CN114910762A - 一种三相电缆局放信号噪声抑制方法及系统 - Google Patents

一种三相电缆局放信号噪声抑制方法及系统 Download PDF

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CN114910762A CN202210740242.9A CN202210740242A CN114910762A CN 114910762 A CN114910762 A CN 114910762A CN 202210740242 A CN202210740242 A CN 202210740242A CN 114910762 A CN114910762 A CN 114910762A
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李志峰
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Abstract

本申请公开了一种三相电缆局放信号噪声抑制方法及系统，该方法包括：根据被测相的两组滤波器输出信号以及传感器输出信号，判断其他两相是否存在局放信号；当其他两相均不存在局放信号时，自适应调整所述两组滤波器的系数和偏移参数，以对被测相的局放信号去噪。本申请提供的三相电缆局放信号噪声抑制方法，能利用各相电缆干扰之间的相关性来抑制局放信号中的噪声，提高局放信号的检测率，即使在某一相的信号出现异常时，可以依赖正常相的信号进行工作，具有良好的鲁棒性。

Description

一种三相电缆局放信号噪声抑制方法及系统
技术领域
本申请涉及局部放电检测技术领域，尤其涉及一种三相电缆局放信号噪声抑制方法及系统。
背景技术
在电网系统种，电缆线路运行故障多发，局部放电检测是电缆终端绝缘老化诊断的重要手段之一。局部放电现象对配电网络的正常运行有十分大的影响，在电缆终端的局放检测中，由于电磁环境极其复杂，实际局放信号极其微弱，因此实际检测到的局放信号常常湮没在强烈的噪声中，从而降低局放检测系统的灵敏度，导致局放检测结果不准确。因此，有效抑制局放中存在的噪声干扰是提高局放信号检出率的重要步骤之一。
针对局放信号的噪声抑制，现有的方法通常采用基于FFT的阈值滤波法来抑制噪声干扰。然而，这种方法会造成局部放电有效信号能量损失较大，各电缆之间的局放检测相对孤立。当某一相电缆出现干扰时，只能利用单条电缆信息检测局放信号，最终导致检测结果的精确度无法保障。
发明内容
本申请的目的在于提供一种三相电缆局放信号噪声抑制方法及系统，以解决现有的三相电缆局放信号检测时，由于各电缆局放检测相对孤立，进而影响检测结果准确度的问题。
为实现上述目的，本申请提供一种三相电缆局放信号噪声抑制方法，包括：
根据被测相的两组滤波器输出信号以及传感器输出信号，判断其他两相是否存在局放信号；
当其他两相均不存在局放信号时，自适应调整所述两组滤波器的系数和偏移参数，以对被测相的局放信号去噪。
进一步，作为优选地，所述的三相电缆局放信号噪声抑制方法，还包括：
当其他两相中一相有局放信号，另一相无局放信号时，更新无局放相对应的滤波器系数，以及停止更新有局放相对应的的滤波器系数，直至有局放相无局放信号时，重新对有局放相对应的滤波器系数进行更新。
进一步，作为优选地，在判断其他两相是否存在局放信号之前，还包括：
获取被测相的两组滤波器输出信号：
Figure BDA0003717624270000021
Figure BDA0003717624270000022
式中，ya[n]、yb[n]为滤波器输出信号，
Figure BDA0003717624270000023
为滤波器系数，x1[n]、x2[n]为另外两相电缆的传感器输出信号，ca、cb为滤波器的偏移参数。
进一步，作为优选地，在所述获取被测相的两组滤波器输出信号之后，还包括：
分别使用ga[n]＝x[n]-ya[n]和gb[n]＝x[n]-yb[n]检测当前相是否存在局放信号，若ga[n]和gb[n]同时检出局放信号，则判断当前相电缆存在局放信号；
其中，x[n]为被测相的传感器输出信号。
进一步，作为优选地，所述自适应调整所述两组滤波器的系数和偏移参数，包括：
利用La＝E[(x[n]-ya[n])2]作为误差e1[n]，利用Lb＝E[(x[n]-yb[n])2]作为误差e2[n]，分别将e1[n]、e2[n]输入到被测相的一组滤波器中的已知信号x1[n]、x2[n]作为输入参考信号；
分别根据e1[n]和x1[n]、e2[n]和x2[n]，并分别以e1[n]、e2[n]最小化为目标，利用LMS算法自适应调整得到所述两组滤波器的系数和偏移参数。
进一步，作为优选地，在所述对被测相的局放信号去噪之后，还包括：
基于小波包分解方法对于去噪后的局放信号进行检测。
本申请还提供一种三相电缆局放信号噪声抑制系统，包括：
三相电缆、自适应滤波器、传感器和处理器；
所述三相电缆的每相电缆上设有所述传感器和至少两组所述自适应滤波器；其中，其他两相的传感器输出信号分别作为被测相的至少两组所述自适应滤波器的输入信号；
所述处理器用于根据被测相的自适应滤波器的输出信号及被测相的传感器输出信号，判断其他两相是否存在局放信号；当其他两相均不存在局放信号时，自适应调整所述两组滤波器的系数和偏移参数，以对被测相的局放信号去噪。
进一步，作为优选地，所述传感器为高频电流传感器或电容耦合传感器。
进一步，作为优选地，所述处理器还用于：
获取被测相的两组滤波器输出信号：
Figure BDA0003717624270000031
Figure BDA0003717624270000032
式中，ya[n]、yb[n]为滤波器输出信号，
Figure BDA0003717624270000033
为滤波器系数，x1[n]、x2[n]为另外两相电缆的传感器输出信号，ca、cb为滤波器的偏移参数；
分别使用ga[n]＝x[n]-ya[n]和gb[n]＝x[n]-yb[n]检测当前相是否存在局放信号，若ga[n]和gb[n]同时检测出局放信号，则判断当前相电缆存在局放信号；
其中，x[n]为被测相的传感器输出信号。
进一步，作为优选地，所述处理器还用于：
利用La＝E[(x[n]-ya[n])2]作为误差e1[n]，利用Lb＝E[(x[n]-yb[n])2]作为误差e2[n]，分别将e1[n]、e2[n]输入到被测相的一组滤波器中的已知信号x1[n]、x2[n]作为输入参考信号；
分别根据e1[n]和x1[n]、e2[n]和x2[n]，并分别以e1[n]、e2[n]最小化为目标，利用LMS算法自适应调整得到所述两组滤波器的系数和偏移参数。
本申请公开了一种三相电缆局放信号噪声抑制方法及系统，该方法包括根据被测相的两组滤波器输出信号以及传感器输出信号，判断其他两相是否存在局放信号；当其他两相均不存在局放信号时，自适应调整所述两组滤波器的系数和偏移参数，以对被测相的局放信号去噪。
相对于现有技术，本申请的有益效果在于：
1)本申请能利用各相电缆干扰之间的相关性来抑制局放信号中的噪声，提高局放信号的检测率。
2)本申请即使在某一相的信号出现异常时，也可以依赖正常相的信号进行工作，具有良好的鲁棒性。
3)本申请能作为前处理与其他去噪方法相结合，使用灵活方便。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施方式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申请的一些实施方式，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是本申请某一实施例提供的三相电缆局放信号噪声抑制方法的流程示意图；
图2是本申请某一实施例提供的三相电缆局放信号噪声抑制方法的原理示意图；
图3是本申请某一实施例提供的自适应调整滤波器系数和偏移参数的原理示意图；
图4是本申请某一实施例提供的三相电缆局放信号噪声抑制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
应当理解，在本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请参阅图1，本申请某一实施例提供一种三相电缆局放信号噪声抑制方法。如图1所示，该三相电缆局放信号噪声抑制方法包括步骤S10至步骤S20。各步骤具体如下：
S10、根据被测相的两组滤波器输出信号以及传感器输出信号，判断其他两相是否存在局放信号；
S20、当其他两相均不存在局放信号时，自适应调整所述两组滤波器的系数和偏移参数，以对被测相的局放信号去噪。
为了帮助理解，请参阅图2，图2中，A、B、C分别表示电缆的三相，以A相为被测相为例做下列步骤说明：
首先，在每一相电缆处安装传感器和处理器，传感器用于采集预设时间长度的各相电缆传感器输出信号，处理器用于根据滤波器输出信号和传感器输出信号来进行去噪和局放检测。作为一优选的实施方式，上述传感器可以为电高频流传感器或电容耦合传感器。
第二，对每一相电缆，设置两组滤波器，包括：
Figure BDA0003717624270000061
Figure BDA0003717624270000062
式中，ya[n]、yb[n]为滤波器输出信号，
Figure BDA0003717624270000063
为滤波器系数，x1[n]、x2[n]为另外两相电缆的传感器输出信号，ca、cb为滤波器的偏移参数。
第三，根据被测相的两组滤波器输出信号以及传感器输出信号，判断当前相是否存在局放信号，具体为：
分别使用ga[n]＝x[n]-ya[n]和gb[n]＝x[n]-yb[n]检测当前相是否存在局放信号，若ga[n]和gb[n]同时检测出局放信号，则判断当前相电缆存在局放信号；其中，x[n]为被测相的传感器输出信号。
第四，当其他两相均不存在局放信号时，自适应调整所述两组滤波器的系数和偏移参数，以对被测相的局放信号去噪。
本步骤中，首先构建目标函数，以目标函数最小化为目标自适应调整两组滤波器。
La＝E[(x[n]-ya[n])2]；
Lb＝E[(x[n]-yb[n])2]；
具体地，所述自适应调整所述两组滤波器的系数和偏移参数，包括以下内容：
1)利用La＝E[(x[n]-ya[n])2]作为误差e1[n]，利用Lb＝E[(x[n]-yb[n])2]作为误差e2[n]，分别将e1[n]、e2[n]输入到被测相的一组滤波器中的已知信号x1[n]、x2[n]作为输入参考信号；
2)分别根据e1[n]和x1[n]、e2[n]和x2[n]，并分别以e1[n]、e2[n]最小化为目标，利用LMS算法自适应调整得到所述两组滤波器的系数和偏移参数。
为了帮助理解，请参阅图3，图3提供了自适应调整滤波器的系数和偏移参数的原理，下面以第一组自适应调整滤波器系数
Figure BDA0003717624270000071
为w1[n]为例，说明自适应调整的步骤：
步骤1：期望信号与滤波器输出信号之差的平方的期望值La作为误差e1[n]，输入到该相电缆第一组滤波器中的已知信号x1[n]作为输入参考信号；
步骤2：用LMS算法使用上一步骤中的误差e1[n]和x1[n]来计算下一组系数
Figure BDA0003717624270000072
即w1[n+1]，具体公式为：
w1[n+1]＝w1[n]+e1[n]x1[n]；
步骤3：LMS自适应系统通过调整滤波器系数
Figure BDA0003717624270000073
来追踪所需信号e1[n]，多次迭代使误差e1[n]最小化。
步骤4：用同样的LMS自适应系统调整ca来追踪信号e2[n]，得到更新的第一组自适应调整滤波器的偏移参数。
步骤5：期望信号与滤波器输出信号之差的平方的期望值Lb作为误差e2[n]，输入到该相电缆第二组滤波器中的已知信号x2[n]作为输入参考信号，用这两个参数组成的LMS自适应系统分别调整
Figure BDA0003717624270000074
和cb来追踪信号e2[n]，得到更新的第二组自适应调整滤波器的滤波器系数和偏移参数。
上述实施例为当其他两相均不存在局放信号时，自适应调整所述两组滤波器的系数和偏移参数的情况。在一个示例性的实施例中，所述三相电缆局放信号噪声抑制方法，还包括：
当其他两相中一相有局放信号，另一相无局放信号时，更新无局放相对应的滤波器系数，以及停止更新有局放相对应的的滤波器系数，直至有局放相无局放信号时，重新对有局放相对应的滤波器系数进行更新。
综上所述，本实施例提供的三相电缆局放信号噪声抑制方法能利用各相电缆干扰之间的相关性来抑制局放信号中的噪声，提高局放信号的检测率。同时，该方法能够在某一相的信号出现异常时，可以依赖正常相的信号进行工作，具有良好的鲁棒性。
在某一个实施例中，在所述对被测相的局放信号去噪之后，还包括基于小波包分解方法对于去噪后的局放信号进行检测，具体地包括以下内容：
1)运用小波基函数和分解层数N对含噪声信号进行小波变换；
2)对变换得到的小波分解的高频系数进行门限阈值量化处理，以去除其中包含的噪声；
3)通过求小波信号的2范数的平方得到信号的能量，通过各个频带上的能量反映原始信号在该频带内能量的大小作为表征信号的特征；
4)将上一步骤得到的信号输入BP神经网络中进行局部放电信号检测。
本实施例通过将上述实施例提供的三相电缆局放信号噪声抑制方法作为前处理手段与其他去噪方法相结合，不仅使用灵活方便，提供了降噪性能。
请参阅图4，本申请某一实施例还提供一种三相电缆局放信号噪声抑制系统，包括：
三相电缆、自适应滤波器、传感器和处理器；
所述三相电缆的每相电缆上设有所述传感器和至少两组所述自适应滤波器；其中，其他两相的传感器输出信号分别作为被测相的至少两组所述自适应滤波器的输入信号；
所述处理器用于根据被测相的自适应滤波器的输出信号及被测相的传感器输出信号，判断其他两相是否存在局放信号；当其他两相均不存在局放信号时，自适应调整所述两组滤波器的系数和偏移参数，以对被测相的局放信号去噪。
在某一实施例中，所述传感器为高频电流传感器或电容耦合传感器。
在某一实施例中，所述处理器还用于：
获取被测相的两组滤波器输出信号：
Figure BDA0003717624270000081
Figure BDA0003717624270000091
式中，ya[n]、yb[n]为滤波器输出信号，
Figure BDA0003717624270000092
为滤波器系数，x1[n]、x2[n]为另外两相电缆的传感器输出信号，ca、cb为滤波器的偏移参数；
分别使用ga[n]＝x[n]-ya[n]和gb[n]＝x[n]-yb[n]检测当前相是否存在局放信号，若ga[n]和gb[n]同时检测出局放信号，则判断当前相电缆存在局放信号；
其中，x[n]为被测相的传感器输出信号。
在某一实施例中，所述处理器还用于：
利用La＝E[(x[n]-ya[n])2]作为误差e1[n]，利用Lb＝E[(x[n]-yb[n])2]作为误差e2[n]，分别将e1[n]、e2[n]输入到被测相的一组滤波器中的已知信号x1[n]、x2[n]作为输入参考信号；
分别根据e1[n]和x1[n]、e2[n]和x2[n]，并分别以e1[n]、e2[n]最小化为目标，利用LMS算法自适应调整得到所述两组滤波器的系数和偏移参数。
综上所述，本实施例提供的三相电缆局放信号噪声抑制系统能利用各相电缆干扰之间的相关性来抑制局放信号中的噪声，提高局放信号的检测率。同时，该方法能够在某一相的信号出现异常时，可以依赖正常相的信号进行工作，具有良好的鲁棒性。
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，在实际应用中对其实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或页面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，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元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)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种三相电缆局放信号噪声抑制方法，其特征在于，包括：
根据被测相的两组滤波器输出信号以及传感器输出信号，判断其他两相是否存在局放信号；
当其他两相均不存在局放信号时，自适应调整所述两组滤波器的系数和偏移参数，以对被测相的局放信号去噪。
2.根据权利要求1所述的三相电缆局放信号噪声抑制方法，其特征在于，还包括：
当其他两相中一相有局放信号，另一相无局放信号时，更新无局放相对应的滤波器系数，以及停止更新有局放相对应的的滤波器系数，直至有局放相无局放信号时，重新对有局放相对应的滤波器系数进行更新。
3.根据权利要求1所述的三相电缆局放信号噪声抑制方法，其特征在于，在判断其他两相是否存在局放信号之前，还包括：
获取被测相的两组滤波器输出信号：
Figure FDA0003717624260000011
Figure FDA0003717624260000012
式中，ya[n]、yb[n]为滤波器输出信号，
Figure FDA0003717624260000013
为滤波器系数，x1[n]、x2[n]为另外两相电缆的传感器输出信号，ca、cb为滤波器的偏移参数。
4.根据权利要求3所述的三相电缆局放信号噪声抑制方法，其特征在于，在所述获取被测相的两组滤波器输出信号之后，还包括：
分别使用ga[n]＝x[n]-ya[n]和gb[n]＝x[n]-yb[n]检测当前相是否存在局放信号，若ga[n]和gb[n]同时检测出局放信号，则判断当前相电缆存在局放信号；
其中，x[n]为被测相的传感器输出信号。
5.根据权利要求4所述的三相电缆局放信号噪声抑制方法，其特征在于，所述自适应调整所述两组滤波器的系数和偏移参数，包括：
利用La＝E[(x[n]-ya[n])2]作为误差e1[n]，利用Lb＝E[(x[n]-yb[n])2]作为误差e2[n]，分别将e1[n]、e2[n]输入到被测相的一组滤波器中的已知信号x1[n]、x2[n]作为输入参考信号；
分别根据e1[n]和x1[n]、e2[n]和x2[n]，并分别以e1[n]、e2[n]最小化为目标，利用LMS算法自适应调整得到所述两组滤波器的系数和偏移参数。
6.根据权利要求1所述的三相电缆局放信号噪声抑制方法，其特征在于，在所述对被测相的局放信号去噪之后，还包括：
基于小波包分解方法对于去噪后的局放信号进行检测。
7.一种三相电缆局放信号噪声抑制系统，其特征在于，包括：
三相电缆、自适应滤波器、传感器和处理器；
所述三相电缆的每相电缆上设有所述传感器和至少两组所述自适应滤波器；其中，其他两相的传感器输出信号分别作为被测相的至少两组所述自适应滤波器的输入信号；
所述处理器用于根据被测相的自适应滤波器的输出信号及被测相的传感器输出信号，判断其他两相是否存在局放信号；当其他两相均不存在局放信号时，自适应调整所述两组滤波器的系数和偏移参数，以对被测相的局放信号去噪。
8.根据权利要求7所述的三相电缆局放信号噪声抑制系统，其特征在于，所述传感器为高频电流传感器或电容耦合传感器。
9.根据权利要求7所述的三相电缆局放信号噪声抑制系统，其特征在于，所述处理器还用于：
获取被测相的两组滤波器输出信号：
Figure FDA0003717624260000031
Figure FDA0003717624260000032
式中，ya[n]、yb[n]为滤波器输出信号，
Figure FDA0003717624260000033
为滤波器系数，x1[n]、x2[n]为另外两相电缆的传感器输出信号，ca、cb为滤波器的偏移参数；
分别使用ga[n]＝x[n]-ya[n]和gb[n]＝x[n]-yb[n]检测当前相是否存在局放信号，若ga[n]和gb[n]同时检测出局放信号，则判断当前相电缆存在局放信号；
其中，x[n]为被测相的传感器输出信号。
10.根据权利要求9所述的三相电缆局放信号噪声抑制系统，其特征在于，所述处理器还用于：
利用La＝E[(x[n]-ya[n])2]作为误差e1[n]，利用Lb＝E[(x[n]-yb[n])2]作为误差e2[n]，分别将e1[n]、e2[n]输入到被测相的一组滤波器中的已知信号x1[n]、x2[n]作为输入参考信号；
分别根据e1[n]和x1[n]、e2[n]和x2[n]，并分别以e1[n]、e2[n]最小化为目标，利用LMS算法自适应调整得到所述两组滤波器的系数和偏移参数。
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