阅读说明：本技术 基于小波变换的变压器绕组ifra曲线去噪方法 (Transformer winding IFRA curve denoising method based on wavelet transformation ) 是由 赵仲勇 陈宇 谭珊 赵素涓 唐超 于 2019-11-19 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于小波变换的变压器绕组IFRA曲线去噪方法,属于电力设备检测技术领域。该方法包括以下步骤：步骤一,确定一个小波母函数；步骤二：确定小波母函数的层数并进行平移和伸缩得到一系列的小波序列,以此将信号分解为不同频率的分量；步骤三：进行对所要处理的原函数的小波变换,算出输入激励与输出响应的系数矩阵,即变换系数；步骤四：将尺度转换为伪频率；步骤五：将绕组的输入激励与输出响应的变换系数,根据定义,得到激励与响应信号幅度的频率域分布,再根据频率响应曲线的定义,获得绕组的脉冲频率响应曲线。本发明采用连续小波变换处理暂态信号,算法的运算速度较快。(The invention relates to a transformer winding IFRA curve denoising method based on wavelet transformation, and belongs to the technical field of power equipment detection. The method comprises the following steps: step one, determining a wavelet mother function; step two: determining the layer number of the wavelet mother function, translating and stretching to obtain a series of wavelet sequences, and decomposing signals into components with different frequencies; step three: performing wavelet transformation on the primitive function to be processed, and calculating a coefficient matrix of input excitation and output response, namely a transformation coefficient; step four: converting the scale to a pseudo frequency; step five: and obtaining the frequency domain distribution of the excitation and response signal amplitude according to the definition of the transformation coefficient of the input excitation and output response of the winding, and obtaining the pulse frequency response curve of the winding according to the definition of the frequency response curve. The invention adopts continuous wavelet transformation to process transient signals, and the arithmetic speed of the algorithm is higher.)

基于小波变换的变压器绕组IFRA曲线去噪方法

技术领域

本发明属于电力设备检测技术领域，涉及基于小波变换的变压器绕组IFRA曲线去噪方法。

背景技术

变压器因为其结构特性复杂和它的制作材料的昂贵，所以在变压器损坏过后不可能直接更换变压器而要对变压器进行检测和维修。而在变压器出现的故障当中绕组变形贡献约三分之一。变压器外部短路电流和内部磁场交互作用产生的巨大电动力是造成绕组变形的主要原因。绕组不同程度的变形也有可能是由变压器运输、绕组绝缘材料的老化、油中溶解气体炸裂、地震等不可抗力等原因造成。但是它并不是一开始就对变压器的运行产生很严重的影响，而是具有累积性，如果没有及时处理这些影响，而让它们累积起来可能会诱发更严重的变形，直至变压器损毁。综上，开展变压器绕组变形的检测对电网的稳定运行有重要意义。

目前，研究者提出了利用脉冲频率响应法(impulse frequency responseanalysis,IFRA)在线检测变压器的绕组变形故障，通过向变压器在线注入脉冲信号，并在线测量响应信号，从而根据信号谱图诊断绕组故障，该方法具有无损、快速、简单等优点，以及实现在线诊断绕组潜伏性故障的潜力。然而，在注入脉冲信号幅值有限时，现场测得的响应信号信噪比不高，并且，现阶段大多直接采用快速Fourier变换(fast Fouriertransform,FFT)将时域信号变换到频域构建IFRA曲线。实际上，FFT算法是以正弦信号为基，它的性质决定其适合处理平稳信号，而脉冲频率响应法的信号是暂态突变信号，使用FFT容易造成频谱泄露和谱间干扰，对短时采样信号易引起栅栏现象，造成频率分辨率的不足。因此，目前通过FFT法获得的IFRA曲线受噪声影响严重，易引起诊断的误判和漏判。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于小波变换的变压器绕组IFRA曲线去噪方法，该方法具有时频局部化特性好、去噪效果好、运算速度快等优势。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于小波变换的变压器绕组IFRA曲线去噪方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，确定一个小波母函数；

步骤二：确定小波母函数的层数并进行平移和伸缩得到一系列的小波序列，以此将信号分解为不同频率的分量；

步骤三：进行对所要处理的原函数的小波变换，算出输入激励与输出响应的系数矩阵，即变换系数；

步骤四：将尺度转换为伪频率；

步骤五：将绕组的输入激励与输出响应的变换系数，根据定义，得到激励与响应信号幅度的频率域分布，再根据频率响应曲线的定义，获得绕组的脉冲频率响应曲线。

可选的，在所述步骤一中，选择小波母函数ψ(t)必须满足式(1)～(3)的描述

式中，

是ψ(t)的Fourier变换。

可选的，在所述步骤二中，确定小波变换的层数，然后小波变换通过小波母函数ψ(t)的平移和伸缩得到一系列小波序列，以此将信号分解为不同的频率分量，由式(4)描述

式中，b表示平移因子，a表示尺度因子，并假定尺度a>0，b和a分别决定了小波的时频窗在时域和频域的位置。

可选的，在所述步骤三中，用小波变换的定义式(5)，

进行对脉冲频率响应法中绕组的输入激励与输出响应时域信号分别为V_in(t)和R_out(t)进行变换，其连续小波变换系数分别为WT_in(ω,b)和WT_out(ω,b)。

可选的，在所述步骤四中，需要将尺度转换为伪频率，按照式(6)进行转换，

式中，f_c为小波的中心频率，描述了小波的一般特性；f_s为信号的采样率；f_a为与尺度a对应的伪频率，常作实际频率。

可选的，在所述步骤五当中，将步骤三中小波函数的变换系数根据边际谱的定义，将小波系数取模后对时间域进行积分，得到激励与响应信号幅度的频率域分布，再根据频率响应曲线的定义，获得绕组的脉冲频率响应曲线H_IFRA，即式(7)

判断脉冲频率响应曲线HIFRA的去噪效果是否满意，满意则结束流程；否则转至步骤二，修改小波变换的层数，重复以上步骤，直至得到最后结果。

本发明的有益效果在于：

1、小波变换是一种多分辨率分析，具有良好的时频局部化特性，相比FFT算法的基是正弦函数，小波变换的基是自然收敛的，更适合处理变压器的激励与响应暂态信号。

2、采用小波变换防止了对暂态突变信号处理造成的谱间干扰和栅栏现象，减少频率分辨率的不足，使脉冲频率响应曲线更平滑和清晰，且受噪声影响较小，方法的去噪效果较好。

3、采用连续小波变换处理暂态信号，算法的运算速度较快。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明所述方法的流程图；

图2为采用本发明对变压器绕组IFRA曲线的去噪效果。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

图1为本发明所述方法的流程图，本发明所述方法包括以下步骤：步骤一，确定一个小波母函数。步骤二：确定所述的小波母函数的层数并进行平移和伸缩得到一系列的小波序列，以此将信号分解为不同频率的分量。步骤三：进行对所要处理的原函数的小波变换，算出所述的输入激励与输出响应的系数矩阵(变换系数)。步骤四：将所述的尺度转换为伪频率。步骤五：将所述绕组的输入激励与输出响应的变换系数，根据定义，得到激励与响应信号幅度的频率域分布，再根据频率响应曲线的定义，获得绕组的脉冲频率响应曲线。

其中，在步骤一中，选择所述的小波母函数ψ(t)必须满足三个由下式(1)～(3)描述的式子，

式中，

是ψ(t)的Fourier变换；

在步骤二中，确定小波变换的层数，然后小波变换通过小波母函数ψ(t)的平移和伸缩得到一系列小波序列，以此将信号分解为不同的频率分量，此过程可由下式(4)描述，

式中，b表示平移因子，a表示尺度因子，并假定尺度a>0，b和a分别决定了小波的时频窗在时域和频域的位置；

进一步，在步骤三中用所述的小波变换的定义如式(5)，

进行对脉冲频率响应法中绕组的输入激励与输出响应时域信号分别为V_in(t)和R_out(t)进行变换，其连续小波变换系数分别为WT_in(ω,b)和WT_out(ω,b)。

在步骤四中，因为小波变换是在尺度域中进行的，所以需要将尺度转换为伪频率，可按照如下式(6)进行转换，

式中，f_c为小波的中心频率，描述了小波的一般特性；f_s为信号的采样率；f_a为与尺度a对应的伪频率，常作实际频率；

在步骤五当中，将在步骤三中所述的小波函数的变换系数根据边际谱的定义，将小波系数取模后对时间域进行积分，得到激励与响应信号幅度的频率域分布，再根据频率响应曲线的定义，获得绕组的脉冲频率响应曲线H_IFRA如下式(7)所示，

判断脉冲频率响应曲线HIFRA的去噪效果是否满意，满意则结束流程；否则转至步骤二，修改小波变换的层数，重复以上步骤，直至得到最后结果。

图2为本发明所述方法运用于一台10kV三相变压器高压侧A相绕组IFRA曲线的去噪效果，并用FFT方法的结果比较。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。