电力设备局部放电脉冲提取方法、装置及存储设备

技术领域

本发明属于电力设备绝缘领域，涉及一种基于阈值动态调节的电力设备局部放电脉冲提取方法、装置及存储设备。

背景技术

气体绝缘组合电器因其运行安全、可靠性高、占地面积小等优点，正逐渐普及于城市供电系统中，然而，GIS设备在生产、运输、装配、运行和维修等过程中都会不可避免的产生各种潜伏性绝缘缺陷。GIS内部绝缘缺陷可在电场作用下发生局部放电，电力设备绝缘中的薄弱部位在强电场的作用下发生局部放电是高压电力设备中普遍存在的问题。虽然局部放电一般不会引起绝缘的穿透性击穿，但可以导致电介质(特别是有机电介质)的局部损坏。研究发现，绝缘缺陷导致击穿故障之前，往往会产生不同形式和程度的局部放电，而局部放电的形式和特征又与绝缘缺陷的类型及严重程度有着密切的联系，因此，对GIS设备进行局部放电检测，并开展相应的故障识别与诊断，是保障GIS设备安全稳定运行的重要途经。

近年来，随着局部放电检测方法的不断改进和信息技术、机器学习技术的进步，为电力设备的局部放电进行检测、获得多模态的局部放电信息、实现综合诊断决策的状态检修工作方式提供了可能。然而在实际应用中，电力设备的局部放电检测方法均受到现场复杂的噪声影响，滤除现场存在的噪声信号并准确的判别放电脉冲是上述电力设备诊断决策的重要前提，目前常用的局部放电脉冲提取方法包括基于傅里叶分析的频域提取方法、阈值检测提取方法，这些方法可从连续周期性干扰和白噪声干扰中较好的提取放电脉冲，然而现场不仅存在连续周期性干扰及白噪声干扰，还存在外源性电晕的干扰，因此，本发明提出了一种基于阈值动态调节的局部放电脉冲提取方法。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种基于阈值动态调节的电力设备局部放电脉冲提取方法、装置及存储设备，可在复杂多源的环境噪声中提取出设备的局部放电脉冲信号。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现：

一种基于阈值动态调节的电力设备局部放电脉冲提取方法，包括以下步骤：

步骤1，利用局部放电传感器测量电力设备的局部放电信号，基于所述局部放电信号进行四分位点的计算；

步骤2，基于四分位点的信号强度计算四分位距；

步骤3，基于四分位距计算脉冲提取阈值，筛选出隶属于不同脉冲的局部放电信号。

所述的方法中，步骤1中，使用示波器或数据采集卡获取测量局部放电信号的传感器输出的电压信号，将其按照电压幅值大小升序排列，排序后的电压信号记为Data_Order。

所述的方法中，步骤1中，

将排序后的电压信号Data_Order的数目记为Data_len，其为电压信号构成的数组Data的大小，上四分位点Q1及下四分位点Q3的计算方法为：

其中，floor表示向下取整函数。

所述的方法中，步骤2中，

使用与相邻位求加权平均的方式，计算出上四分位点处与下四分位点处的信号幅值，其中，上四分位点处的权值分别为1/4与3/4，下四分位点处的权值分别为3/4与1/4：

Q1_Value＝0.25×Data_order(Q1)+0.75×Data_order(Q1+1)

Q3_Value＝0.75×Data_order(Q3)+0.25×Data_order(Q3+1)

求出四分位距IQR：

IQR＝Q3_Value-Q1_Value。

所述的方法中，步骤3中，正脉冲提取阈值为：

Thresold_pos＝Q3_Value+ratio*IQR

其中因数ratio的取值根据所获得的局部放电信号类型而定；

计算超出正脉冲提取阈值的信号，并求出其索引pulse_index；

基于所述索引pulse_index得到相邻两个脉冲点的间距，即对pulse_index求索引差分diff_pulseIndex；

当相邻两个脉冲点的间距小于等于N时，认为相邻两个脉冲点属于同一个局部放电脉冲，找出索引差分diff_pulseIndex中间距值大于1的数据，将其索引保存至gap，其中N的取值视示波器的采样率而定；

求出脉冲点在数组Data中的索引，分别从初始点和末尾点开始计算，并分别记为startindex和endindex；

对比初始点startindex和末尾点endindex处对应的原始信号，对于每一个脉冲点，取Max{Data(startindex),Data(endindex)}作为作为最终脉冲提取的结果。

6.根据权利要求4中所述的方法，其特征在于，步骤3中，负脉冲提取阈值为：

Thresold_neg＝Q1_Value-ratio*IQR

其中因数ratio的取值根据所获得的局部放电信号类型而定；

计算超出负脉冲提取阈值的信号，并求出其索引pulse_index；

基于所述索引pulse_index得到相邻两个脉冲点的间距，即对pulse_index求索引差分diff_pulseIndex；

当相邻两个脉冲点的间距小于等于N时，认为相邻两个脉冲点属于同一个局部放电脉冲，找出索引差分diff_pulseIndex中间距值大于1的数据，将其索引保存至gap，其中N的取值视示波器的采样率而定；

求出脉冲点在数组Data中的索引，分别从初始点和末尾点开始计算，并分别记为startindex和endindex；

对比初始点startindex和末尾点endindex处对应的原始信号，对于每一个脉冲点，取Max{Data(startindex),Data(endindex)}作为最终脉冲提取的结果。

所述的方法中，传感器包括高频电流传感器、光学传感器、特高频传感器和超声传感器。

一种实施所述基于阈值动态调节的电力设备局部放电脉冲提取方法的装置包括，局部放电传感器，其测量电力设备的局部放电信号；

处理器，其连接所述局部放电传感器，基于所述局部放电信号进行四分位点的计算，基于四分位点的信号强度计算四分位距，以及基于四分位距计算脉冲提取阈值，筛选出隶属于不同脉冲的局部放电信号。

所述的装置中，所述处理器包括连接所述局部放电传感器的数据采集卡和连接数据采集卡的计算单元。

一种存储设备存储执行所述基于阈值动态调节的电力设备局部放电脉冲提取方法的指令。

有益效果

本发明提供方法提出了基于阈值动态调节的局部放电脉冲提取方法、装置及存储设备，可在复杂多源的环境噪声中提取出设备的局部放电脉冲信号，所计算的脉冲提取阈值根据原始信号的不同而动态调节，避免了传统方式中依赖人工经验的固定阈值提取所引起的不足，为在线监测系统的绝缘状态预警提供了可靠的方案。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1是本发明一个实施例的基于阈值动态调节的电力设备局部放电脉冲提取方法的流程示意图；

图2是本发明一个实施例的基于阈值动态调节的电力设备局部放电脉冲提取方法的局部放电原始数据信号波形示意图；

图3是本发明一个实施例的基于阈值动态调节的电力设备局部放电脉冲提取方法的局部放电原始数据经过排列的信号波形示意图；

图4是本发明一个实施例的基于阈值动态调节的电力设备局部放电脉冲提取方法的四分位数的计算示意图；

图5是本发明一个实施例的基于阈值动态调节的电力设备局部放电脉冲提取方法的脉冲提取结果示意图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

下面将参照附图1至附图5更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

为了更好地理解，如图1至图5所示，基于阈值动态调节的电力设备局部放电脉冲提取方法包括以下步骤：

步骤1，利用多种类型的传感器测量电力设备的局部放电信号，基于所述局部放电信号进行四分位点的计算；

步骤2，基于四分位点的信号强度计算四分位距；

步骤3，基于四分位距计算脉冲提取阈值，筛选出隶属于不同脉冲的局部放电信号。

所述的方法的优选实施方式中，步骤1中，使用示波器或数据采集卡获取测量局部放电信号的传感器输出的电压信号，将其按照电压幅值大小升序排列，排序后的电压信号记为Data_Order。

所述的方法的优选实施方式中，步骤1中，

将排序后的电压信号的数目记为Data_len，即为电压信号构成的数组Data的大小，上四分位点Q1及下四分位点Q3的计算方法为：

其中，floor表示向下取整函数。

所述的方法的优选实施方式中，步骤2中，

使用与相邻位求加权平均的方式，计算出上四分位点处与下四分位点处的信号幅值，其中，上四分位点处的权值分别为1/4与3/4，下四分位点处的权值分别为3/4与1/4：

Q1_Value＝0.25×Data_order(Q1)+0.75×Data_order(Q1+1)

Q3_Value＝0.75×Data_order(Q3)+0.25×Data_order(Q3+1)

求出四分位距IQR：

IQR＝Q3_Value-Q1_Value

所述的方法的优选实施方式中，步骤3中，正脉冲提取阈值、负脉冲提取阈值分别为：

Thresold_pos＝Q3_Value+ratio*IQR

Thresold_neg＝Q1_Value-ratio*IQR

其中因数ratio的取值根据所获得的局部放电信号类型而定；

计算超出正脉冲提取阈值、负脉冲提取阈值的信号，并求出其索引pulse_index；

基于所述索引pulse_index引得到相邻两个脉冲点的间距，即对pulse_index求索引差分diff_pulseIndex；

当相邻两个脉冲点的间距不足N时，认为它属于同一个脉冲，找出索引差分diff_pulseIndex中间距值大于1的数据，将其索引保存至gap；

求出脉冲点在数组Data中的索引，分别从初始点和末尾点开始计算，并分别记为startindex和endindex；

对比初始点startindex和末尾点endindex处对应的原始信号，将幅值更大者作为最终脉冲提取的结果。

所述的方法的优选实施方式中，传感器包括高频电流传感器、光学传感器、特高频传感器和超声传感器。

在一个实施例中，通过传感器获取局部放电信号，传感器类型包括高频电流传感器、光学传感器、特高频传感器、超声传感器等；使用示波器或数据采集卡获取传感器输出的电压信号，对于采集到的传感器原始电压数据Data，将其按照电压幅值大小升序排列，排序后的信号记为Data_Order；

求出四分位点的信号幅值：将原始数据点的数目记为Data_len(即为数组Data的大小)，上四分位点Q1及下四分位点Q3的计算方法为：

其中，floor表示向下取整函数。

利用四分位点的信号强度计算四分位距，使用与相邻位求加权平均的方式，计算出上四分位点处与下四分位点处的信号幅值，其中，上四分位点处的权值分别为1/4与3/4，下四分位点处的权值分别为3/4与1/4：

Q1_Value＝0.25×Data_order(Q1)+0.75×Data_order(Q1+1)

Q3_Value＝0.75×Data_order(Q3)+0.25×Data_order(Q3+1)

求出四分位距IQR：

IQR＝Q3_Value-Q1_Value

定义正、负脉冲提取阈值分别为：

Thresold_pos＝Q3_Value+ratio*IQR

Thresold_neg＝Q1_Value-ratio*IQR

其中因数ratio的取值根据所获得的局部放电信号类型而定，如表1给出四种常用的局部放电信号阈值计算因数ratio的典型取值：

表1传感器阈值计算因数ratio的取值

筛选出隶属于不同脉冲的局部放电信号包括以下步骤：

步骤1，计算超出阈值的信号，并求出其索引；

步骤2，求出步骤1中所找到的脉冲点中，相邻两个的间距，即对pulse_index求差分；

步骤3：寻找间距过小的数据：当相邻两个脉冲点的间距不足N时，认为它属于同一个脉冲(未完全衰减或反复震荡)，具体做法是：将间距值为2到N之间的值均置为1(N可根据采样率调整，当采样率设为4MS时，N可取100)。

步骤4：经过步骤3的处理后，找出diff_pulseIndex中间距值大于1的数据，将其索引保存至gap；

步骤5：求出脉冲点在原始数据Data中的索引，分别从初始点和末尾点开始计算，并分别记为startindex和endindex；

步骤6：对比startindex和endindex处对应的原始信号，将幅值更大者作为最终脉冲提取的结果，脉冲幅值保存至amplitude，脉冲索引保存至locs。

一个实施例中，使用局部放电光学传感器采集局部放电数据，原始数据如图2所示；对采集到的原始数据进行升序排列，所得到的波形如图3所示：

求出其上四分位点处与下四分位点处的信号幅值，Data的大小为1000004，则Q1和Q3分别为250001和750003，如图4所示。

计算脉冲提取阈值，对于局部放电的光学信号，只有负脉冲：

Thresold_neg＝Q1_Value-ratio*IQR

筛选出隶属于不同放电的脉冲信号，使用matlab代码实现：

找出超出阈值的信号，将其索引保存至pulse_indexpulse_Index＝find(Data

求出所找到的脉冲点中，相邻两个的间距，即对pulse_index求差分diff_pulseIndex＝diff(pulse_Index)；

寻找间距过小的数据

当相邻两个脉冲点的间距不足N时，认为它属于同一个脉冲diff_pulseIndex(2<＝diff_pulseIndex&diff_pulseIndex<100)＝1；

找出diff_pulseIndex中间距值大于1的数据，将其索引保存至gap gap＝find(diff_pulseIndex>1)；

求出脉冲点在原始数据Data中的索引，分别从初始点和末尾点开始计算：startindex＝pulse_Index([0；gap]+1)；

endindex＝[pulse_Index(gap)；pulse_Index(end)]；

对比startindex和endindex处对应的原始信号，将幅值更大者作为最终脉冲提取的结果，脉冲幅值保存至amplitude，脉冲索引保存至locs：range(:,1)＝startindex；

range(:,2)＝endindex；

for i＝1:length(startindex)

[amplitude(i,1),loc(i,1)]＝min(pulse(range(i,1):range(i,2)))；end locs＝startindex+loc-1；

经过上述方法的计算后，所得到的脉冲点数据如图5所示。

一种实施所述基于阈值动态调节的电力设备局部放电脉冲提取方法的装置包括，局部放电传感器，其测量电力设备的局部放电信号；

处理器，其连接所述局部放电传感器，基于所述局部放电信号进行四分位点的计算，基于四分位点的信号强度计算四分位距，以及基于四分位距计算脉冲提取阈值，筛选出隶属于不同脉冲的局部放电信号。

所述的装置的优选实施例中，所述处理器包括连接所述局部放电传感器的数据采集卡和连接数据采集卡的计算单元。

一种存储设备存储执行所述基于阈值动态调节的电力设备局部放电脉冲提取方法的指令。本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。