基于局部放電統(tǒng)計(jì)量的特征提取及識(shí)別方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于局部放電統(tǒng)計(jì)量的特征提取及識(shí)別方法，屬于電力設(shè)備局部放電檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，該方法中，利用統(tǒng)計(jì)計(jì)算統(tǒng)計(jì)了局部放電不同放電量在每個(gè)工頻相位上的放電次數(shù)，得到了局部放電二維統(tǒng)計(jì)矩陣以及能夠直觀表示放電特征的二維圖譜；通過(guò)對(duì)二維統(tǒng)計(jì)矩陣進(jìn)行奇異值分解得到了二維統(tǒng)計(jì)的特征向量，這一特征向量代表了不同放電量在不同的工頻相位上發(fā)生的次數(shù)，根據(jù)本發(fā)明提取的特征向量，利用有監(jiān)督的識(shí)別方法能夠有效識(shí)別局部放電類型，以支持向量機(jī)為例，識(shí)別精度達(dá)到98％。
【專利說(shuō)明】
基于局部放電統(tǒng)計(jì)量的特征提取及識(shí)別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001] 本發(fā)明屬于電力設(shè)備局部放電檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于局部放電統(tǒng)計(jì)量 的特征提取及識(shí)別方法，用于電力設(shè)備局部放電類型的識(shí)別。
【背景技術(shù)】：
[0002] 電力設(shè)備的絕緣材料是保證電力設(shè)備正常運(yùn)行的重要組件，但是由于絕緣材料在 強(qiáng)電場(chǎng)作用下老化或絕緣材料加工缺陷，在電力設(shè)備運(yùn)行中絕緣材料內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)局部放 電，局部放電的發(fā)展會(huì)加速絕緣材料的老化，從而導(dǎo)致電力設(shè)備壽命縮短，所以必須盡早發(fā) 現(xiàn)和識(shí)別局部放電的類型，采用措施減緩電力設(shè)備的老化。
[0003] 根據(jù)局部放電統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行局部放電類型識(shí)別的方法較多，目前比較成熟的方法是 基于相位的放電序列(PRPD，Phase Resolved Pluse Sequence)生成的放電相位譜圖，如放 電量-相位二維譜圖和放電量-相位-放電次數(shù)三維譜圖，這些譜圖提供了29種特征參量，如 偏斜度、峭度等，可以用于局部放電類型識(shí)別。
[0004] 上述方法將放電特征分為正半軸和負(fù)半軸兩個(gè)區(qū)域，而并沒有細(xì)致的考慮每個(gè)放 電相位上的統(tǒng)計(jì)特征，本發(fā)明根據(jù)不同放電量在不同相位上發(fā)生的次數(shù)作為統(tǒng)計(jì)參量，提 出了一種新的局部放電二維統(tǒng)計(jì)矩陣及其二維統(tǒng)計(jì)圖譜，從該二維統(tǒng)計(jì)矩陣中提取的特征 向量可以用于放電類型的識(shí)別。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005] 本發(fā)明的目的是為了解決更加有效提取能夠識(shí)別局部放電類型的局部放電特征 的問(wèn)題，提供了一種基于局部放電統(tǒng)計(jì)量的特征提取及識(shí)別方法，并驗(yàn)證了特征參量在局 部放電類型識(shí)別中的有效性。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 基于局部放電統(tǒng)計(jì)量的特征提取及識(shí)別方法，包括以下步驟：
[0008] 1)對(duì)采集到的多個(gè)工頻放電周期的局部放電信號(hào)進(jìn)行工頻相位-放電量-放電次 數(shù)或者工頻相位-放電幅值-放電次數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析，得到局部放電二維統(tǒng)計(jì)矩陣；
[0009] 2)計(jì)算局部放電二維統(tǒng)計(jì)矩陣的奇異值，得到二維統(tǒng)計(jì)矩陣的特征向量；
[0010] 3)利用二維統(tǒng)計(jì)向量，采用有監(jiān)督的學(xué)習(xí)方法對(duì)局部放電類型進(jìn)行識(shí)別。
[0011] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟1)中局部放電信號(hào)為由局部放電發(fā)生時(shí)激發(fā)的射 頻信號(hào)、脈沖電流信號(hào)、超高頻信號(hào)和超聲信號(hào)，多個(gè)工頻放電周期是50~500個(gè)周期。
[0012] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟1)中放電量的單位為pC，放電幅值的單位為mV、V 或dB。
[0013] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟1)中局部放電二維統(tǒng)計(jì)矩陣能夠以二維圖像的形 式表不。
[0014] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟1)的具體實(shí)現(xiàn)方法如下：
[0015] 101)記錄局部放電發(fā)生過(guò)程中多個(gè)工頻周期的放電量和對(duì)應(yīng)的放電相位或者放 電幅值和對(duì)應(yīng)的放電相位；
[0016] 102)建立二維統(tǒng)計(jì)矩陣Pattern，得到某一個(gè)工頻相位上不同放電量發(fā)生的次數(shù)， 步驟如下：
[0017] a)第k次放電時(shí)，確定該次放電在二維統(tǒng)計(jì)矩陣中位置（i，j)，根據(jù)該次放電量和 對(duì)應(yīng)的工頻相位按如下公式得到，
[0018] j=Mpdk/Yscaie，i=Phasek/Xscaie (1)
[0019] 其中，k表示第1^次放電，Mpdi是第1^次放電的放電量或放電幅值，YscaIe是縮放比例， Phase i是第k次放電發(fā)生的工頻相位，Xscaie是縮放比例，例如當(dāng)Xscai e為0.9°時(shí)，橫坐標(biāo)每一 格表示0.9°，當(dāng)YscaIe為10時(shí)，縱坐標(biāo)每一格能夠表示IOpC或IOmV、IOV、IOdB;
[0020] b)二維矩陣Pattern中的（i，j)處的值表示為在某一個(gè)放電相位Phasei發(fā)生對(duì)應(yīng) 放電量或放電幅值Mpdk的次數(shù)，即統(tǒng)計(jì)多個(gè)工頻周期內(nèi)某一個(gè)工頻相位對(duì)應(yīng)的某一個(gè)相同 放電量或放電幅倌發(fā)牛的次數(shù)，h沭結(jié)果枏據(jù)公式（2)得到：
[0021]
[0022]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟2)的具體實(shí)現(xiàn)方法如下：
[0023] 201)對(duì)二維統(tǒng)計(jì)矩陣進(jìn)行奇異值分解；
[0024] 202)提取奇異值序列中最大值對(duì)應(yīng)的特征向量，即得到本發(fā)明方法的特征參量。
[0025] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟3)中有監(jiān)督學(xué)習(xí)的模型采用支持向量機(jī)、神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)或者K鄰居原則有監(jiān)督學(xué)習(xí)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型。
[0026] 本發(fā)明對(duì)比已有技術(shù)具有以下創(chuàng)新點(diǎn)：
[0027] 1.提出了新的局部放電二維統(tǒng)計(jì)矩陣和相應(yīng)的二維譜圖，能夠直觀的反應(yīng)不同放 電類型的特征；
[0028] 2.采用奇異值分解從局部放電二維統(tǒng)計(jì)矩陣中提取了新的統(tǒng)計(jì)特征參量，可以用 于局部放電類型識(shí)別。
[0029]本發(fā)明對(duì)比已有技術(shù)具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：
[0030] 1、對(duì)比原有PRro譜圖識(shí)別方法，本發(fā)明更為細(xì)致的考慮了每個(gè)工頻相位上不同局 部放電量發(fā)生的次數(shù)，提取了新的二維統(tǒng)計(jì)矩陣和新的二維譜圖，能夠直觀的反應(yīng)放電類 型的特征；
[0031] 2、利用奇異值分解從局部放電二維矩陣中提取了特征向量，該特征向量可以反映 不同放電類型在每個(gè)工頻相位上與放電量和放電次數(shù)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)特征。
[0032] 綜上所述，本發(fā)明提出了一種新的局部放電識(shí)別方法，利用本發(fā)明中二維譜圖可 以直觀的表示不同放電類型特征，利用本發(fā)明中提出的特征參量可以有效的進(jìn)行局部放電 類型識(shí)別。
【附圖說(shuō)明】：
[0033] 圖1為本發(fā)明方法二維統(tǒng)計(jì)矩陣對(duì)應(yīng)的二維圖像，其中，圖1(a)為放電類型Pl的二 維特征矩陣對(duì)應(yīng)的二維圖像，圖1(b)為放電類型P2的二維特征矩陣對(duì)應(yīng)的二維圖像，圖I (c)為放電類型Pl的二維特征矩陣對(duì)應(yīng)的二維圖像，圖1(d)為放電類型P4的二維特征矩陣 對(duì)應(yīng)的二維圖像。
[0034]圖2為本發(fā)明方法二維統(tǒng)計(jì)矩陣特征參量提取結(jié)果，其中，圖2(a)為放電類型Pl的 特征向量，圖2(b)為放電類型P2的特征向量，圖2(c)為放電類型P3的特征向量，圖2(d)為放 電類型P4的特征向量。
【具體實(shí)施方式】：
[0035]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做出進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0036] 本發(fā)明的基本思想是基于局部放電統(tǒng)計(jì)量建立二維統(tǒng)計(jì)矩陣，對(duì)二維統(tǒng)計(jì)矩陣進(jìn) 行奇異值分解提取特征參量，利用提取的特征參量進(jìn)行局部放電類型識(shí)別，具體流程如下：
[0037] 1)采集多組四種放電類型（分別是放電類型1、2、3、4,下文簡(jiǎn)稱P1，P2，P3和P4)多 個(gè)工頻周期局部放電脈沖電流信號(hào)，本實(shí)驗(yàn)的工頻周期個(gè)數(shù)為500個(gè)，采用IEC60270的標(biāo)準(zhǔn) 局部放電測(cè)量電路，使用的示波器其帶寬為IOOMHz~3GHz，其采樣率為10MS/s ;
[0038] 2)設(shè)置初始變量：YscaIe，XscaIe，不同放電類型的二維統(tǒng)計(jì)矩陣PlPattern， P2Pattern，P3Pattern和P4Pattern;
[0039] 3)針對(duì)每種放電類型，建立二維統(tǒng)計(jì)矩陣，具體步驟如下：
[0040] a)讀取第m組500個(gè)周期的局部放電射頻數(shù)據(jù)；
[0041] b)順序讀取第m組中每個(gè)放電量及其對(duì)應(yīng)的工頻相位，計(jì)算其在二維統(tǒng)計(jì)矩陣中 的位置，采用如下公式計(jì)算。
[0042] j=Mpdk/Yscaie，i=Phasek/Xscaie (1)
[0043] 其中，k表示第m組中的第k次放電，MPdi是第k次放電的放電量(或放電幅值），Yscai e 是縮放比例，Phasei是第k次放電發(fā)生的工頻相位，Xscaie是縮放比例，例如當(dāng)X scaie為0.9°時(shí)， 橫坐標(biāo)每一格表示〇. 9°，當(dāng)Yscale為10時(shí)，縱坐標(biāo)每一格可以表示IOpC(或IOmV、IOV、IOdB)。 [0044] c)根據(jù)得到的位置i和j，對(duì)Pat tern中（i，j)位置的值(放電次數(shù))加1處理，公式如 下所示
[0045]
[0046] d)直至第m組數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)完畢，得到第m組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的二維統(tǒng)計(jì)矩陣Patternm，如圖1 所示，為四種放電類型二維統(tǒng)計(jì)矩陣的圖像化表示，圖中顏色越深表示該位置發(fā)生的放電 次數(shù)越多；
[0047] e )對(duì)第m組的二維統(tǒng)計(jì)矩陣Pa11 ernm進(jìn)行奇異值分解，得到對(duì)應(yīng)的特征向量 Featurem，如圖2所示為提取的四種放電類型的特征向量，從圖中可以看出，四種放電類型 的特征向量有明顯不同，有利于局部放電類型的識(shí)別；
[0048] f)重復(fù)a~e操作，得到同一種放電類型的多組特征向量Feature;
[0049] g)重復(fù)a~f的操作，得到不同放電類型各自的多組特征向量為PlFeaturemlxn, P2Featurem2Xn，P3Featurem3Xn和P4Featurem4Xn;其中ml，m2，m3和m4是四種放電類型采集的 樣本數(shù)，η為特征向量中特征的個(gè)數(shù)；
[0050] 4)利用得到的特征向量進(jìn)行局部放電識(shí)別，具體步驟如下：
[0051 ] a)歸一化特征參量，將特征量歸一化到[-I，1 ]的范圍內(nèi)，公式如下所示：
[0052]
[0053] b)將四種放電類型的樣本隨機(jī)分為訓(xùn)練集和測(cè)試集；
[0054] c)利用支持向量機(jī)(SVM)根據(jù)訓(xùn)練集進(jìn)行識(shí)別模型的訓(xùn)練，得到SVM的識(shí)別模型； [0055] d)對(duì)測(cè)試集進(jìn)行識(shí)別效果檢驗(yàn)，得到的識(shí)別精度為98%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于局部放電統(tǒng)計(jì)量的特征提取及識(shí)別方法，其特征在于，包括W下步驟： 1) 對(duì)采集到的多個(gè)工頻放電周期的局部放電信號(hào)進(jìn)行工頻相位-放電量-放電次數(shù)或 者工頻相位-放電幅值-放電次數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析，得到局部放電二維統(tǒng)計(jì)矩陣； 2) 計(jì)算局部放電二維統(tǒng)計(jì)矩陣的奇異值，得到二維統(tǒng)計(jì)矩陣的特征向量； 3) 利用二維統(tǒng)計(jì)向量，采用有監(jiān)督的學(xué)習(xí)方法對(duì)局部放電類型進(jìn)行識(shí)別。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于局部放電統(tǒng)計(jì)量的特征參量提取及識(shí)別方法，其特征在 于，步驟1)中局部放電信號(hào)為由局部放電發(fā)生時(shí)激發(fā)的射頻信號(hào)、脈沖電流信號(hào)、超高頻信 號(hào)和超聲信號(hào)，多個(gè)工頻放電周期是50~500個(gè)周期。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于局部放電統(tǒng)計(jì)量的特征參量提取及識(shí)別方法，其特征在 于，步驟1)中放電量的單位為pC，放電幅值的單位為mV、V或地。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于局部放電統(tǒng)計(jì)量的特征參量提取及識(shí)別方法，其特征在 于，步驟1)中局部放電二維統(tǒng)計(jì)矩陣能夠W二維圖像的形式表示。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于局部放電統(tǒng)計(jì)量的特征參量提取及識(shí)別方法，其特征在 于，步驟1)的具體實(shí)現(xiàn)方法如下： 101) 記錄局部放電發(fā)生過(guò)程中多個(gè)工頻周期的放電量和對(duì)應(yīng)的放電相位或者放電幅 值和對(duì)應(yīng)的放電相位； 102) 建立二維統(tǒng)計(jì)矩陣化ttern，得到某一個(gè)工頻相位上不同放電量發(fā)生的次數(shù)，步驟 如下： a) 第k次放電時(shí)，確定該次放電在二維統(tǒng)計(jì)矩陣中位置（i，j)，根據(jù)該次放電量和對(duì)應(yīng) 的工頻相位按如下公式得到， j -Mpdk/Yscale , i - Ph曰SGk/Xscale ( 1 ) 其中，k表示第k次放電，Mpdi是第k次放電的放電量或放電幅值，Yssale是縮放比例， 化asei是第k次放電發(fā)生的工頻相位，Xscale是縮放比例，例如當(dāng)Xscale為0.9°時(shí)，橫坐標(biāo)每一 格表示0.9°，當(dāng)Yscale為10時(shí)，縱坐標(biāo)每一格能夠表示lOpC或lOmV、10V、10地； b) 二維矩陣化ttern中的（i , j)處的值表示為在某一個(gè)放電相位化asei發(fā)生對(duì)應(yīng)放電 量或放電幅值Mpdk的次數(shù)，即統(tǒng)計(jì)多個(gè)工頻周期內(nèi)某一個(gè)工頻相位對(duì)應(yīng)的某一個(gè)相同放電 量或放電幅值發(fā)生的次數(shù)，上述結(jié)果根據(jù)公式(2)得到：6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于局部放電統(tǒng)計(jì)量的特征參量提取及識(shí)別方法，其特征在 于，步驟2)的具體實(shí)現(xiàn)方法如下： 201) 對(duì)二維統(tǒng)計(jì)矩陣進(jìn)行奇異值分解； 202) 提取奇異值序列中最大值對(duì)應(yīng)的特征向量，即得到本發(fā)明方法的特征參量。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于局部放電統(tǒng)計(jì)量的特征參量提取及識(shí)別方法，其特征在 于，步驟3)中有監(jiān)督學(xué)習(xí)的模型采用支持向量機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或者K鄰居原則有監(jiān)督學(xué)習(xí)的機(jī) 器學(xué)習(xí)模型。
【文檔編號(hào)】G01R31/12GK105938177SQ201610472157
【公開日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年6月23日
【發(fā)明人】趙煦, 兀鵬越, 柴琦, 馮仰敏
【申請(qǐng)人】西安西熱節(jié)能技術(shù)有限公司