[發明專利]一種基于VMD的間隔閾值局部放電去噪方法

有效

• 申請號: 201810611501.1
• 申請日: 2018-06-14
• 公開（公告）號: CN108804832B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 鄭建勇;佘昌佳;梅飛;葉昱媛;潘益;沙浩源
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/10;G01R31/12
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 劉淵

本發明公開了一種基于VMD的間隔閾值局部放電去噪方法，首先利用變分模態分解算法對染噪局部放電信號進行分解，得到多個有限帶寬模態分量。計算各個模態分量的峭度指標，保留峭度較大的模態。接著利用變分模態分解算法分解白噪聲，分解白噪聲后得到模態分量的兩個統計特性。然后估計局部放電信號主導模態殘留的低頻白噪聲的標準差，利用3σ準則確定閾值。最后引入間隔閾值方法去除所述模態中的白噪聲，并重構模態得到最終去噪后的局部放電信號。本發明利用VMD算法對染噪局放信號進行分解，并分析模態分量的特征，有效抑制窄帶周期干擾和白噪聲，減少局放信號波形的畸變，較好地保留局放信號的特征，便于更準確地檢測局放信號。

技術領域

本發明涉及一種基于VMD的間隔閾值局部放電去噪方法，屬于高壓電氣設備檢測領域。

背景技術

隨著電網規模日益增大，電壓等級也在不斷升高，對高壓電氣設備運行的穩定性和可靠性要求也隨之提高。其中絕緣問題是高壓電氣設備的薄弱環節，因此絕緣故障成為了影響設備正常運行的主要原因。局部放電(PD，簡稱局放)是高壓電氣設備絕緣劣化的早期跡象，因此局放檢測可以作為設備絕緣狀態評估的有效手段。這也是發現高壓電氣設備潛伏性故障，實現故障預判，避免故障發生的有效措施，對保證設備和電力系統的安全運行具有重要意義。目前局放檢測主要有脈沖電流法、特高頻法和超聲波法，但采用這三種方法在現場檢測時局放信號都會受到不同種類不同程度的噪聲干擾，對于幅值較小的局放信號，可能會淹沒于較大的噪聲中，從而存在漏檢的問題，影響局部放電其他后續研究，如模式識別和局放源定位等，因此需要在檢測局放信號時抑制這些噪聲干擾。

局放信號是一種非線性、非平穩的寬頻信號，而噪聲干擾主要為窄帶周期干擾和白噪聲。針對這兩種噪聲抑制方法，常見的有小波分析和經驗模態分解(EMD)等時頻分析方法，然而小波分析難以選取合適的小波基和閾值。EMD則缺乏嚴格的數學推導，存在頻帶混疊、端點效應等問題，且兩者在去除噪聲的同時會造成原局放信號特征的損失，算法本身的局限性加上局放信號與噪聲的復雜特性，整體去噪效果一般。

發明內容

發明目的：本發明提出一種基于VMD的間隔閾值局部放電去噪方法，更準確的檢測局放信號。

技術方案：本發明采用的技術方案為一種基于VMD的間隔閾值局部放電去噪方法，包括以下步驟：

1)利用變分模態分解VMD算法對染噪局部放電信號進行分解，得到多個有限帶寬模態分量；

2)計算各個模態分量的峭度指標，保留峭度較大的模態；

3)利用變分模態分解算法分解白噪聲，分解白噪聲后得到模態分量的兩個統計特性；

4)估計局部放電信號主導模態殘留的低頻白噪聲的標準差，利用3σ準則確定閾值；

5)引入間隔閾值方法去除步驟4)所述模態中的白噪聲，并重構模態得到最終去噪后的局部放電信號。

所述步驟1)中首先對染噪信號進行FFT分析，根據頻譜選擇有效頻帶的個數為初始模態分解數，然后采用變分模態算法對染噪信號分解，直至分離出染噪信號中有效局放信號主導、窄帶周期干擾主導和高頻白噪聲主導的模態。

所述步驟2)中采用峭度指標值區分有效局部放電信號主導模態和窄帶干擾主導模態的過程為：利用峭度計算公式得到各模態峭度指標值，保留峭度指標值大于10的模態，即篩選出有效局部放電信號主導模態；

式中E為期望，μ和σ₁表示數據的均值和標準差，N為隨機變量采樣點個數，x_k為隨機變量值。

所述步驟3)中分解白噪聲后得到模態分量的兩個統計特性為各模態均服從正態分布以及各模態標準差接近。

所述步驟4)中估計局部放電信號主導模態殘留低頻白噪聲標準差的算法步驟為：