本發(fā)明涉及電纜局部放電在線監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，更具體的涉及一種電纜局部放電信號(hào)特征向量提取方法。

背景技術(shù)：

電纜局部放電在線監(jiān)測中，檢測到的局部放電信號(hào)可能來自電纜本體和電纜終端頭，也可能來自與其相連的開關(guān)柜。由于不同來源的局部放電對設(shè)備危害不同，判斷標(biāo)準(zhǔn)也不同，所以對局部放電信號(hào)來源進(jìn)行識(shí)別有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

在局部放電信號(hào)識(shí)別方面，信號(hào)特征提取和分類器選擇是最關(guān)鍵部分。特征提取是局部放電信號(hào)識(shí)別第一步，特征提取的好壞直接影響到識(shí)別的效果。在特征提取方法中，小波分析法由于具有良好的局部時(shí)頻特性，已廣泛應(yīng)用于局部放電信號(hào)的特征提取，但其容易收到噪聲的影響，且基小波難于選擇。而經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸?empiricalmodedecomposition，emd)方法基于信號(hào)的局部特征時(shí)間尺度，能把非平穩(wěn)信號(hào)分解為有限的基本模態(tài)分量(intrinsicmodefunction,imf)之和，是一種自適應(yīng)的信號(hào)處理方法，適合非線性和非平穩(wěn)過程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種電纜局部放電信號(hào)特征向量提取方法，該方法結(jié)合了小波包分解和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸獾膬?yōu)勢，提取的特征向量能夠更好表征局部放電信號(hào)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種電纜局部放電信號(hào)特征向量提取方法，其中，包括以下步驟：

(1)獲取已知來源的電纜局部放電信號(hào)；

(2)對已知來源的各個(gè)電纜局部放電信號(hào)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解，得到各個(gè)固有模態(tài)函數(shù)分量，計(jì)算各個(gè)固有模態(tài)函數(shù)分量的對數(shù)能量熵，并構(gòu)建相應(yīng)的向量；

(3)對已知來源的各個(gè)電纜局部放電信號(hào)進(jìn)行小波包分解，得到各個(gè)子頻帶上的小波包系數(shù)，計(jì)算各個(gè)子頻帶上小波包系數(shù)的對數(shù)能量熵，并構(gòu)建相應(yīng)的向量；

(4)將步驟(2)和步驟(3)得到的向量合并，組成電纜局部放電信號(hào)的特征向量。

本發(fā)明中，所述已知來源的電纜局部放電信號(hào)包括電纜本體局部放電信號(hào)、電纜終端頭局部放電信號(hào)、開關(guān)柜的電暈放電信號(hào)和開關(guān)柜的表面放電信號(hào)。

進(jìn)一步的，所述對已知來源的各個(gè)電纜局部放電信號(hào)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解，得到各個(gè)固有模態(tài)函數(shù)分量，計(jì)算各個(gè)固有模態(tài)函數(shù)分量的對數(shù)能量熵，并構(gòu)建相應(yīng)的向量的步驟為：

a.電纜局部放電信號(hào)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解步驟如下：

1)對于給定的一個(gè)電纜局部放電信號(hào)x(t)，求出其所有局部極大值和局部極小值；

2)對這些極值點(diǎn)進(jìn)行三次樣條插值，得到由所有局部極大值點(diǎn)構(gòu)成的上包絡(luò)線和所有局部極小值點(diǎn)構(gòu)成的下包絡(luò)線，分別記為emax(t)和emin(t)；并計(jì)算上、下包絡(luò)線的均值m(t)＝(emax(t)+emin(t))/2；

3)提取細(xì)節(jié)d(t)＝x(t)-m(t)，如果d(t)滿足在整個(gè)數(shù)據(jù)序列中，極值點(diǎn)的數(shù)量與過零點(diǎn)的數(shù)量相等或者至多相差1個(gè)，且關(guān)于時(shí)間軸局部對稱，則d(t)為第一個(gè)固有模態(tài)函數(shù)(imf)分量；否則，以d(t)為輸入重復(fù)步驟1)至步驟2)，直到得到第一個(gè)imf分量，記為imf1(t)；

4)記余項(xiàng)r1(t)＝x(t)-imf1(t)，并作為新的新的待分析信號(hào)重復(fù)步驟1)至步驟3)，以得到第二個(gè)imf分量，記為imf2(t)，此時(shí)，余項(xiàng)r2(t)＝r1(t)-imf2(t)；重復(fù)上述步驟，直到得到的余項(xiàng)rn(t)是一個(gè)單調(diào)信號(hào)或其值小于某個(gè)預(yù)先給定的閾值時(shí)，分解結(jié)束；

5)最后，得到n個(gè)imf分量imf1(t)，imf2(t)…imfn(t)及余項(xiàng)rn(t)，于是電纜局部放電信號(hào)x(t)可以表示為：

b.對于每一個(gè)imf分量，按下式計(jì)算其對數(shù)能量熵：

式中，imfi為第i個(gè)imf分量，t為imfi的長度，即電纜局部放電信號(hào)x(t)的長度，wee(imfi)為第i個(gè)imf分量imfi的對數(shù)能量熵；

c.根據(jù)計(jì)算得到的各個(gè)imf分量對數(shù)能量熵，構(gòu)建相應(yīng)的向量λ1：

λ1＝[wee(imf1),wee(imf2),.....,wee(imfn)]

進(jìn)一步的，所述對已知來源的各個(gè)電纜局部放電信號(hào)進(jìn)行小波包分解，得到各個(gè)子頻帶上的小波包系數(shù)；計(jì)算各個(gè)子頻帶上小波包系數(shù)的對數(shù)能量熵，并構(gòu)建相應(yīng)的向量的步驟為：

a.對電纜局部放電信號(hào)進(jìn)行l(wèi)層小波包分解，得到2^l個(gè)子頻帶上的小波包系數(shù)，記為w1(k)，w2(k)….wj(k)，j＝2^l；

b.對于每一個(gè)子頻帶上的小波包系數(shù)，按下式計(jì)算其對數(shù)能量熵：

式中，wj為第j個(gè)子頻帶上的小波包系數(shù)，k為每個(gè)子頻帶上小波包系數(shù)的長度，wee(wj)為第j個(gè)子頻帶上小波包系數(shù)wj的對數(shù)能量熵；

c.根據(jù)計(jì)算得到的各個(gè)子頻帶上小波包系數(shù)的對數(shù)能量熵，構(gòu)建相應(yīng)的向量λ2：

λ2＝[wee(w1),wee(w2),.....,wee(wj)]

進(jìn)一步的，所述將步驟(2)和步驟(3)得到的向量合并，組成電纜局部放電信號(hào)的特征向量的步驟為：

λ＝[b1λ1,b2λ2]

式中，λ為電纜局部放電信號(hào)的特征向量；b1，b2為向量系數(shù)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是：

本發(fā)明提供的一種電纜局部放電信號(hào)特征向量提取方法，對已知來源的電纜局部放電信號(hào)分別進(jìn)行小波包分解和經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解，并分別構(gòu)建相應(yīng)的向量，最后將得到的兩個(gè)向量合并組成電纜局部放電信號(hào)的特征向量，該方法結(jié)合了小波包分解和經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的優(yōu)勢，提取的特征向量能夠更好表征電纜局部放電信號(hào)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種電纜局部放電信號(hào)特征向量提取方法的流程示意圖。

圖2為電纜本體局部放電信號(hào)波形圖。

圖3為電纜終端頭局部放電信號(hào)波形圖。

圖4為開關(guān)柜電暈放電信號(hào)波形圖。

圖5為開關(guān)柜表面放電信號(hào)波形圖。

具體實(shí)施方式

附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；為了更好說明本實(shí)施例，附圖某些部件會(huì)有省略、放大或縮小，并不代表實(shí)際產(chǎn)品的尺寸；對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。附圖中描述位置關(guān)系僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制。

如圖1所示，一種電纜局部放電信號(hào)特征向量提取方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)獲取已知來源的電纜局部放電信號(hào)。本實(shí)施例中，所述已知來源的局部放電信號(hào)包括電纜本體局部放電信號(hào)、電纜終端頭局部放電信號(hào)、開關(guān)柜中的電暈放電信號(hào)和開關(guān)柜中的表面放電信號(hào)。如圖2到圖5所示的波形圖，波形的采樣頻率為100mhz，每個(gè)波形的時(shí)域長度為1500個(gè)采樣點(diǎn)。

(2)對已知來源的各個(gè)電纜局部放電信號(hào)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解，得到各個(gè)固有模態(tài)函數(shù)分量；計(jì)算各個(gè)固有模態(tài)函數(shù)分量的對數(shù)能量熵，并構(gòu)建相應(yīng)的向量。

具體地，包括如下步驟：

a.對電纜局部放電信號(hào)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解，步驟如下：

1)對于給定的一個(gè)電纜局部放電信號(hào)x(t)，求出其所有局部極大值和局部極小值；

2)對這些極值點(diǎn)進(jìn)行三次樣條插值，得到由所有局部極大值點(diǎn)構(gòu)成的上包絡(luò)線和所有局部極小值點(diǎn)構(gòu)成的下包絡(luò)線，分別記為emax(t)和emin(t)；并計(jì)算上、下包絡(luò)線的均值m(t)＝(emax(t)+emin(t))/2；

3)提取細(xì)節(jié)d(t)＝x(t)-m(t)，如果d(t)滿足在整個(gè)數(shù)據(jù)序列中，極值點(diǎn)的數(shù)量與過零點(diǎn)的數(shù)量相等或者至多相差1個(gè)，且關(guān)于時(shí)間軸局部對稱，則d(t)為第一個(gè)固有模態(tài)函數(shù)(imf)分量；否則，以d(t)為輸入重復(fù)步驟1)至步驟2)，直到得到第一個(gè)imf分量，記為imf1(t)；

4)記余項(xiàng)r1(t)＝x(t)-imf1(t)，并作為新的新的待分析信號(hào)重復(fù)步驟1)至步驟3)，以得到第二個(gè)imf分量，記為imf2(t)，此時(shí)，余項(xiàng)r2(t)＝r1(t)-imf2(t)；重復(fù)上述步驟，直到得到的余項(xiàng)rn(t)是一個(gè)單調(diào)信號(hào)或其值小于某個(gè)預(yù)先給定的閾值時(shí)，分解結(jié)束。

5)最后，得到n個(gè)imf分量imf1(t)，imf2(t)…imfn(t)及余項(xiàng)rn(t)，于是電纜局部放電信號(hào)x(t)可以表示為：

b.對于每一個(gè)imf分量，按下式計(jì)算其對數(shù)能量熵：

式中，imfi為第i個(gè)imf分量，t為imfi的長度，即電纜局部放電信號(hào)x(t)的長度，wee(imfi)為第i個(gè)imf分量imfi的對數(shù)能量熵；

c.根據(jù)計(jì)算得到的各個(gè)imf分量對數(shù)能量熵，構(gòu)建相應(yīng)的向量λ1：

λ1＝[wee(imf1),wee(imf2),.....,wee(imfn)]

(3)對已知來源的各個(gè)電纜局部放電信號(hào)進(jìn)行小波包分解，得到各個(gè)子頻帶上的小波包系數(shù)；計(jì)算各個(gè)子頻帶上小波包系數(shù)的對數(shù)能量熵，并構(gòu)建相應(yīng)的向量。

具體地，包括如下步驟：

a.對電纜局部放電信號(hào)進(jìn)行3層小波包分解，得到8個(gè)子頻帶上的小波包系數(shù)，記為w1(k)，w2(k)….wj(k)，j＝8；

b.對于每一個(gè)子頻帶上的小波包系數(shù)，按下式計(jì)算其對數(shù)能量熵：

式中，wj為第j個(gè)子頻帶上的小波包系數(shù)，k為每個(gè)子頻帶上小波包系數(shù)的長度，wee(wj)為第j個(gè)子頻帶上小波包系數(shù)wj的對數(shù)能量熵；

c.根據(jù)計(jì)算得到的各個(gè)子頻帶上小波包系數(shù)的對數(shù)能量熵，構(gòu)建相應(yīng)的向量λ2：

λ2＝[wee(w1),wee(w2),.....,wee(wj)]

(4)將步驟(2)和步驟(3)得到的向量合并，組成電纜局部放電信號(hào)的特征向量。

具體地，包括如下步驟：

λ＝[b1λ1,b2λ2]

式中，λ為電纜局部放電信號(hào)的特征向量；b1，b2為向量系數(shù)。

顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為了清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。