该聚类中心为有效超声波信号。
通过先将初始超声波信号进行数据处理后，再提取故障超声波信号的特征参数，最后根据特征参数获取有效超声波信号，从而防止噪声干扰产生的超声波和多源超声波对故障检测的干扰，提高检测可靠性。
请参阅图2，本申请实施例中电流互感器一次侧检测过程超声波提取装置一个实施例包括：
采集/获取单元21，用于采集初始超声波信号，并对初始超声波信号进行数据处理获取超声波信号；
提取单元22，用于根据超声波信号提取故障超声波信号的特征参数；
获取单元23，用于根据特征参数和邻近传播聚类算法获取有效超声波信号。
在本实施例中，采集/获取单元21可以包括：采集模块211和获取模块212。
采集模块211，用于采集初始超声波信号；
获取模块212，用于将初始超声波信号进行坐标转换来获取超声波信号。
在本实施例中，获取模块212包括：降噪子模块2121和获取子模块2122。
降噪子模块2121，用于对初始超声波信号进行降噪处理来获取降噪超声波信号；
获取子模块2122，用于根据降噪超声波信号进行坐标转换来获取超声波信号。
在本实施例中，采集模块211采集初始超声波信号，并将初始超声波信号发送至降噪子模块2121，降噪子模块2121对初始超声波信号进行降噪处理来获取降噪超声波信号，且将降噪超声波信号发送至获取子模块2122，获取子模块2122根据降噪超声波信号进行坐标转换来获取超声波信号，且将超声波信号发送至提取单元22，提取单元22根据超声波信号提取故障超声波信号的特征参数，并将该特征参数发送至获取单元23，获取单元23根据特征参数和邻近传播聚类算法获取有效超声波信。
下面对本申请实施例中的电流互感器一次侧检测过程超声波提取装置进行详细描述，请参阅图3，本申请实施例中电流互感器一次侧检测过程超声波提取装置另一实施例包括：
处理器301、存储器302、输入输出单元303、总线304；
处理器301与存储器302、输入输出单元303以及总线304相连；
处理器301执行如下操作：
采集初始超声波信号，并对初始超声波信号进行数据处理获取超声波信号；
根据超声波信号提取故障超声波信号的特征参数；
根据特征参数和邻近传播聚类算法获取有效超声波信号。
本实施例中，处理器301的功能与前述图1所示实施例中的步骤，此处不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，read-onlymemory)、随机存取存储器(RAM，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims (7)

1.一种电流互感器一次侧检测过程超声波提取方法，其特征在于，包括：
采集初始超声波信号，并对所述初始超声波信号进行数据处理获取超声波信号；根据所述超声波信号提取故障超声波信号的特征参数；
根据所述特征参数和邻近传播聚类算法获取有效超声波信号。
2.根据权利要求1所述的电流互感器一次侧检测过程超声波提取方法，其特征在于，所述对所述初始超声波信号进行数据处理获取超声波信号，包括：
将所述初始超声波信号进行坐标转换来获取超声波信号。
3.根据权利要求1所述的电流互感器一次侧检测过程超声波提取方法，其特征在于，所述特征参数，包括：频域能量信息(FE)、元素均匀性量(EU)、平均信息量(AC)和元素偏移量(EO)。
4.根据权利要求2所述的电流互感器一次侧检测过程超声波提取方法，其特征在于，所述将所述初始超声波信号进行坐标转换来获取超声波信号，包括：
对所述初始超声波信号进行降噪处理来获取降噪超声波信号；
根据所述降噪超声波信号进行坐标转换来获取超声波信号。
5.一种电流互感器一次侧检测过程超声波提取装置，其特征在于，包括：
采集/获取单元，用于采集初始超声波信号，并对所述初始超声波信号进行数据处理获取超声波信号；
提取单元，用于根据所述超声波信号提取故障超声波信号的特征参数；
获取单元，用于根据所述特征参数和邻近传播聚类算法获取有效超声波信号。
6.根据权利要求5所述的电流互感器一次侧检测过程超声波提取装置，其特征在于，所述采集/获取单元，包括：
采集模块，用于采集初始超声波信号；
获取模块，用于将所述初始超声波信号进行坐标转换来获取超声波信号。
7.根据权利要求5所述的电流互感器一次侧检测过程超声波提取装置，其特征在于，所述获取模块，包括：
降噪子模块，用于对所述初始超声波信号进行降噪处理来获取降噪超声波信号；
获取子模块，用于根据所述降噪超声波信号进行坐标转换来获取超声波信号。
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