本發(fā)明屬于電力設(shè)備局部放電檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種局部放電超高頻單次波形頻域特征提取及識(shí)別方法，用于電力設(shè)備局部放電類型的識(shí)別。

背景技術(shù)：
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電力設(shè)備的絕緣材料是保證電力設(shè)備正常運(yùn)行的重要組件，但是由于絕緣材料在強(qiáng)電場(chǎng)作用下老化或絕緣材料加工缺陷，在電力設(shè)備運(yùn)行中絕緣材料內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)局部放電，局部放電的發(fā)展會(huì)加速絕緣材料的老化，從而導(dǎo)致電力設(shè)備壽命縮短，所以必須盡早發(fā)現(xiàn)和識(shí)別局部放電的類型，采用措施減緩電力設(shè)備的老化。

局部放電超高頻檢測(cè)憑借靈敏度高，現(xiàn)場(chǎng)抗干擾效果好等優(yōu)點(diǎn)，在電力設(shè)備局部放電檢測(cè)中得到了較為廣泛的應(yīng)用。局部放電超高頻信號(hào)的帶寬從0MHz～3000MHz，包含了豐富的放電信息，對(duì)超高頻單次信號(hào)的分析和特征提取，有助于局部放電放電類型的識(shí)別。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是為了解決局部放電類型識(shí)別的問(wèn)題，提供了一種局部放電超高頻單次波形頻域特征提取及識(shí)別方法，并驗(yàn)證了特征參量在局部放電類型識(shí)別中的有效性。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

一種局部放電超高頻單次波形頻域特征提取及識(shí)別方法，包括以下步驟：

1)采集不同局部放電類型的多組局部放電超高頻單次放電信號(hào)；

2)對(duì)多組同一放電類型的超高頻單次放電信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，得到多組一維功率譜數(shù)組FreArray，多組一維功率譜數(shù)組FreArray構(gòu)成同一放電類型的功率譜矩陣FreMatrix；

3)對(duì)同一放電類型的功率譜矩陣FreMatrix進(jìn)行奇異值分解，取奇異值最大值對(duì)應(yīng)的一維向量，得到同一放電類型的功率譜矩陣FreMatrix的特征向量，即該特征向量對(duì)應(yīng)同一放電類型超高頻單次波形的特征向量；

4)對(duì)不同放電類型重復(fù)步驟2)和3)的操作，得到不同放電類型超高頻單次波形的特征向量；

5)利用步驟4)提取的特征向量，采用有監(jiān)督的學(xué)習(xí)方法訓(xùn)練局部放電類型的識(shí)別模型，并利用識(shí)別模型對(duì)放電類型進(jìn)行識(shí)別。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟2)的具體實(shí)現(xiàn)方法如下：

201)對(duì)超高頻單次波形采用快速傅里葉變換，得到單次波形的一維功率譜數(shù)組FreArray；

202)對(duì)同一個(gè)放電類型的多個(gè)超高頻單次波形重復(fù)201)步驟，將FFT變換的多個(gè)FreArray按行組合得到同一放電類型的功率譜矩陣FreMatrix，其中行表示一個(gè)單次波形的功率譜，列表示樣本數(shù)。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟5)的具體實(shí)現(xiàn)方法如下：

501)得到不同放電類型的FreMatrix，將FreMatrix歸一化到[-1,1]的范圍內(nèi)，之后將其分為測(cè)試集和訓(xùn)練集；

502)采用有監(jiān)督學(xué)習(xí)的方法，利用訓(xùn)練集得到識(shí)別模型；

503)將測(cè)試集帶到識(shí)別模型中，檢驗(yàn)識(shí)別模型的效果，并根據(jù)識(shí)別精度，調(diào)整模型參數(shù)；

504)重復(fù)502)和503)步，直至達(dá)到滿足要求的識(shí)別精度，即得到對(duì)應(yīng)的局部放電超高頻單次波形識(shí)別模型。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟501)中，將FreMatrix歸一化到[-1,1]的范圍內(nèi)，公式如下所示：

$y=(ymax-y\min )*\frac{(x-xmin)}{(xmax-x\min )}+y\min ---\left(1\right)$

其中，ymax為1，ymin為-1，x為特征參量，xmin為特征參量的最小值，xmax為特征參量的最大值。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟502)中，利用支持向量機(jī)根據(jù)訓(xùn)練集進(jìn)行識(shí)別模型的訓(xùn)練，得到SVM的識(shí)別模型，支持向量機(jī)的核函數(shù)如下所示：

K(x,y)＝exp(-gamma×|x-y|²) (2)

其中，x為特征參量，y為放電類型對(duì)應(yīng)的值，gmmma為默認(rèn)值1/(特征值個(gè)數(shù))。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，gmmma的取值為1/2000；懲罰參數(shù)為默認(rèn)值1。

本發(fā)明對(duì)比已有技術(shù)具有以下創(chuàng)新點(diǎn)：

1.首次采用快速傅里葉變換和奇異值分解相結(jié)合的方式，提取了超高頻單次波形的特征向量，能夠直觀反映不同放電類型的頻域特征；

2、采用本發(fā)明提取的頻率特征，在不對(duì)識(shí)別模型進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化的情況下，就能達(dá)到比較高的識(shí)別精度。

本發(fā)明對(duì)比已有技術(shù)具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明提取的頻率特征參量，能夠盡可能的包含超高頻信號(hào)的頻域特征，并能夠直觀顯示各個(gè)頻率點(diǎn)上的特征量大?。?/p>

2、利用本發(fā)明提取的特征參量，在不優(yōu)化識(shí)別模型參數(shù)的情況下，就能達(dá)到比較高的識(shí)別精度，以支持向量機(jī)為例，識(shí)別率達(dá)到96％以上。模型中核函數(shù)為徑向基函數(shù)，參數(shù)c和g均采用默認(rèn)值1和(1/特征值個(gè)數(shù))。

綜上所述，本發(fā)明提出了一種新的局部放電超高頻單次波形頻域特征提取方法，利用本發(fā)明中提取的特征參量可以直觀的表示不同放電類型的頻域特征，利用本發(fā)明中提出的特征參量可以有效的進(jìn)行局部放電類型識(shí)別。

附圖說(shuō)明：

圖1為本發(fā)明方法提取的四種局部放電類型超高頻信號(hào)單次波形頻域特征向量；其中，圖1(a)為放電類型P1的超高頻信號(hào)單次波形頻域特征向量，圖1(b)為放電類型P2的超高頻信號(hào)單次波形頻域特征向量，圖1(c)為放電類型P3的超高頻信號(hào)單次波形頻域特征向量，圖1(d)為放電類型P4的超高頻信號(hào)單次波形頻域特征向量。

具體實(shí)施方式：

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做出進(jìn)一步的說(shuō)明。

本發(fā)明的基本思想是基于快速傅里葉變換和奇異值分解相結(jié)合的方式，提取超高頻單次波形的頻域特征參量，利用提取的特征參量進(jìn)行局部放電類型識(shí)別，具體流程如下：

1)采集四種放電類型(分別是放電類型1、2、3、4，下文簡(jiǎn)稱P1，P2，P3和P4)多個(gè)局部放電超高頻單次波形，使用的示波器其帶寬為100MHz～3GHz，其采樣率為5GS/s；

2)對(duì)局部放電類型P1的超高頻單次波形進(jìn)行快速傅里葉變換(FFT)，得到功率譜FreArray；

3)對(duì)局部放電類型P1的多組超高頻單次波形重復(fù)步驟2)的操作，得到多組超高頻單次波形的FreArray，如圖1(a)所示；

4)對(duì)四種放電類型P2，P3和P4的多組超高頻單次波形重復(fù)步驟2)和3)，得到各自的功率譜矩陣FreMatrix，其中行表示一個(gè)單次波形的功率譜，列表示樣本數(shù)，如圖1(b)至(d)所示；

5)對(duì)四種放電類型的FreMatrix進(jìn)行奇異值分解，提取奇異值最大值對(duì)應(yīng)的一組向量，得到四種放電類型超高頻單次波形的頻域特征參量，如圖1所示；

6)利用得到的特征向量進(jìn)行局部放電識(shí)別，具體步驟如下：

a)歸一化特征參量，將特征量歸一化到[-1,1]的范圍內(nèi)，公式如下所示：

$y=(ymax-y\min )*\frac{(x-xmin)}{(xmax-x\min )}+y\min ---\left(1\right)$

其中，ymax為1，ymin為-1，x為特征參量，xmin為特征參量的最小值，xmax為特征參量的最大值；

b)將四種放電類型的樣本隨機(jī)分為訓(xùn)練集和測(cè)試集；

c)利用支持向量機(jī)(SVM)根據(jù)訓(xùn)練集進(jìn)行識(shí)別模型的訓(xùn)練，得到SVM的識(shí)別模型，支持向量機(jī)的核函數(shù)如下所示：

K(x,y)＝exp(-gamma×|x-y|²) (2)

其中，x為特征參量，y為放電類型對(duì)應(yīng)的值(本發(fā)明中定義：P1對(duì)應(yīng)1，P2對(duì)應(yīng)2，P3對(duì)應(yīng)3，P4對(duì)應(yīng)4)，gmmma為默認(rèn)值1/(特征值個(gè)數(shù))，本發(fā)明中即1/2000；懲罰參數(shù)為默認(rèn)值1；

d)對(duì)測(cè)試集進(jìn)行識(shí)別效果檢驗(yàn)，得到的識(shí)別精度為96％以上。