CN116883540A - 一种prpd图像局部放电数据处理方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及PRPD图像数据处理技术领域，且公开了一种PRPD图像局部放电数据处理方法及系统，该PRPD图像局部放电数据处理方法包括：在内存空间中开辟大小为255*N的矩阵；获取局部放电时的放电量Qi、实际电压及放电次数ni；将放电量Qi归一化至0至255之间的整数Qi C；计算放电相位φi；将放电相位φi归一化至0至N之间的整数φi C；将放电次数ni归一化至0至255之间的整数ni C；将ni C写入矩阵中各元素对应位置(Qi C,φi C)处；遍历矩阵中所有元素，并提取非零元素，形成PRPD图像非零像素列表。本发明对原始PRPD图像局部放电数据进行压缩处理，降低资源占用空间，提高数据处理速率。
Description
技术领域
本发明涉及PRPD图像数据处理技术领域，尤其涉及一种PRPD图像局部放电数据处理方法及系统。
背景技术
对于电机、变压器等高压电气设备，由于制造工艺、使用环境等原因使其绝缘系统内部或表面存在某种缺陷（例如，空隙、间隙、裂缝），因此，在产品设计、生产制造环节对绝缘体进行局部放电检测，这些缺陷对施加在其上的电压进行绝缘并在这些缺陷处会产生放电活动。
在测量产品局部放电过程中，同时获取局部放电发生的相位，并统计在某相位φi下发生放电量Qi的局部放电次数n，并形成一张宽度为φmax（最大相位）和高度为Qmax（最大放电量）的图像，像素灰度表示局部放电次数n，这样的图像称为PRPD（Phase ResolvedPartial Discharge，相位相关局放图谱）图像。PRPD图像可以用来判断局部放电的模态，表征被检测件的绝缘不良状况。
局部放电的采集使用高精度高速模数转换芯片进行，其特点为采集数据精度高。因此，在绘制PRPD图像时，采集单元需要开辟较大的缓存空间，发生数据需要较大的数据带宽，图像绘制与分析过程遍历数据所占用资源较大；且相位数据分辨率高，使每次发生放电时对应的像素过于分散；针对同一被测品，在同一工频电压下进行测试，局部放电发生的相位和放电量较为集中，因此，存在大量零数据占用内存空间，导致资源有效利用率低。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的之一在于提供一种PRPD图像局部放电数据处理方法，通过对原始PRPD图像局部放电数据进行压缩处理，降低资源占用空间，处理后的数据不存在非零数据，从而提高数据处理速率，且提高PRPD图像绘制效率。
为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：
一种PRPD图像局部放电数据处理方法，其用于对原始PRPD图像局部放电数据进行处理，所述原始PRPD图像局部放电数据包括原始相位数据和原始放电量数据，所述PRPD图像局部放电数据处理方法包括：
在内存空间中开辟大小为255*N的矩阵，其中N为90、180或360，其中矩阵中每个元素占1字节；
使用与获取所述原始PRPD图像局部放电数据的工频交流电相同的激励信号源激励被测品，获取局部放电时的放电量Qi、实际电压及放电次数ni；
根据放电量Qi和原始放电量数据，将放电量Qi归一化至0至255之间的整数Qi C；
根据已知最大电压值和所获取的实际电压，计算放电相位φi；
根据放电相位φi、以及360与N之商，将放电相位φi归一化至0至N之间的整数φi C；
根据放电次数ni和最大放电次数，将放电次数ni归一化至0至255之间的整数ni C；
将ni C写入矩阵中各元素对应位置(Qi C,φi C)处；
遍历矩阵中所有元素，并提取非零元素，形成PRPD图像非零像素列表。
在本申请的一些实施例中，所述PRPD图像非零像素列表包括：
多个地址，每个地址对应所述矩阵中非零元素及所述非零元素对应的放电相位及放电量，
其中，所述非零元素的数值表示放电次数。
在本申请的一些实施例中，采用局部放电测试设备，在所述被测品发生局部放电时，触发所述局部放电测试设备中采集电路和所述内存空间进行通讯，向所述内存空间发送放电量Qi、实际电压及放电次数ni。
在本申请的一些实施例中，所述矩阵中元素能够发送至上位机，用于数据分析或PRPD图像绘制并显示。
在本申请的一些实施例中，根据放电量Qi和原始放电量数据，将放电量Qi归一化至0至255之间的整数，具体为：
归一化后的数据为Qi C：Qi C=[Qi/Q1×255]；
其中，[x]为取整函数，所述原始放电量数据包括局部放电测试设备最大可采集电量Q1。
在本申请的一些实施例中，根据放电相位φi、以及360与N之商，将放电相位φi归一化至0至N之间的整数，具体为：
归一化后的数据为φi C：φi C=[φi/(360/N)]；
其中，[x]为取整函数。
在本申请的一些实施例中，所述N为90。
在本申请的一些实施例中，根据放电次数ni和最大放电次数nmax，将放电次数ni归一化至0至255之间的整数，具体为：
归一化后的数据为ni C：ni C=[ni/nmax×255]，其中，[x]为取整函数。
在本申请的一些实施例中，最大放电次数nmax=t×50。
其中，t为所述被测品的测试总时长；
与现有技术相比，本实施例的PRPD图像局部放电数据处理方法的优点及有益效果如下：
（1）开辟空间大小为255*N的矩阵，相比原始PRPD图像局部放电数据在占用空间上少，有效利用资源空间；
（2）在测试总时长内，将放电量、相位和放电次数分别进行归一化，并存储在255*N的矩阵中，使得放电量归一化为0至255之间，相位归一化为0至N之间，且放电次数归一化为0至255之间，降低数据占用资源空间且降低相位数据分辨率，避免每次放电对应放电次数过于分散；
（3）遍历矩阵中所有数据，仅提取非零数据，避免零数据占用空间，提高空间资源有效利用率，且同时提高PRPD图像绘制与分析过程。
本申请的目的之二在于提供一种PRPD图像局部放电数据处理系统，其用于将原始PRPD图像局部放电数据进行处理，降低数据资源占用空间，且处理后的数据不存在非零数据，提高数据处理效率。
一种PRPD图像局部放电数据处理系统，其用于对原始PRPD图像局部放电数据进行处理，所述原始PRPD图像局部放电数据包括原始相位数据和原始放电量数据，所述PRPD图像局部放电数据处理系统包括：
矩阵创建模块，其用于在内存空间中开辟大小为255*N的矩阵，其中N为90、180或360，其中矩阵中每个元素占1字节；
放电数据获取模块，其使用与获取所述原始PRPD图像局部放电数据的工频交流电相同的激励信号源激励被测品，获取局部放电时的放电量Qi、实际电压及放电次数ni；
第一计算模块，其用于根据放电量Qi和原始放电量数据，将放电量Qi归一化至0至255之间的整数Qi C；
第二计算模块，其用于根据已知最大电压值和所获取的实际电压，计算放电相位φi；
第三计算模块，其用于根据放电相位φi、以及360与N之商，将放电相位φi归一化至0至N之间的整数φi C；
第四计算模块，其用于根据放电次数ni和最大放电次数，将放电次数ni归一化至0至255之间的整数ni C；
写入模块，其用于将ni C写入矩阵中各元素对应位置(Qi C,φi C)处；
提取模块，其用于在遍历矩阵中所有元素后提取非零元素，形成PRPD图像非零像素列表。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是原始PRPD图像的数据存储示意图；
图2是本发明提出的PRPD图像局部放电数据处理方法实施例的流程图；
图3是采用本发明提出的PRPD图像局部放电数据处理方法实施例后PRPD图像的数据存储示意图；
图4是采用本发明提出的PRPD图像局部放电数据处理方法实施例后的PRPD图像非零像素列表。
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。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本申请涉及的PRPD图像局部放电数据处理方法针对原始PRPD图像局部放电数据进行的处理，该原始PRPD图像局部放电数据包括原始相位数据、原始放电数据和原始最大放电次数。
其中，PRPD图像上的一个像素的灰度值表示放电次数，PRPD图像的横坐标为放电相位φ，纵坐标为放电量Q。
如上原始PRPD图像局部放电数据是通过局部放电测试设备中采集电路进行采集的。
在局部放电测试设备中，电压采集分辨率为5V/Bit，激励信号源为最大峰值5kV的工频交流电，放电量采集分辨率为0.1pC/Bit，最大可采集电量2000pC，最大测试时间25.5秒。
则采集后的原始PRPD图像局部放电数据为如下：
（1）原始相位数据：
相位分辨率φmin：φmin=sin-1(Vmin/Vmax) =sin-1(5V/5000V)。
因此，φmin≈0.0573°。
PRPD图像的宽度Widthφ：Widthφ=360°/φmin≈6283。
即，原始相位数据的数字量0至6283映射到相位0至360°。
（2）原始放电量数据：
PRPD图像的高度Qmax：Qmax=2000pC/0.1pC=20000。
即，原始放电量数据的数字量0至20000映射到放电量0pC至2000pC。
（3）原始放电次数数据：
最大放电次数N：N=25.5s×50Hz=1275。
如上所述的原始相位数据、原始放电量数据和原始放电次数数据为原始PRPD图像局部放电数据。
通过以上分析，PRPD图像的原始数据的存储示意图如图1所示，其中框示出PRPD图像的一个像素，该像素的灰度值表示放电次数（放电次数位于0至1275之间）。
参见图1，可以看出原始PRPD图像局部放电数据存在如下问题：（1）数据精度高，占用空间巨大，降低空间资源利用率；（2）相位数据分辨率过高，使每次放电对应像素过于分散；（3）针对同一试品，在同一工频电压下进行测试，局部放电发生的相位和放电量较为集中，导致存在大量的零数据占用内存空间，空间有效利用率低。
因此，针对如上存在的技术问题，本申请涉及一种PRPD图像局部放电数据处理方法及系统。
如下，将针对PRPD图像局部放电数据处理方法及系统分别进行描述。
参见图2，示出该PRPD图像局部放电数据处理方法的流程图。
S1：在内存空间中开辟大小为255*N的矩阵，其中N为整数90、180或360，其中矩阵中每个元素占1字节。
矩阵中元素表示像素灰度，即放电次数。
矩阵中元素占1字节，且1个字节由8位二进制组成，也即像素灰度为0至255。
本申请的内存空间可以指与局部放电测试设备中采集电路通信的ARM。
该内存空间用于缓存放电测试总时长t秒的局部放电数据。
在本申请中，矩阵大小即为最终所绘制的PRPD图像的图像大小，N表示最大相位对应的最大数值，由此，相比现有技术中绘制PRPD图像时，对相位数据进行了压缩，降低相位数据分辨率，使放电对应像素灰度相对集中。
在N为90时，内存空间约为23KB；在N为180时，内存空间约为46KB；在N为360时，内存空间约为92KB。
255表示最终所绘制PRPD图像的放电量对应的最大值。
N表示最大相位对应的最大数值。
S2：使用与获取原始PRPD图像局部放电数据的工频交流电相同的激励信号源激励被测品，获取局部放电时的放电量Qi、实际电压及放电次数ni。
由于是对原始PRPD图像局部放电数据的处理，因此，在采集数据时，需要采用与获取原始PRPD图像局部放电数据的工频交流电相同的激励信号源。
如上所述的，激励信号源为最大峰值5kV的工频交流电。
需要说明的是，也需要采用具有相同采集参数的局部放电测试设备，即，局部放电测试设备采用电压采集分辨率为5V/Bit，放电量采集分辨率为0.1pC/Bit，最大可采集电量2000pC，其中最大测试时间可以变化。
S3：根据放电量Qi和原始放电量数据，将放电量Qi归一化至0至255之间的整数Qi C。
如上所述的，原始放电量数据的数字量0至20000映射到放电量0pC至2000pC。
因此，根据如下公式，将放电量Qi归一化至0至255之间的整数。
放电量Qi归一化后的数据为Qi C：Qi C=[Qi/Q1×255]；
其中，[x]为取整函数，原始PRPD图像放电量数据包括局部放电测试设备最大可采集电荷量Q1（例如，采用如上局部放电测试设备时的最大可采集电量2000pC）。
S4：根据已知最大电压值和所获取的实际电压，计算放电相位φi。
根据已知最大电压值（即，5kV）和实际电压Vi，计算放电相位φi。
φi：φi=sin-1(Vi/Vmax)。
在采用如上所述的局部放电测试设备时，Vmax=5kV。
如上所述的S3和S4没有先后顺序之分，仅出于方便描述而标记为S3和S4。
S5：根据放电相位φi、以及360与N之商，将放电相位φi归一化至0至N之间的整数φi C。
在本申请的一些实施例中，将相位进行压缩，将原0°至360°的相位映射到整数0到N之间。
在N取90时，将0°至360°的相位映射到整数0到90之间。
放电相位φi归一化后的数据为φi C：φi C=[φi/(360/N)]。
其中，[x]为取整函数。
在N取90时，φi C=[φi/4]；在N取180时，φi C=[φi/2]；在N取360时，φi C=[φi]。
在本申请的一些实施例中，考虑到相位分辨率及占用空间等因素，选择N为90。
如此，相比原0°至360°的相位映射到整数0到6283之间，本申请归一化后的放电相位φi C映射到整数0到90之间，降低了相位分辨率，使放电相位数据相对集中。
S6：根据放电次数ni和最大放电次数nmax，将放电次数ni归一化至0至255之间的整数ni C。
如S1中所述的，矩阵中元素表示像素灰度，即放电次数，其为0至255的整数。
因此，在本申请的一些实施例中，根据测试总时长t对放电次数ni进行归一化，对于发生在放电相位φi C、放电量Qi C的局部放电，局部放电测试计数的放电次数为ni，并将其映射到0至255的整数。
放电次数ni进行归一化后的数据ni C：ni C=[ni/nmax×255]。
其中，最大放电次数nmax可以通过测试总时长t和工频的乘积来获取，即，nmax=t×50。
测试总时长t可以为如上所述的25.5s。
S7：将ni C写入矩阵中各元素对应位置(Qi C,φi C)处。
映射后结果ni C称为放电相位φi C、放电量Qi C下的放电密度参数。
其中，矩阵中元素i表示为：M(Qi C,φi C)=ni C，其中，Qi C∈[0,255]，φi C∈[0,90]，
ni C∈[0,255]。
例如，最大放电次数nmax可以理解为出现多少个正弦周期。
假如，在测试总时长为两秒的测试中，出现100个正弦周期，即，nmax=100。
一次局部放电测试中，同相位、同放电量出现了50个正弦周期，则归一化的放电密度参数ni C=[ni/nmax×255]=[50/100×255]=128。
例如，在测试总时长为四秒的测试中，出现200个正弦周期，即，nmax=200。
一次局部放电测试中，同相位、同放电量出现了50个正弦周期，则归一化的放电密度参数ni C=[ni/nmax×255]=[50/200×255]=64。
经过以上步骤后，处理后的局部放电数据储存在矩阵中。
归一化后的PRPD图像的数据的存储示意图参见图3所示。
S8：遍历矩阵中所有元素，并提取非零元素，形成PRPD图像非零像素列表。
如上获取到位于矩阵255*90内的元素，结合图3，可知矩阵中仍存在大量零元素（即，像素灰度为零）。
为了提高绘制PRPD图像的效率，在测试结束后，遍历矩阵中所有元素，提取非零元素，形成PRPD图像非零像素列表。
该PRPD图像非零像素列表储存形式参见图4。
为了方便查找该PRPD图像非零像素列表中某像素，该该PRPD图像非零像素列表还包括多个地址，每个地址对应一个像素ni C以及该像素ni C所处位置(Qi C,φi C)。
如此，在进行PRPD图像绘制时，可根据地址遍历获取对应地址下的ni C、Qi C和φi C。
如此，根据图4示出的PRPD图像非零像素列表，可快速绘制PRPD图像，并能够将矩阵中元素发送给上位机，用于数据分析或PRPD图像绘制并显示。
本申请涉及的PRPD图像局部放电数据处理方法，能够通过压缩原始PRPD图像数据，降低PRPD图像数据占用空间大小，提高PRPD图像的绘制效率，且使得每次放电对应像素相对集中。
本申请涉及一种对应如上所述的PRPD图像局部放电数据处理方法的PRPD图像局部放电数据处理系统，该PRPD图像局部放电数据处理系统包括矩阵创建模块、放电数据获取模块、第一计算模块、第二计算模块、第三计算模块、第四计算模块、写入模块和提取模块。
矩阵创建模块用于在内存空间中开辟大小为255*N的矩阵，其中N为整数90、180或360，其中矩阵中每个元素占1字节，具体实现参见如上所述，在此不做赘述。
放电数据获取模块用于使用与获取原始PRPD图像局部放电数据的工频交流电相同的激励信号源激励被测品，获取局部放电时的放电量Qi、实际电压及放电次数ni，具体实现参见如上所述，在此不做赘述。
第一计算模块用于根据放电量Qi和原始放电量数据，将放电量Qi归一化至0至255之间的整数Qi C，具体实现参见如上所述，在此不做赘述。
第二计算模块用于根据已知最大电压值和所获取的实际电压，计算放电相位φi，具体实现参见如上所述，在此不做赘述。
第三计算模块用于根据放电相位φi、以及360与N之商，将放电相位φi归一化至0至N之间的整数φi C，具体实现参见如上所述，在此不做赘述。
第四计算模块用于根据放电次数ni和最大放电次数，将放电次数ni归一化至0至255之间的整数ni C，具体实现参见如上所述，在此不做赘述。
写入模块用于将ni C写入矩阵中各元素对应位置(Qi C,φi C)处，具体实现参见如上所述，在此不做赘述。
提取模块用于在遍历矩阵中所有元素后提取非零元素，形成PRPD图像非零像素列表，具体实现参见如上所述，在此不做赘述。
具体的PRPD图像局部放电数据处理系统的工作过程，已经在上述PRPD图像局部放电数据处理方法中详述，在此不做赘述。
本实施例的PRPD图像局部放电数据处理系统，能够通过压缩原始PRPD图像数据，降低PRPD图像数据占用空间大小，提高PRPD图像的绘制效率，且使得每次放电对应像素相对集中。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述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；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种PRPD图像局部放电数据处理方法，其用于对原始PRPD图像局部放电数据进行处理，所述原始PRPD图像局部放电数据包括原始相位数据和原始放电量数据，其特征在于，所述PRPD图像局部放电数据处理方法包括：
在内存空间中开辟大小为255*N的矩阵，其中N为90、180或360，其中矩阵中每个元素占1字节；
使用与获取所述原始PRPD图像局部放电数据的工频交流电相同的激励信号源激励被测品，获取局部放电时的放电量Qi、实际电压及放电次数ni；
根据放电量Qi和原始放电量数据，将放电量Qi归一化至0至255之间的整数Qi C；
根据已知最大电压值和所获取的实际电压，计算放电相位φi；
根据放电相位φi、以及360与N之商，将放电相位φi归一化至0至N之间的整数φi C；
根据放电次数ni和最大放电次数，将放电次数ni归一化至0至255之间的整数ni C；
将ni C写入矩阵中各元素对应位置(Qi C,φi C)处；
遍历矩阵中所有元素，并提取非零元素，形成PRPD图像非零像素列表。
2.根据权利要求1所述的PRPD图像局部放电数据处理方法，其特征在于，所述PRPD图像非零像素列表包括：
多个地址，每个地址对应所述矩阵中非零元素及所述非零元素对应的放电相位及放电量；
其中，所述非零元素的数值表示放电次数。
3.根据权利要求1所述的PRPD图像局部放电数据处理方法，其特征在于，采用局部放电测试设备，在所述被测品发生局部放电时，触发所述局部放电测试设备中采集电路和所述内存空间进行通讯，向所述内存空间发送放电量Qi、实际电压及放电次数ni。
4.根据权利要求1所述的PRPD图像局部放电数据处理方法，其特征在于，
所述矩阵中元素能够发送至上位机，用于数据分析或PRPD图像绘制并显示。
5.根据权利要求1所述的PRPD图像局部放电数据处理方法，其特征在于，
根据放电量Qi和原始放电量数据，将放电量Qi归一化至0至255之间的整数，具体为：
归一化后的数据为Qi C：Qi C=[Qi/Q1×255]；
其中，[x]为取整函数，所述原始放电量数据包括局部放电测试设备最大可采集电量Q1。
6.根据权利要求1或5所述的PRPD图像局部放电数据处理方法，其特征在于，根据放电相位φi、以及360与N之商，将放电相位φi归一化至0至N之间的整数，具体为：
归一化后的数据为φi C：φi C=[φi/(360/N)]；
其中，[x]为取整函数。
7.根据权利要求6所述的PRPD图像局部放电数据处理方法，其特征在于，所述N为90。
8.根据权利要求6所述的PRPD图像局部放电数据处理方法，其特征在于，根据放电次数ni和最大放电次数nmax，将放电次数ni归一化至0至255之间的整数，具体为：
归一化后的数据为ni C：ni C=[ni/nmax×255]；
其中，[x]为取整函数。
9.根据权利要求7所述的PRPD图像局部放电数据处理方法，其特征在于，最大放电次数nmax=t×50；
其中，t为所述被测品的测试总时长。
10.一种PRPD图像局部放电数据处理系统，其特征在于，其用于对原始PRPD图像局部放电数据进行处理，所述原始PRPD图像局部放电数据包括原始相位数据和原始放电量数据，所述PRPD图像局部放电数据处理系统包括：
矩阵创建模块，其用于在内存空间中开辟大小为255*N的矩阵，其中N为90、180或360，其中矩阵中每个元素占1字节；
放电数据获取模块，其使用与获取所述原始PRPD图像局部放电数据的工频交流电相同的激励信号源激励被测品，获取局部放电时的放电量Qi、实际电压及放电次数ni；
第一计算模块，其用于根据放电量Qi和原始放电量数据，将放电量Qi归一化至0至255之间的整数Qi C；
第二计算模块，其用于根据已知最大电压值和所获取的实际电压，计算放电相位φi；
第三计算模块，其用于根据放电相位φi、以及360与N之商，将放电相位φi归一化至0至N之间的整数φi C；
第四计算模块，其用于根据放电次数ni和最大放电次数，将放电次数ni归一化至0至255之间的整数ni C；
写入模块，其用于将ni C写入矩阵中各元素对应位置(Qi C,φi C)处；
提取模块，其用于在遍历矩阵中所有元素后提取非零元素，形成PRPD图像非零像素列表。
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