專利名稱：一種非接觸式的絕緣子泄漏電流取樣方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電力傳輸技術領域，尤其涉及一種非接觸式的絕緣子泄漏電流取樣方法。
背景技術：
絕緣子在輸電線路中起著機械連接和電氣絕緣作用，它在長期承受電壓的情況下 還經受大氣環(huán)境中污穢和濕度的影響，難免在外絕緣強度上有所下降，一旦絕緣閃絡，輕則 導致線路跳閘，影響電能質量，重則可能導致線路停電、損失售電、影響生產生活，甚至導致 電力系統(tǒng)解裂、給國民經濟和人民生活帶來嚴重損失。因此，外絕緣的狀況必須進行監(jiān)測。絕緣子閃絡有雷閃、污閃、冰閃等，雖然從發(fā)生比例上看雷閃較高，遠高于污閃，但 雷電過電壓的持續(xù)時間非常短，閃絡后的自動重合閘往往能成功，線路往往能恢復供電。但 污閃就不同了，當一串絕緣子發(fā)生污閃時往往周圍幾公里甚至幾十公里的絕緣子串都具有 相近的污穢度且周圍的天氣狀況往往非常接近，也就是說周圍很多絕緣子串都處于臨界污 閃的狀態(tài)。更為重要的是它往往是在正常電壓下發(fā)生，閃絡后電壓、污穢和氣候并沒有改 變，自動重合閘成功率往往相對較低，它造成的危害要大很多。因此，絕緣子的污閃應該重 點研究。有研究表明影響絕緣子污閃電壓的主要因素是電壓、氣候和污穢。泄漏電流能綜 合反映電壓、氣候和污穢的影響，它伴隨著表面污層積聚、受潮的全過程，是反映絕緣子閃 絡情況的重要參數(shù)，其中包含了絕緣情況的豐富信息。因此，它被認為是最能反映污穢度的 參數(shù)?，F(xiàn)有的絕緣子在線監(jiān)測系統(tǒng)大多將泄漏電流作為核心監(jiān)測量。基于非接觸式測量考慮，目前在線監(jiān)測系統(tǒng)中往往采用穿心式電流傳感器獲得泄 漏電流，該方式可以不改變電力系統(tǒng)原有的絕緣配置，但由于輸電線路附近電磁場干擾較 為強烈，故測量所得泄漏電流信號往往容易受到干擾。因此，該方法有必要進一步研究。發(fā)明人在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，使用了現(xiàn)有的ICAancbpendent ComponentAnalysis，獨立成分分析)與!^astICA (固定點快速分離算法)算法。其中，ICA是基于信號高階統(tǒng)計特性的分析方法，即根據(jù)信號統(tǒng)計獨立的原則采用 一定的算法將混合信號分解為獨立的分量，因為不同物理源產生的信號往往統(tǒng)計獨立，因 此這些分離獲得的獨立分量即為源信號的一個近似估計。其基本原理就是對多通道采集所 得信號尋找一個線性變換，使所得信號統(tǒng)計依賴性最小。FastICA算法基于負熵最大化判據(jù)和批處理固定點快速分離算法，具有較高的性 能，其收斂速度是3次(或至少是2次)，較之收斂速度僅僅是線性的普通ICA算法要快許 多。目前該算法已經在多個領域得到了成功應用。FastICA算法主要由對觀測信號的去均 值、白化處理和用優(yōu)化算法調整分離矩陣使目標函數(shù)達到最優(yōu)兩個步驟構成。根據(jù)中心極 限定理可知，獨立隨機變量的和比原始隨機變量中的任何一個更接近于高斯分布。根據(jù)信 息論，高斯變量在所有具有相同方差的隨機變量中具有最大的熵。因此，在保證相等方差的 情況下熵越小即負熵越大則混合信號分離越完全。
ICA問題的解存在兩種內在的不確定性一個是分離信號排列順序的不確定，也 就是說某次分離得到信號按順序分別為噪聲和泄漏電流信號，則對同樣的觀測信號下次分 離得到的信號按順序可能變?yōu)樾孤╇娏餍盘柡驮肼?；另一個是信號尺度的不確定性，也就 是說僅根據(jù)分離得到的結果無法直接獲得泄漏電流準確的幅值，故算法實現(xiàn)時設定信號方 差為1 ；如果排列順序和幅值都無法確定則根據(jù)ICA無法正確得到準確的泄漏電流信號，影 響了方法的推廣應用。

發(fā)明內容
為解決現(xiàn)有泄漏電流取樣容易受到干擾以及ICA算法的解存在兩種內在的不確 定性的問題，本發(fā)明提供了一種非接觸式的絕緣子泄漏電流取樣方法。本發(fā)明的技術方案是其特征在于，包括以下步驟-基于兩個或以上的電流傳感器獲得含噪聲的觀測泄漏電流信號；-對觀測泄漏電流信號進行去均值和白化處理；-獲得分離矩陣W;-區(qū)分泄漏電流信號與噪聲信號；-通過反演運算獲得源泄漏電流信號。所述電流傳感器為穿心式電流傳感器，與電力系統(tǒng)一次接線不發(fā)生接觸。所述采集到的觀測泄漏電流信號具有不同的信噪比。利用FastICA算法進行去均值和白化處理。區(qū)分泄漏電流信號與噪聲信號時，根據(jù)信號前后兩點差值絕對值的累加判斷，累 加值大的為噪聲，小的為泄漏電流信號。所述反演運算利用了 ICA中的觀測信號與源信號的關系以及傳感器的增益。本發(fā)明的優(yōu)點有(1)抗環(huán)境電磁干擾能力強由于干擾與信號來自不同的物理源，存在不相關的特性，而ICA方法即利用這種 不相關性實現(xiàn)了噪聲與泄漏電流信號的分離，因此分離得到的泄漏電流信號受噪聲的影響 較小。(2)能獲得真實的泄漏電流信號ICA方法存在兩個不確定性，即分離得到信號的順序和幅值的不確定性，直接根據(jù) 分離結果難以獲得準確的泄漏電流信號。本發(fā)明根據(jù)泄漏電流信號變化較為平滑而噪聲變 化較為劇烈的特點根據(jù)前后2點信號的差值累加判斷獲得泄漏電流信號，同時根據(jù)反演運 算獲得真實幅值的泄漏電流信號。(3)能實現(xiàn)泄漏電流信號的非接觸取樣由于本發(fā)明獲得泄漏電流信號(含噪聲)的方式是通過穿心式電流傳感器，該傳 感器并沒有與電力系統(tǒng)的一次接線接觸，故屬于非接觸式取樣，不改變電力系統(tǒng)的一次接 線方式，更容易被電力系統(tǒng)所接受。


下面結合附圖對本發(fā)明作詳細說明
圖1為本發(fā)明的流程圖；圖2(1) (6)為泄漏電流信號疊加白噪聲的分離效果圖；圖3(1) (6)為泄漏電流信號疊加脈沖噪聲的分離效果圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明實施例進行具體的介紹結合圖1，應用本發(fā)明的步驟為-基于兩個或以上的穿心式電流傳感器獲得含噪聲的泄漏電流信號；-對含噪泄漏電流信號進行去均值和白化處理；-根據(jù)式(7)、⑶獲得分離矩陣W，根據(jù)式(9)獲得幅值與真實泄漏電流成比例的 準泄漏電流信號和噪聲信號；-區(qū)分該準泄漏電流信號與噪聲信號；-通過反演運算獲得真實泄漏電流信號。1.利用FastICA進行去均值和白化處理，獲得分離矩陣W設S= [SnS2,...，Sn]T為源信號向量，其各個分量相互獨立，X= [XijX2j--^XJ T為觀測信號向量，它是源信號向量的線性組合，它們之間滿足X = AS(1)式中A為混合矩陣。式(1)即為ICA問題。由于可利用信息僅為X，要獲得S與Α，則問題必然多解，需 滿足相關假設條件才能使問題有唯一解。ICA的目標是估計出源信號S，ICA的處理過程包括兩個方面，即建立目標函數(shù)(優(yōu) 化判據(jù))和尋優(yōu)算法。目前針對ICA提出了各種判據(jù)和算法，其中判據(jù)主要有峭度或四階 累積量判據(jù)、負熵最大化判據(jù)、互信息最小化判據(jù)、最大似然函數(shù)估計判據(jù)等。判據(jù)確定后 即可獲得相應問題的目標函數(shù)，尋優(yōu)算法通過迭代目標函數(shù)使其趨于最優(yōu)，目前算法主要 有隨機梯度法、相對梯度法、自然梯度法、神經網(wǎng)絡法等。近年來出現(xiàn)的批處理固定點快速 分離算法i^astICA較之已存在的算法具有優(yōu)良的特性，在滿足ICA數(shù)據(jù)模型的假設條件時， FastICA收斂速度是3次(或至少是2次)，而普通的ICA算法收斂速度僅僅是線性。算法 實現(xiàn)目標可通過獲得一個η階方陣W，即分離矩陣，使下式中分離所得信號向量Y能很好地 逼近源信號S來實現(xiàn)。Y = WX(2)在理想情況下混合矩陣A與分離矩陣W應滿足A = W1(3)FastICA算法通過優(yōu)化調整W使其負熵最大化。離散的隨機變量y的熵H定義為H(<y)=-Σ p(y=lo§ p(y=a.)(4)根據(jù)信息論，高斯變量在所有具有相同方差的隨即變量中具有最大的熵，負熵定 義為J(y) = H (ygauss)-H (y)(5)式中ygauss為與y具有相同方差的高斯分布隨機變量?；旌闲盘柕姆蛛x即要求有最大的非高斯分布，而最大的非高斯分布即為最大的負熵，因此最大負熵時就實現(xiàn)了信號的分離。負熵的計算采用下式近似J(y) - [Ε {G(y)}-E {G(ygauss) }]2(6)式中E為期望；G為一些非二次函數(shù)。對于函數(shù)G可以選擇為AOh^ViG^^^logcosh^hKa；^〗》。)=、+。
這些函數(shù)具有不同的特點和適應性，本實施例實現(xiàn)時選擇了= ^M4。
4目標函數(shù)確定后FastICA算法主要由對觀測信號的去均值、白化處理和用優(yōu)化算 法調整分離矩陣使目標函數(shù)達到最優(yōu)兩個步驟構成。去均值使處理后信號的均值為O ；白 化即用主成分分析對觀測信號進行線性變化，使所得信號具有不相關和單位方差的特性。由(6)可知，負熵J(y)最大即E{G(y)}取得最大值。設已經提取了 W1,... ,Wlri共 n-1個獨立分量，目前正分離第η個獨立分量Wn，尋優(yōu)的目標為調整WnHE {G (WnX)}達到最 大值。由牛頓法可得分離向量的迭代公式如下
權利要求
1.一種非接觸式的絕緣子泄漏電流取樣方法，其特征在于，包括以下步驟 -基于兩個或以上的電流傳感器獲得含噪聲的觀測泄漏電流信號；-對觀測泄漏電流信號進行去均值和白化處理； -獲得分離矩陣W; -區(qū)分泄漏電流信號與噪聲信號； -通過反演運算獲得原泄漏電流信號。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述電流傳感器為穿心式電流傳感器，與電 力系統(tǒng)一次接線不發(fā)生接觸。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集到的觀測泄漏電流信號具有不同 的信噪比。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，利用FastICA算法對混合信號進行分離。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，區(qū)分泄漏電流信號與噪聲信號時，利用信號 前后兩點差值絕對值的累加判斷，累加值大的為噪聲，小的為泄漏電流信號。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述反演運算利用了ICA中的觀測信號與源 信號的關系以及傳感器的增益。
全文摘要
本發(fā)明提供一種非接觸式的絕緣子泄漏電流取樣方法。輸電線路或變電站絕緣子處于強烈的電磁場中，常規(guī)測量方法測量所得泄漏電流中往往含有噪聲。本發(fā)明通過兩個型號一致但放置位置不同的穿心式電流傳感器獲得兩個信號，所述兩個信號均由泄漏電流和噪聲組成，但比例不同，根據(jù)盲信號處理中的獨立分量分析方法分離獲得與泄漏電流和噪聲成比例的信號，基于信號前后兩點差值的累加區(qū)分泄漏電流信號和噪聲信號，再基于反演算法獲得真實的泄漏電流信號。本方法能在現(xiàn)場強烈電磁場干擾情況下準確獲得絕緣子中的泄漏電流信號，同時也能保持泄漏電流的非接觸取樣。
文檔編號G01R19/00GK102062830SQ20101058262
公開日2011年5月18日 申請日期2010年12月10日 優(yōu)先權日2010年11月22日
發(fā)明者律方成, 徐志鈕, 李燕青, 梁英, 王永強 申請人:華北電力大學(保定)