本發(fā)明涉及一種信號處理方法，尤其是涉及一種變電站噪聲匹配分離方法。

背景技術(shù)：

與常規(guī)輸電相比，超、特高壓長距離輸電具有輸送容量大、送電距離長、線路損耗低、占用土地少等優(yōu)點(diǎn)。2013年9月，世界首條1000千伏同塔雙回特高壓交流工程—皖電東送正式投運(yùn)，這標(biāo)志著我國特高壓輸電技術(shù)在世界上處于領(lǐng)先水平，在我國和世界上其他地區(qū)也有著廣泛的應(yīng)用前景。隨著電壓等級的提高，噪聲干擾問題日漸突出，降低噪聲對周邊環(huán)境的影響，是建設(shè)綠色環(huán)保型變電站的重要目標(biāo)之一。

變電站的噪聲來自變電站的各種設(shè)備和電暈放電，其中設(shè)備主要包括本體設(shè)備和冷卻設(shè)備。高壓變壓器、并聯(lián)電抗器是本體設(shè)備噪聲的主要來源，這些部件在電磁場的作用下產(chǎn)生50hz的周期性噪聲以及由于非線性引起的諧頻噪聲。同時(shí)，隨著電壓等級的提高，空氣電離放電引起的電暈噪聲也不可忽略，這種噪聲一般具有短時(shí)脈沖特性，其持續(xù)時(shí)間短，但是頻譜范圍較寬，是典型的寬帶窄脈沖。在高壓變電設(shè)備中，為了解決散熱問題，常常需要引入冷卻設(shè)備，如風(fēng)扇等，這類設(shè)備的噪聲則具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，可視為白噪聲。開展噪聲分離技術(shù)研究，準(zhǔn)確、細(xì)致地將這些噪聲分離，區(qū)分不同噪聲源產(chǎn)生的噪聲規(guī)律和能量等級，是進(jìn)行噪聲預(yù)測、治理和部件評價(jià)的重要前提。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種變電站噪聲分離方法，該方法從變電站不同噪聲源產(chǎn)生的噪聲的固有特點(diǎn)出發(fā)構(gòu)造匹配函數(shù)，有效地分離變壓器本體噪聲、電暈噪聲和其它隨機(jī)噪聲?？蔀樽冸娬驹肼暛h(huán)評、噪聲治理提供手段，同時(shí)也可為各部件噪聲性能提供評價(jià)方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種變電站噪聲分離方法，包括以下步驟：

s1，對噪聲的原始信號sn進(jìn)行頻譜分析，將50hz及以50hz為基頻的諧振頻率按能量由高到低進(jìn)行排序，獲得多個(gè)諧振頻率，作為變壓器本體噪聲頻率；

s2，將原始信號sn作為初始?xì)埐钚盘枺瑢⒆儔浩鞅倔w噪聲hn依次從原始信號中分離，得到殘差信號；

s3，將電暈噪聲cn從步驟s2得到的殘差信號中分離；

s4，將剩余噪聲r(shí)n作為其他噪聲，包括風(fēng)機(jī)噪聲和背景噪聲。

所述的步驟s1中，當(dāng)最后一個(gè)諧振頻率的能量小于首個(gè)諧振頻率的能量的20％或已排序諧振頻率的個(gè)數(shù)達(dá)到5時(shí)，停止排序。

所述的步驟s2包括以下步驟：

s21，將原始信號作為初始?xì)埐钚盘朼1，將i初始化為1；

s22，對第i個(gè)諧振頻率構(gòu)造具有該頻率的不同相位的多個(gè)正弦信號，并對各正弦信號歸一化；

s23，將步驟s22構(gòu)造的各正弦信號分別與第i個(gè)諧振頻率進(jìn)行內(nèi)積運(yùn)算，選擇運(yùn)算結(jié)果最大的正弦信號記為s(fi,ψj)，計(jì)算新的殘差信號ai+1，ai+1＝ai-ri,j·s(fi,ψj)，其中ri,j為正弦信號s(fi,ψj)的幅值；

s24，將i值更新為i+1，返回步驟s22，直到遍歷所有排序頻率。

所述的步驟s22中，構(gòu)造的正弦信號長度與原始信號長度相同，正弦信號的初始相位范圍為0～360°，相位變化步長為1°。即每個(gè)諧振頻率構(gòu)造了360個(gè)正弦信號。

所述的步驟s22中，對正弦信號歸一化的表達(dá)式為：

其中xn為構(gòu)造的正弦信號，sn為歸一化后的正弦信號。

所述的步驟s3包括以下步驟：

s31，評定電暈持續(xù)時(shí)間為t，設(shè)定峭度閾值為0.2；數(shù)據(jù)總長度為n，有電暈的數(shù)據(jù)片段長度為m，m<n；

s32，以t為窗口寬度，步長p為1個(gè)數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)，以步驟s2得到的殘差信號為初始?xì)埐钚盘杫1，將i初始化為1，

s33，計(jì)算當(dāng)前殘差信號yi中滑移窗口內(nèi)數(shù)據(jù)的峭度；

s34，令小于峭度閾值處的峭度為零，將峭度由大到小排序；

s35，在峭度最值處進(jìn)行db8小波匹配分離電暈噪聲，即將db8小波與殘差信號內(nèi)積得到最優(yōu)小波信號記為wi，對應(yīng)內(nèi)積記為ki；

s36，計(jì)算新的殘差信號yi+1，yi+1＝y(tǒng)i-ki·wi；

s37，將i值更新為i+1，返回步驟s33，直到所有的峭度均小于峭度閾值。

所述的峭度計(jì)算式為：

其中，峭度為qk，腳標(biāo)k表示每次計(jì)算得到的峭度的序號，zm為滑移窗口內(nèi)的殘差信號，m＝1,2,…m，m為滑移窗口內(nèi)殘差信號長度。

所述的電暈持續(xù)時(shí)間小于5個(gè)交流電周期，即100毫秒。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)從變電站不同噪聲源產(chǎn)生的噪聲的固有特點(diǎn)出發(fā)構(gòu)造匹配函數(shù)，有效地分離變壓器本體噪聲、電暈噪聲和其它隨機(jī)噪聲，可為變電站噪聲環(huán)評、噪聲治理提供手段，同時(shí)也可為各部件噪聲性能提供評價(jià)方法。

(2)噪聲分離中按能量的高低,先分離能量高的頻率成份，后分離能量較低的頻率成份和電暈噪聲，有利于確定噪聲源和噪聲水平，分析噪聲成因，為噪聲治理和變壓器改進(jìn)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

(3)噪聲分離中采用正弦內(nèi)積最大的方法進(jìn)行尋優(yōu)，不僅可以確定頻率成份，還可確定各頻率成份間的相位關(guān)系，為分析噪聲成因提供更多的信息。

(4)噪聲分離中采用db8小波在時(shí)域和頻域都有表征信號局部特征的能力，能夠很好地識別區(qū)分電暈信號和其它背景噪聲信號，從而提高了識別電暈噪聲的能力。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的變電站噪聲匹配分離方法流程圖；

圖2為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的原始噪聲時(shí)域波形圖；

圖3為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的原始噪聲頻譜分析圖；

圖4為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中分離出來的變壓器本體噪聲；

圖5為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中分離出來的電暈噪聲；

圖6為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中分離出來的其它噪聲。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

實(shí)施例

如圖1所示，一種變電站噪聲匹配分離方法，該方法依次分離變壓器本體噪聲、電暈噪聲和其它噪聲，分離包括四個(gè)步驟為：

步驟一、頻譜分析；

步驟二、變壓器本體噪聲分離；

步驟三、電暈噪聲分離；

步驟四、其它噪聲分離。

變電站噪聲主要包括變壓器本體噪聲、電暈噪聲和其它噪聲。其中變壓器本體噪聲集中于50hz及以50hz為基頻的諧頻成分；電暈噪聲為短時(shí)脈沖噪聲，主要頻段為可聽聲段20hz～20khz；其它噪聲表現(xiàn)為白噪聲，包括風(fēng)機(jī)噪聲和背景噪聲等。

步驟一的過程為：

對原始信號進(jìn)行fft變換，獲得噪聲頻譜特征；

根據(jù)噪聲頻譜特征對50hz及50hz為基頻的諧振頻率，按其能量由高到低進(jìn)行排序，形成排序頻率f＝[f1,f2,…,fm](m≤5)。

在該過程中，排序頻率個(gè)數(shù)的確定方法為：對50hz及50hz為基頻的諧振頻率，按其對應(yīng)能量由高到低進(jìn)行排序，當(dāng)對應(yīng)能量小于最高能量的20％或者已排序頻率個(gè)數(shù)大于5個(gè)時(shí)，停止排序。

步驟二的過程為：

(1)將原始信號作為初始?xì)埐钚盘枺?/p>

(2)依次以排序頻率為頻率構(gòu)造不同相位的正弦信號，并對該正弦信號歸一化；

(3)將(2)中構(gòu)造的不同相位的正弦信號與殘差信號進(jìn)行內(nèi)積運(yùn)算，保留對應(yīng)內(nèi)積最大的那組正弦信號。并記正弦信號記為s(fi,ψj)，其內(nèi)積記為ki,j。

(4)將殘差信號減去ri,j·s(fi,ψj)作為新的殘差信號ai。即，ai＝ai-ri,j·s(fi,ψj)。

(5)重復(fù)以上(2)至(4)步，直至遍歷所有的排序頻率。

在該過程中，所構(gòu)造的正弦信號長度與原始信號長度相同；正弦信號的初始相位范圍為0～360°，步長為1°。

在該過程中，對正弦信號歸一化的表達(dá)式為其中xn為構(gòu)造的正弦信號，sn為歸一化后的正弦信號。

步驟三的過程為：

(1)評定電暈持續(xù)時(shí)間為t，設(shè)定峭度閾值為0.2；

(2)以t為窗口寬度，步長為p＝1個(gè)采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)，以步驟(2)分離后所剩殘差信號為對象，計(jì)算殘差信號中滑移窗口內(nèi)數(shù)據(jù)的峭度；

(3)按峭度由大到小進(jìn)行排序，小于峭度閾值處的峭度設(shè)為零。

(4)在峭度最值處進(jìn)行db8小波匹配分離電暈噪聲，即，將db8小波與殘差信號內(nèi)積得到最優(yōu)小波信號，記為wi，對應(yīng)內(nèi)積記為ki。

(5)將殘差信號減去ki·wi作為新的殘差信號yi。即，yi＝y(tǒng)i-ki·wi。

(6)重復(fù)以上(2)至(5)步，直至所有峭度都小于峭度閾值。

在該過程中，峭度計(jì)算方法為：

其中，zm為滑移窗口內(nèi)的殘差信號，m＝1,2,…m，m為滑移窗口內(nèi)殘差信號長度(m<數(shù)據(jù)總長度n)。

步驟四的過程為：經(jīng)過步驟二和步驟三分離后的殘差信號即為其它噪聲，包括風(fēng)機(jī)噪聲和背景噪聲等。

本實(shí)施例中，被分析的原始噪聲時(shí)域圖如圖2所示，被分析的原始噪聲頻譜圖如圖3所示。

本實(shí)施例中，50hz及50hz的諧頻按其能量由高到低排列，根據(jù)排序頻率的選定規(guī)則，確定排序頻率為[400,300,500,200,100]。

本實(shí)施例中，構(gòu)造以排序頻率為頻率的正弦信號，與殘余信號進(jìn)行內(nèi)積，得到在各排序頻率的本體噪聲相對幅度分別為：r400＝1.00；r300＝0.60；r500＝0.55；r200＝0.20；r100＝0.10；得到分離的本體噪聲，如圖4所示。

本實(shí)施例中，設(shè)定滑窗長度t＝0.06s，峭度閾值0.2。計(jì)算分離本體噪聲后的殘余信號的峭度，計(jì)算結(jié)果顯示，在0.03s和0.06s處，峭度取得極大值，分別為0.39和0.45。以db8小波構(gòu)造電暈噪聲函數(shù)，在與分離本體噪聲后的殘余信號進(jìn)行內(nèi)積，得到分離的電暈噪聲，如圖5所示。

本實(shí)施例中，圖6所示為分離本體噪聲和電暈噪聲后的其它噪聲，這其中可能包括風(fēng)扇噪聲和其它背景噪聲。