采用hs變換和單類支持向量機的高壓斷路器機械狀態(tài)監(jiān)測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明是一種采用HS變換和單類支持向量機的高壓斷路器機械狀態(tài)監(jiān)測方法， 應用于電力系統(tǒng)中高壓斷路器在線狀態(tài)監(jiān)測。
【背景技術】
[0002] 高壓斷路器是非常關鍵的電力系統(tǒng)設備，起到控制和保護的雙重作用。由于其機 械部分相對于其他電氣設備而言要復雜很多，又經常需要操作，因此容易出現(xiàn)機械故障。一 旦其出現(xiàn)機械故障，容易導致高壓斷路器拒動或誤動，這會造成嚴重的電力系統(tǒng)事故，造成 巨大的經濟損失。因此對高壓斷路器的機械狀態(tài)監(jiān)測方法進行深入研究，對提高電力系統(tǒng) 安全性和可靠性具有重大意義。
[0003] 主流的高壓斷路器狀態(tài)監(jiān)測方法主要有分合閘線圈電流法、觸頭行程-時間曲線 法和振動信號法等。其中振動信號法通過加速度傳感器獲得斷路器分合閘時產生的振動信 號，屬于非侵入式方法，不但不影響斷路器自身的可靠性，而且還特別適合用于高電壓及電 磁強度較高的場合。該方法首先需要對振動信號進行處理并提取相應的特征，然后通過模 式識別技術實現(xiàn)狀態(tài)判斷?，F(xiàn)有方法在各個環(huán)節(jié)中仍然存在一些問題，如信號處理算法在 工程應用中較難實現(xiàn)；選取特征對故障的反應能力不夠好；模式識別方法對樣本依賴性較 強等。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種科學合理，算法相對容易實現(xiàn)， 故障識別效果較好，且具有較高推廣應用價值的采用HS變換和單類支持向量機的高壓斷 路器機械狀態(tài)監(jiān)測方法。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：一種采用HS變換和單類支持向量 機的高壓斷路器機械狀態(tài)監(jiān)測方法，其特征是，它包括以下步驟：
[0006] 1)高壓斷路器振動信號采集
[0007] 通過壓電式加速度傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集高壓斷路器振動信號；
[0008] 2)將振動信號利用Hyperbolic S變換進行處理，亦稱HS變換進行處理
[0009] Hyperbolic S變換是S變換的擴展，其關鍵在于采用Hyperbolic窗函數(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng) S變換使用的高斯窗函數(shù)，具體計算方法如下：
[0010] 離散HS變換公式為：
[0011]其中N為總采樣點數(shù)；η= 0，1，···，Ν-1;m= 0，1，···，Ν-1;j= 0，1，···，Ν-1 ; G(m,η)為變換過程中所使用的Hyperbolic窗函數(shù)，

[0012] 3)振動信號特征提取
[0013] 通過統(tǒng)計實驗分析發(fā)現(xiàn)，頻率高于10kHz的振動信號成分振幅很小，因此，主要分 析0-10kHz頻段，將0-10kHz、0-150ms的時-頻平面劃分為300個頻寬為1kHz、時寬為5ms 的等大小時頻塊，通過分析振動信號在該部分的分布情況，分析斷路器工作狀態(tài)；
[0014] 通過時-頻能量熵描述斷路器機械振動信號能量時-頻分布特征；設整個時-頻 平面的總能量為E，時-頻塊S。的能量為Eji= 1，…，10;j= 1，…，30)，首先對E。做歸 一化處理如下：
[0016] 那么對于10個頻帶中的每個頻帶，計算該頻帶中時-頻塊能量相對于時間的信息 熵公式為：
[0018] 其中嘸反映第i個頻帶上的能量隨時間分布的均勻程度，
[0019] 此外，由實驗發(fā)現(xiàn)振動信號能量集中在收到觸發(fā)信號后的前50ms內；因此，為了 提高延時類故障的識別能力，計算前10個時寬對應的時-頻塊相對于頻率的信息熵，其公 式為：
[0021] 由以上20個時-頻能量熵構成信號的時-頻能量熵向量X=[HL]，其中Η= [氏，…，H1Q]，L= [Q，…，L1Q]，向量X作為高壓斷路器機械狀態(tài)監(jiān)測的特征向量；
[0022] 4)單類支持向量機判斷斷路器運行狀態(tài)
[0023] 每個訓練樣本通過3)中所介紹的特征提取方法可得到20維輸入特征向量樣本 集，將該訓練樣本集作為單類支持向量機的輸入變量，計算得到特定的決策超平面，完成單 類支持向量機的訓練過程；當需要判斷斷路器運行狀態(tài)時，將采集到的需診斷的樣本按3) 中介紹的特征提取方法得到輸入向量，計算該樣本與決策超平面的關系，判斷高壓斷路器 機械狀態(tài)是否正常。
[0024] 利用本發(fā)明的一種采用HS變換和單類支持向量機的高壓斷路器機械狀態(tài)監(jiān)測方 法，將振動信號經HS變換進行時-頻分析處理，得到振動信號在時-頻平面的能量分布；然 后將時-頻平面分割成等大小的時-頻塊，計算信號的時-頻能量熵向量；最后將正常樣本 集用于單類支持向量機的訓練，得到決策超平面供分類器對試驗樣本進行判斷，判斷其機 械狀態(tài)是否處于正常狀態(tài)。本發(fā)明具有算法相對容易實現(xiàn)，故障識別效果較好，實用性強， 推廣應用價值較高等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明的總體算法流程圖；
[0026] 圖2為HST的計算流程圖；
[0027] 圖3為時-頻平面的分割示意圖；
[0028] 圖4為單類支持向量機原理圖；
[0029] 圖5為正常信號特征分布圖；
[0030] 圖6為鐵芯卡澀信號特征分布圖；
[0031] 圖7為螺絲松動信號特征分布圖。
【具體實施方式】
[0032] 本發(fā)明的采用HS變換和單類支持向量機的高壓斷路器機械狀態(tài)監(jiān)測方法，包括 以下步驟：
[0033] 1)高壓斷路器振動信號采集
[0034] 通過壓電式加速度傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集高壓斷路器振動信號；
[0035] 2)將振動信號利用Hyperbolic S變換進行處理，亦稱HS變換進行處理
[0036] Hyperbolic S變換是S變換的擴展，其關鍵在于采用Hyperbolic窗函數(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng) S變換使用的高斯窗函數(shù)，具體計算方法如下：
[0037] 離散HS變換公式為：

[0038]其中N為總采樣點數(shù)；η= 0，1，···，Ν-1;m= 0，1，···，Ν-1;j= 0，1，···，Ν-1; G(m,η)為變換過程中所使用的Hyperbolic窗函數(shù)，
[0039] 3)振動信號特征提取
[0040] 通過統(tǒng)計實驗分析發(fā)現(xiàn)，頻率高于10kHz的振動信號成分振幅很小，因此，主要分 析0-10kHz頻段，將0-10kHz、0-150ms的時-頻平面劃分為300個頻寬為1kHz、時寬為5ms 的等大小時頻塊，通過分析振動信號在該部分的分布情況，分析斷路器工作狀態(tài)；
[0041] 通過時-頻能量熵描述斷路器機械振動信號能量時-頻分布特征；設整個時-頻 平面的總能量為E，