[發(fā)明專利]一種基于STFT-WVD變換的VFTO頻譜分析方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811531707.X
• 申請(qǐng)日: 2018-12-14
• 公開（公告）號(hào): CN109374968A
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 辜超;李帥;秦佳峰;徐現(xiàn)昊;王喆;林穎;李程啟;白德盟;楊祎;鄭文杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院;國(guó)網(wǎng)山東省電力公司濟(jì)南市歷城區(qū)供電公司;國(guó)網(wǎng)山東省電力公司濱州供電公司;國(guó)家電網(wǎng)有限公司
• 主分類號(hào): G01R23/16
• 分類號(hào): G01R23/16
• 代理公司: 濟(jì)南誠(chéng)智商標(biāo)專利事務(wù)所有限公司 37105
• 代理人: 黃曉燕

本發(fā)明實(shí)施例公開了一種基于STFT?WVD變換的VFTO頻譜分析方法，所述方法包括以下步驟：將VFTO的時(shí)域波形分別進(jìn)行STFT時(shí)頻變換和WVD時(shí)頻變換，得到維數(shù)相同的STFT矩陣和WVD矩陣；選取閾值，將STFT矩陣的元素二值化；利用二值化后的STFT矩陣消去WVD矩陣的交叉項(xiàng)，得到VFTO的時(shí)頻譜；根據(jù)所述時(shí)頻譜分析VFTO包含的頻率和各頻率分量的幅值?時(shí)間特征。本發(fā)明通過二值化的STFT消去WVD變換中的交叉項(xiàng)干擾，在保持WVD變換最高時(shí)頻聚集性的基礎(chǔ)上，消除了WVD變換存在的交叉干擾項(xiàng)，具有更好的時(shí)頻分析性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域,具體地說是一種基于STFT-WVD變換的VFTO頻譜分析方法。

背景技術(shù)

GIS(Gas Insulated Substation，氣體絕緣變電站)是一種將隔離開關(guān)、斷路器、母線和電壓互感器等高壓電氣設(shè)備封閉在金屬殼內(nèi)，然后充入SF6氣體作為絕緣的技術(shù)。

GIS變電站中，由于隔離開關(guān)觸頭的運(yùn)動(dòng)速度較低，在閉合或斷開小電容電流的過程中，會(huì)發(fā)生數(shù)十次甚至數(shù)百次的電弧重燃，進(jìn)而產(chǎn)生VFTO(Very Fast TransientOvervoltage，特快速暫態(tài)過電壓)。VFTO包含豐富的頻率成分，當(dāng)其中某些頻率成分與繞組類設(shè)備的諧振頻率相匹配時(shí)，會(huì)在繞組的匝間產(chǎn)生諧振過電壓，威脅設(shè)備的絕緣安全。為了有針對(duì)性地抑制VFTO中包含的特定頻率成分，有必要分析VFTO的頻譜特征。

從頻域的角度看，VFTO的頻譜特征隨時(shí)間變化，即不同時(shí)刻包含不同的頻率成分。而傅里葉變換是一種時(shí)域的整體變換，分析的是一段時(shí)間內(nèi)的頻譜特征，不適用于VFTO的頻譜分析。針對(duì)VFTO的非平穩(wěn)特征，時(shí)頻分析方法適用于其頻譜分析。時(shí)頻分析方法從時(shí)域和頻域兩個(gè)方面對(duì)VFTO進(jìn)行分析，很好的克服了傅里葉變換的缺點(diǎn)。

在所有時(shí)頻變換方法中，WVD變換擁有最高的時(shí)頻聚集性，能夠獲得比短時(shí)傅里葉變換、小波變換等更好的時(shí)頻分析結(jié)果。但是針對(duì)VFTO這類包含多頻率分量的信號(hào)，WVD變換存在交叉項(xiàng)干擾的問題，嚴(yán)重影響了其時(shí)頻分析性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例中提供了一種基于STFT-WVD變換的VFTO頻譜分析方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中，WVD變換存在交叉項(xiàng)干擾，影響VFTO時(shí)頻分析性能的問題。本發(fā)明通過二值化的STFT消去WVD變換中的交叉項(xiàng)干擾，能夠獲得具有良好時(shí)頻聚集性的VFTO時(shí)頻譜。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例公開了如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種基于STFT-WVD變換的VFTO頻譜分析方法，所述方法包括以下步驟：

將VFTO的時(shí)域波形分別進(jìn)行STFT時(shí)頻變換和WVD時(shí)頻變換，得到維數(shù)相同的STFT矩陣和WVD矩陣；

選取閾值，將STFT矩陣的元素二值化；

利用二值化后的STFT矩陣消去WVD矩陣的交叉項(xiàng)，得到VFTO的時(shí)頻譜；

根據(jù)所述時(shí)頻譜分析VFTO包含的頻率和各頻率分量的幅值-時(shí)間特征。

進(jìn)一步地，將VFTO的時(shí)域波形進(jìn)行STFT時(shí)頻變換得到的STFT矩陣為：

式中，x(τ)為VFTO的時(shí)域波形，h(t)是窗函數(shù)。

進(jìn)一步地，將VFTO的時(shí)域波形進(jìn)行WVD時(shí)頻變換得到的WVD矩陣為：

進(jìn)一步地，所述閾值的選取方法為：

根據(jù)研究目的或現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，確定對(duì)設(shè)備產(chǎn)生危害的頻率的幅值，所選閾值小于該幅值。

進(jìn)一步地，所述將STFT矩陣元素二值化的具體過程為：