[發明專利]一種抽水蓄能機組振擺信號中高頻隨機噪聲精準濾除方法

在審

• 申請號: 202011353478.4
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112464811A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 姜偉;薛小明;張楠;葉瑋;高榮;王馨梓;孫娜
• 申請（專利權）人: 淮陰工學院
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 淮安市科文知識產權事務所 32223
• 代理人: 李鋒

本發明涉及電力系統水力發電機組領域，公開了一種抽水蓄能機組振擺信號中高頻隨機噪聲精準濾除方法，包含如下步驟：1）構建機組振擺監測信號的Hankel矩陣，奇異值分解后獲取包含奇異值序列的對角矩陣；2）基于Hankel矩陣構建原理，依次反演關聯于單一奇異值的信號分量；3）分別計算各信號分量與原始振擺監測信號的自相關函數，逐一求取兩者之間的相關系數；4）依據預設相關系數篩選閾值，濾除高頻隨機噪聲序列分量，經重構獲取有效振擺監測信號成分。本發明可滿足抽水蓄能機組在強背景噪聲環境運行下進行振擺監測信號精準降噪，獲取較為純凈的振擺信號，為實施機組狀態分析與評估、提升機組安全穩定運行性能提供可靠的數據基礎。

技術領域

本發明涉及電力系統水力發電機組領域，特別涉及一種抽水蓄能機組振擺信號中高頻隨機噪聲精準濾除方法。

背景技術

伴隨著經濟和社會的快速發展，電力負荷迅速增長，峰谷差不斷加大，電網對穩定性提出了更高的要求，調峰能力不足將成為制約電力系統發展的關鍵問題。抽水蓄能電站作為世界公認的運行靈活可靠的調峰電源，以其調峰填谷的獨特運行特性，發揮著調節負荷、促進電力系統節能和維護電網安全穩定運行的功能，逐步成為電力系統有效的、不可或缺的調節手段。受抽水蓄能機組運行環境、測量設備、局部沖擊等多種因素影響，可用于機組狀態分析與評估的振擺監測信號易被強烈的高頻隨機噪聲淹沒。為有效監測機組運行狀態，保障機組的安全穩定運行，研究可行有效的抽水蓄能機組振擺信號高頻隨機噪聲精準濾除方法已成為當前提升抽水蓄能機組狀態分析性能中的一項重要工作。

現有信號降噪方法主要基于盲信號分離、小波變換、經驗模態分解等算法理論，其在實際應用中易受到源數量、小波類型及閾值選擇、模態混疊等因素限制；同時，針對振擺信號中蘊含的高頻隨機噪聲成分，上述降噪算法在噪聲濾除方面做了適當嘗試，但普遍存在去噪性能不足的問題。目前，對于抽水蓄能機組振擺信號中高頻隨機噪聲的精準濾除問題，尚未深入系統地開展相關研究，缺乏科學有效的抽水蓄能機組振擺信號高頻隨機噪聲精準濾除理論體系，不能滿足對機組運行狀態進行準確分析評估的功能需求。

發明內容

發明目的：針對現有技術中存在的問題，本發明提供了一種抽水蓄能機組振擺信號中高頻隨機噪聲精準濾除方法，將高頻隨機噪聲自適應精準濾除的思想引入抽水蓄能機組振擺信號降噪的領域之中，綜合考慮了隨機噪聲特性對監測信號的影響機理，克服了降噪過程過度依賴于人工經驗與先驗知識的局限。

技術方案：本發明提供了一種抽水蓄能機組振擺信號中高頻隨機噪聲精準濾除方法，包括如下步驟：

步驟1：構建抽水蓄能機組原始振擺監測信號的Hankel矩陣，并對其進行奇異值分解，獲取包含奇異值序列的對角矩陣；

步驟2：基于Hankel矩陣構建原理，依次反演得到關聯于單一奇異值的各信號分量；

步驟3：分別計算所述步驟2中各信號分量與所述原始振擺監測信號的自相關函數，并逐一求取所述各信號分量與所述原始振擺監測信號的相關系數；

步驟4：依據預設相關系數篩選閾值，濾除高頻隨機噪聲序列分量，更新奇異值序列，經重構獲取有效振擺監測信號成分。

進一步地，所述步驟1包括如下子步驟：

1-1：基于抽水蓄能機組在線監測與生產實時系統，獲取機組振擺監測信號序列X_S；

1-2：根據相空間重構原理，構建與機組振擺監測信號X_S相對應的Hankel矩陣H_S；

1-3：對所構建的Hankel矩陣H_S進行奇異值分解，獲取包含奇異值序列的對角矩陣Λ＝diag(λ₁,λ₂,…,λ_r)，其中，r表示矩陣H_S的秩。

進一步地，所述步驟2包括如下子步驟：