[發(fā)明專利]一種應用于隔離開關振動監(jiān)測的最大熵譜法

在審

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• 申請日: 2016-03-08
• 公開（公告）號: CN105740578A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發(fā)明（設計）人: 張楠;楊利民;白明;依馬木買買提.瓦阿甫;張立成;丁戈;李振;俎建強;朱金康;單德帥;郭鐳;陳大鵬
• 申請（專利權）人: 國網(wǎng)新疆電力公司檢修公司;國家電網(wǎng)公司;南京優(yōu)能特電力科技發(fā)展有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及隔離開關的非平穩(wěn)信號頻譜估計技術領域，具體涉及一種應用于隔離開關振動監(jiān)測的最大熵譜法。

背景技術

高壓隔離開關是在無載情況下斷開或接通高壓線路的輸變電設備，對被檢修的高壓母線、斷路器等電氣設備與帶電的高壓線路進行電氣隔離的設備。一直以來，高壓隔離開關都是電力系統(tǒng)中使用量最大、應用范圍最廣的高壓電器設備之一。由于設備制造、環(huán)境污染、地基變形、長期運行、超載運行、觸頭氧化、電弧沖擊等原因，存在閉合不到位、觸頭松動等問題，運行時易存在發(fā)熱安全隱患。如果不及時發(fā)現(xiàn)，容易導致設備事故，造成大量的財產(chǎn)損失，這一現(xiàn)象在負荷增長較快的地區(qū)顯得尤為普遍。

由于我國的經(jīng)濟正處于一個日新月異的變化軌道中，電網(wǎng)的設立與發(fā)展也在緊跟時代的腳步，隨著電網(wǎng)普及的范圍逐漸擴大，就要求使用到更多的設備，就給檢測工作人員帶來很大的工作強度與壓力。首先要根據(jù)電力的監(jiān)測運行數(shù)據(jù)進行分析，能夠對設備的實際情況有個明確的結論，也就是對設備的正常與否做個判斷。接著，全方位、多角度地對控制系統(tǒng)進行分析，例如制造生產(chǎn)的材質、元件質量、部件結構、電流負荷、安全隱患等問題。由當前狀況可看出，高壓隔離開關的檢修與監(jiān)管工作看似簡單，但實際操作極其困難。

遠程隔離開關分合操作后，即使輔助觸點正確返回，也并不能準確判斷隔離開關是否合閘到位，須有現(xiàn)場工作人員確認無誤后才能進行后續(xù)操作，加大了工作量與維護難度，不易發(fā)現(xiàn)隱藏的問題。而隔離開關的振動監(jiān)測通過監(jiān)測隔離開關的固有頻率的變化判斷分合狀態(tài)，判據(jù)清晰，是對現(xiàn)有判據(jù)的一種積極有效的補充，并且能夠提前預警，減少了工作量與安全隱患。

基于FFT技術的經(jīng)典頻譜估計由于是對信號真實功率譜的漸近無偏估計，而非一致估計。當分析樣本長度增加時，頻譜估計的方差、偏差和分辨率并不能同時得到改善；另外，由于實時工程檢測信號的非平穩(wěn)性，必然會存在非同步采樣誤差，加窗截斷處理往往會導致頻譜能量泄漏和頻譜估計偏差，最終影響機電設備故障診斷的準確性。本文采用基于最大熵譜估計(MESE)的現(xiàn)代譜估計方法對隔離開關的非平穩(wěn)信號進行頻譜估計，以期進一步提高其分析精度和準確性。

發(fā)明內容

針對以上問題，本發(fā)明提供了一種應用于隔離開關振動監(jiān)測的最大熵譜法，采用基于最大熵譜估計的現(xiàn)代譜估計方法對隔離開關的非平穩(wěn)信號進行頻譜估計，進一步提高了其分析精度和準確性。通過對實際的隔離開關振動信號的最大熵譜估計分析，在不改變信號的采樣頻率的情況下，采用較小的樣本數(shù)據(jù)，通過AR預測模型對所觀測的數(shù)據(jù)進行一致性的數(shù)據(jù)外推，獲得比經(jīng)典譜估計更高的頻率分辨率和譜估計的準確性，并作為判斷隔離開關分合狀態(tài)的理論依據(jù)。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：一種應用于隔離開關振動監(jiān)測的最大熵譜法，對所測量的有限數(shù)據(jù)以外的數(shù)據(jù)不作任何確定性假設，在信息熵為最大的前提下根據(jù)已知的有限數(shù)據(jù)自相關序列以外的數(shù)據(jù)用外推法求得，并估計出待檢測信號的功率譜密度；并AR預測模型對所觀測的數(shù)據(jù)進行一致性的數(shù)據(jù)外推。

最大熵譜估計的功率譜密度的表達式為：

式中，a(k)，k＝1，…，p為p階線性預測濾波器的系數(shù)；σ²為預測濾波器的預測誤差功率；

最大熵譜估計與自回歸(AR)模型的功率譜密度具有完全相同的形式，因此Burg最大熵功率譜與AR功率譜等價，直接用AR模型來求解階數(shù)p和系數(shù)a(k)；

根據(jù)Burg算法，首先利用Levinson-Durbin遞推算法求出AR模型參數(shù)a(k)的遞推公式和預測均方誤差Pm的遞推公式：

i＝1，…，m-1(1-2)

a_m(m)＝K_m(1-3)

P_m＝(1-|K_m|²)P_m-1(1-4)

式中，Km稱為反射系統(tǒng)；

然后根據(jù)前向預測誤差和后向預測誤差的平均功率最小原則，求出反射系數(shù)Km的遞推公式：

其中，

分別為m階前向預測誤差和后向預測誤差。f_m(n)和g_m(n)的遞推公式為

f_m(n)＝f_m-1(n)+K_mg_m-1(n-1)(1-8)

最大熵譜估計Burg算法的步驟如下：