[發(fā)明專(zhuān)利]基于振動(dòng)信號(hào)短時(shí)能熵比與DTW的高壓斷路器狀態(tài)評(píng)估方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911008524.4
• 申請(qǐng)日: 2019-10-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110824344A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-02-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周?chē)?guó)偉;董建新;楊松偉;徐華;周建平;酈于杰;陳欣;姚暉;劉江明;陳曉錦;汪全虎;劉德;鄧華;戴鵬飛;李文燕;艾云飛;劉昌標(biāo);張翾哲;萬(wàn)書(shū)亭;豆龍江;張燕珂
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司檢修分公司;國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司;華北電力大學(xué)（保定）
• 主分類(lèi)號(hào): G01R31/327
• 分類(lèi)號(hào): G01R31/327;G01M13/00
• 代理公司: 浙江翔隆專(zhuān)利事務(wù)所(普通合伙) 33206
• 代理人: 王曉燕

本發(fā)明公開(kāi)了基于振動(dòng)信號(hào)短時(shí)能熵比與DTW的高壓斷路器狀態(tài)評(píng)估方法，涉及一種狀態(tài)評(píng)估方法。目前，高壓斷路器狀態(tài)評(píng)估不能兼顧快速、準(zhǔn)確、直觀性。本發(fā)明包括步驟：首先對(duì)斷路器的正常工況下的振動(dòng)信號(hào)與未知工況下的振動(dòng)信號(hào)分別進(jìn)行分幀，依次計(jì)算兩組振動(dòng)信號(hào)的短時(shí)能熵比；然后以正常工況信號(hào)計(jì)算得到的短時(shí)能熵比作為基準(zhǔn)向量，以未知工況信號(hào)計(jì)算得到的短時(shí)能熵比作為測(cè)試向量輸入DTW，得到兩個(gè)輸入向量的最優(yōu)匹配路徑；最后根據(jù)匹配路徑的變化曲線(xiàn)判斷斷路器的工作狀態(tài)。本技術(shù)方案以短時(shí)能熵比作為DTW輸入向量的故障診斷方法，其僅需要一組正常工況下的振動(dòng)信號(hào)作為基準(zhǔn)，便可快速、準(zhǔn)確、直觀地對(duì)斷路器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估判斷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種狀態(tài)評(píng)估方法，尤其涉及基于振動(dòng)信號(hào)短時(shí)能熵比與DTW的高壓斷路器狀態(tài)評(píng)估方法。

背景技術(shù)

作為電力設(shè)備中重要的設(shè)備之一，高壓斷路器控制著電力系統(tǒng)中電流的接通與斷開(kāi)，其可靠性影響著整個(gè)電力系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。根據(jù)相關(guān)的調(diào)查統(tǒng)計(jì)表明，在各類(lèi)高壓斷路器的故障中，斷路器操作機(jī)構(gòu)機(jī)械及其輔助控制回路故障在所有故障中占比約為60％，且呈逐年上升的趨勢(shì)。因此，對(duì)斷路器操作機(jī)構(gòu)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷研究成為了近些年來(lái)的研究熱點(diǎn)。高壓斷路器分合閘過(guò)程中所產(chǎn)生的振動(dòng)包含了斷路器操作機(jī)構(gòu)各個(gè)部件工作時(shí)的狀態(tài)信息，針對(duì)其振動(dòng)信號(hào)展開(kāi)分析可提取出斷路器操作機(jī)構(gòu)的故障特征。另一方面，由于分合閘線(xiàn)圈電流的波形能夠反應(yīng)電磁鐵鐵芯運(yùn)動(dòng)、控制回路、脫扣摯子和輔助觸點(diǎn)的狀態(tài)，因此對(duì)分合閘線(xiàn)圈電流波形的變化特征進(jìn)行提取分析也可以評(píng)估斷路器的運(yùn)行狀態(tài)。因此，大多數(shù)學(xué)者以斷路器操作機(jī)構(gòu)的振動(dòng)信號(hào)、分合閘線(xiàn)圈的電流信號(hào)等作為研究對(duì)象對(duì)斷路器展開(kāi)研究。

目前，對(duì)斷路器的運(yùn)行工況進(jìn)行評(píng)估判斷通常借助于機(jī)器學(xué)習(xí)算法，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊C均值聚類(lèi)算法(fuzzy c-means algorithm,FCM)和支持向量機(jī)等，但這些算法均需要大量的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行模型訓(xùn)練才能保證其對(duì)故障識(shí)別的準(zhǔn)確性。但由于斷路器本身的工作特性的制約，且其種類(lèi)繁多，使得實(shí)際工況下所采集的數(shù)據(jù)有限，測(cè)試樣本較少。而動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整(dynamic time warping,DTW)作為一種廣泛應(yīng)用于故障診斷等領(lǐng)域中的模式識(shí)別算法，僅需要一組基準(zhǔn)信號(hào)與一組待檢測(cè)信號(hào)即可完成對(duì)工業(yè)設(shè)備的狀態(tài)評(píng)估，無(wú)需大量的樣本數(shù)據(jù)。另有文獻(xiàn)提到將DTW應(yīng)用于高壓斷路器的故障診斷中，引用動(dòng)態(tài)規(guī)劃的思想對(duì)斷路器的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理，通過(guò)比較待檢測(cè)信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)匹配路徑的變化以判斷斷路器的運(yùn)行狀態(tài)，但是在進(jìn)行路徑匹配時(shí)，其采用的DTW輸入?yún)?shù)對(duì)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)量以及計(jì)算速度要求較高，且對(duì)振動(dòng)信號(hào)的強(qiáng)度變化不敏感。所以，在后續(xù)的研究中，一些學(xué)者將DTW應(yīng)用于斷路器的分合閘線(xiàn)圈電流信號(hào)的研究分析中，根據(jù)電流信號(hào)的變化來(lái)判斷斷路器的故障，但是由于分合閘線(xiàn)圈電流只存在于斷路器操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作的前期，無(wú)法包含斷路器整個(gè)動(dòng)作過(guò)程中的特征。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題和提出的技術(shù)任務(wù)是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)方案進(jìn)行完善與改進(jìn)，提供基于振動(dòng)信號(hào)短時(shí)能熵比與DTW的高壓斷路器狀態(tài)評(píng)估方法，以快速、準(zhǔn)確、直觀地對(duì)斷路器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估判斷目的。為此，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案。

基于振動(dòng)信號(hào)短時(shí)能熵比與DTW的高壓斷路器狀態(tài)評(píng)估方法，包括以下步驟：

1)選取合適的幀長(zhǎng)wlen，幀移inc以及窗函數(shù)ω(m)，分別對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)R與待檢測(cè)信號(hào)T進(jìn)行分幀，得到相應(yīng)的大小為m×n的特征參數(shù)矩陣R_f和T_f；其中，矩陣的每一列稱(chēng)為一“幀”特征參數(shù)時(shí)間序列，每一“幀”特征參數(shù)時(shí)間序列的維數(shù)m＝wlen；

2)計(jì)算每一“幀”特征參數(shù)時(shí)間序列的短時(shí)能熵比并將其組合得到短時(shí)能熵比序列EER_R與EER_T；

3)將EER_R與EER_T作為輸入?yún)?shù)輸入DTW，得到最優(yōu)匹配路徑W^*；根據(jù)得到的最優(yōu)匹配路徑W^*，對(duì)斷路器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估診斷。