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基于奇异谱斜率算法的复小波抑制PD白噪干扰的研究

李玉兰  
【摘要】: 由于气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear,简称GIS)内部产生局部放电(Partial Discharge,简称PD)是引发事故的重要因素之一,为了保证GIS的安全可靠运行,国内外对GIS设备的PD在线监测技术开展了大量的研究,其难点之一主要是如何从强烈的电磁干扰环境中准确获取PD信号,这已成为国内外关注的热点问题。 为了能从强干扰环境中准确提取PD信号,尽可能减少波形畸变,评价波形畸变的综合评价方法十分重要。由于波形相似性系数(NCC)只能从整体上评价去噪前后波形的相似程度,而缺乏对振荡信号的准确评价;变化趋势参数VTP不能反映波形尾部的系列衰减振荡的细微变化,为此作者基于数字化测量中不同离散波形对应时刻的微分能反映两个波形的细微变化细节的思想,提出了一种新的能反映振荡衰减波形细节变化情况的变化细节参数(ADP),给出了其定义,阐述了其数学物理意义,采用信号的功率谱验证了ADP的必要性和合理性,并提出一种对去噪效果的畸变情况进行综合评价的方法,给出了评价步骤。 用于PD信号去噪的复小波构造原理、阈值函数和阈值规则选取、复合信息构造等研究成果都是在选取固定的分解层数下取得的,根据复小波变换对PD信号去噪过程中的复系数奇异谱斜率随分解层数的变化呈现逐渐饱和的特点,作者提出了奇异谱斜率算法,以提高复小波变换的去噪性能。研究表明,时延和嵌入维数选择的恰当与否直接影响到奇异谱斜率分析结果的准确度。同时,采用平均互信息法与递归的饱和关联维数法能有效的为复小波变换的复合细节系数所构成的吸引子轨道矩阵选择合适的时延和嵌入维数,为奇异谱分析奠定了基础。 根据基于奇异谱斜率算法的复小波去噪的理论仿真研究结果,利用综合评价方法进行评价,并与固定分解层数的复小波去噪效果进行对比,结果表明,该算法能有效提高复小波去噪的性能。 为检验基于奇异谱斜率算法的复小波变换能否有效提取GIS中的PD信号,作者利用实验室建立的GIS模拟试验设备,获取了4种绝缘缺陷产生的大量的UHF PD数据,并对其进行了复小波去噪,利用奇异谱斜率算法进行了复小波最优分解层数的选择。综合评价结果表明:奇异谱斜率算法能有效提高复小波的去噪能力,使去噪后的波形畸变相对较小。整体而言,复小波变换能有效提取GIS复杂电场局部放电信号。


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