一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論的xlpe電纜局部放電信號(hào)估計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及XLPE電纜局部放電檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論的 XLPE電纜局部放電信號(hào)估計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 交聯(lián)聚乙?。–ross-linked Polyethylene，XLPE)電纜是以XLPE為主絕緣、聚氯 乙烯為外護(hù)層的電力電纜，具有電氣性能和耐熱性能優(yōu)良、傳輸容量大、工藝簡單、安裝方 便等特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)各個(gè)電壓等級(jí)的輸配電網(wǎng)中。
[0003] 隨著XLPE電纜在電力輸配電網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用，因 XLPE電纜絕緣損壞導(dǎo)致的電力 故障也不斷增加，根據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，電纜事故占全部電力設(shè)備事故的60%以上。在現(xiàn)場檢 測條件下，局放檢測會(huì)受到多種噪聲源的干擾，導(dǎo)致檢測信號(hào)的信噪比很低，嚴(yán)重影響到檢 測的可靠性。因此，如何估計(jì)現(xiàn)場電纜的真實(shí)信號(hào)成為局放檢測研宄中的首要任務(wù)。在分 析時(shí)，往往要求信號(hào)在時(shí)域和頻域中都有較高的分辨率，因此對信號(hào)采集的長度和采樣率 提出了較高的要求。在采樣長度不足或采樣率過低時(shí)，傳統(tǒng)XLPE電纜局部放電信號(hào)估計(jì)方 法效果往往比較有限，無法良好的還原真實(shí)信號(hào)，信噪比較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提出了一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論的XLPE電 纜局部放電信號(hào)估計(jì)方法，該方法根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論中的結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化思想，并進(jìn)行小 波分解變換，處理后的信號(hào)波形與真實(shí)信號(hào)波形的匹配度高，能夠較好地保留了放電信號(hào) 成分，對背景噪聲的平滑效果也十分顯著，降低了對信號(hào)采集的長度和采樣率的要求，提高 了分析效率。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] 一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論的XLPE電纜局部放電信號(hào)估計(jì)方法，包括下述步驟：
[0007] 步驟1，輸入采集的XLPE電纜的局部放電信號(hào)；
[0008] 步驟2,將XLPE電纜局部放電信號(hào)通過基函數(shù)的線性組合來表示；
[0009] 步驟3,對XLPE電纜局部放電信號(hào)進(jìn)行小波分解，得到按照分解系數(shù)能量由大到 小順序的新的小波系數(shù)序列IV };
[0010] 步驟4,根據(jù)上述分解系數(shù)序列，依次令VC維h = 1，2, ...，L，從新的小波系數(shù)序 列{w' }中保留前h-Ι個(gè)小波分解系數(shù)Iw1'，w' 2，...，w' h_J，并將剩余的分解系數(shù) (Wh'h+l，...，W' l)系數(shù)置零，計(jì)算相應(yīng)的結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)艮^〇!);
[0011] 步驟5,找出使得{Rst, (h)}最小的VC維；
[0012] 步驟6,輸出XLPE電纜局部放電的最優(yōu)估計(jì)信號(hào)。
[0013] 所述步驟2中，將XLPE電纜局部放電信號(hào)通過基函數(shù)的線性組合來表示具體為： τη
[0014] (.'ν，νν) = Z u)g,.⑴ + W0
[0015] 其中，χ表示連續(xù)單變量，gi(x)為基函數(shù)，Wi為分解系數(shù)；w C1為分解殘差，表示信 號(hào)均值或者趨勢。
[0016] 所述步驟3的具體方法為：
[0017] 對XLPE電纜局部放電信號(hào)進(jìn)行小波分解，分解后得到系數(shù)序列Iwj及其相應(yīng)的 小波基序列{ Φ ，其序列長度為L ;計(jì)算各分解系數(shù)所對應(yīng)的分解系數(shù)能量W ^將w jk、 1]^及對應(yīng)的^1;表示為三元組集合{〇^1;，11^，^};
[0018] 將{(wjk，Φ jk，Wjk)}按照Wjk從大到小進(jìn)行排序后形成新的二元組序列 Kw1' ，Φ/ ，V )}，使得W/彡V彡…彡V，其中，1為序號(hào)，I = 1，2，...，L;
[0019] 將^'提出，形成新的小波系數(shù)序列{V }，此序列為按照分解系數(shù)能量由大到小 順序的分解系數(shù)序列。
[0020] 計(jì)算各分解系數(shù)％k所對應(yīng)的分解系數(shù)能量W Λ的具體方法為：
[0021] Wjk= I 2 J/2 -WjJ2;
[0022] 其中，j為分解層數(shù)，k為分解分量的序號(hào)，k = 0, 1，2. . .，2j_l。
[0023] 分解系數(shù)Wjk對應(yīng)的小波基Φ jk (X)具體為：
[0024] y/β (x) = sjl/y/[2Jx-k )；
[0025] 其中，x為離散的XLPE電纜局部放電信號(hào)，j為分解層數(shù)，k為分解分量的序號(hào)，k =0, 1，2. · ·，2J_l〇
[0026] 所述步驟4中，結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)Rsta(h)為經(jīng)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)和置信區(qū)間之和，即
[0027] Rstr (h) = Remp+E(h/n) (11)
[0028] 其中，η為信號(hào)長度，Rst,為結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)，E為置信區(qū)間，h為函數(shù)集的VC維，設(shè)置為 h e [0, n/2]，是VC維h的增函數(shù)，Rmp是經(jīng)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)。
[0029] 所述經(jīng)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)Rmp通過真實(shí)信號(hào)ξ i與估計(jì)信號(hào)f(x)的均方誤差來衡量：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論的XLPE電纜局部放電信號(hào)估計(jì)方法，其特征在于，包括下述 步驟： 步驟1，輸入采集的XLPE電纜的局部放電信號(hào)； 步驟2,將XLPE電纜局部放電信號(hào)通過基函數(shù)的線性組合來表示； 步驟3,對XLPE電纜局部放電信號(hào)進(jìn)行小波分解，得到按照分解系數(shù)能量由大到小順 序的新的小波系數(shù)序列IV}; 步驟4,根據(jù)上述分解系數(shù)序列，依次令VC維h= 1，2, ...，L，從新的小波系數(shù)序 列{w' }中保留前h-1個(gè)小波分解系數(shù)|w' 1>W' 2，...，w'h_J，并將剩余的分解系數(shù) Vh，w'h+l，...，w'i)系數(shù)置零，計(jì)算相應(yīng)的結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)艮^〇!); 步驟5,找出使得{Rst, (h)}最小的VC維心； 步驟6,輸出XLPE電纜局部放電的最優(yōu)估計(jì)信號(hào)。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論的XLPE電纜局部放電信號(hào)估計(jì)方法， 其特征在于，所述步驟2中，將XLPE電纜局部放電信號(hào)通過基函數(shù)的線性組合來表示具體 為：
其中，x表示連續(xù)單變量，gi(x)為基函數(shù)，Wi為分解系數(shù)；W(l為分解殘差，表示信號(hào)均 值或者趨勢。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論的XLPE電纜局部放電信號(hào)估計(jì)方法，其 特征在于，所述步驟3的具體方法為： 對XLPE電纜局部放電信號(hào)進(jìn)行小波分解，分解后得到系數(shù)序列{wj及其相應(yīng)的小波 基序列{U，其序列長度為L;計(jì)算各分解系數(shù)％浙對應(yīng)的分解系數(shù)能量Ww將"k、步j(luò)k 及對應(yīng)的WJk表示為三元組集合{(wJk，itJk，WJk)}; 將Kwjk，步j(luò)k，Wjk)}按照V人大到小進(jìn)行排序后形成新的二元組序列Kw，uV丄)}，使得W' >W' L，其中，1 為序號(hào)，1 = 1，2，...，L; 將w' 1提出，形成新的小波系數(shù)序列{V}，此序列為按照分解系數(shù)能量由大到小順 序的分解系數(shù)序列。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論的XLPE電纜局部放電信號(hào)估計(jì)方法，其 特征在于，計(jì)算各分解系數(shù)％k所對應(yīng)的分解系數(shù)能量WA的具體方法為： ffJk= |2 J/2 ?wJk|2； 其中，j為分解層數(shù)，k為分解分量的序號(hào)，k= 0, 1，2. ..，2^1
5. 如權(quán)利要求3所述的一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論的XLPE電纜局部放電信號(hào)估計(jì)方法，其 特征在于，分解系數(shù)w;,.對應(yīng)的小波基itjk(x)具體為：
其中，x為離散的XLPE電纜局部放電信號(hào)，j為分解層數(shù)，k為分解分量的序號(hào)，k= 0，1，2. ? ?，2J._1 〇
6. 如權(quán)利要求1所述的一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論的XLPE電纜局部放電信號(hào)估計(jì)方法，其 特征在于，所述步驟4中，結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)Rsta(h)為經(jīng)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)和置信區(qū)間之和，即 Rstr (h) =Remp+E(h/n) (11) 其中，n為信號(hào)長度，Rsta為結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)，E為置信區(qū)間，h為函數(shù)集的VC維，設(shè)置為hG[〇,n/2]，是VC維h的增函數(shù)，RMP是經(jīng)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)。
7. 如權(quán)利要求6所述的一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論的XLPE電纜局部放電信號(hào)估計(jì)方法，其 特征在于，所述經(jīng)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)1?_通過真實(shí)信號(hào)Ii與估計(jì)信號(hào)f(x)的均方誤差來衡量：
(12; 采用觀測信號(hào)yi代替真實(shí)信號(hào)I1進(jìn)行估計(jì)：
(13) 其中，\表示離散變量，w為分解系數(shù)，n為信號(hào)長度。
8. 如權(quán)利要求6所述的一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論的XLPE電纜局部放電信號(hào)估計(jì)方法，其 特征在于，依據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論，無界函數(shù)集的結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)Rexp通過式（14)和式（15)來計(jì)算 Rexp^Rstr=RempXr(p,n) (14)
(15) 其中，R#為結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)，在此區(qū)間內(nèi)確保懲罰因子為連續(xù)遞增函數(shù)，n為信號(hào)長度，p= h/n〇
9. 如權(quán)利要求1所述的一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論的XLPE電纜局部放電信號(hào)估計(jì)方 法，其特征在于，所述步驟5中，找出使得{Rsta(h)}最小的VC維心的具體方法為 =argmin{Rsta(h)}，即選取前hQ-l個(gè)小波分解系數(shù)丨j及其對應(yīng)的基函數(shù) 進(jìn)行重構(gòu)，重構(gòu)后的信號(hào)即為真實(shí)信號(hào)的最優(yōu)估計(jì)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論的XLPE電纜局部放電信號(hào)估計(jì)方法，包括：輸入采集的XLPE電纜的局部放電信號(hào)；將XLPE電纜局部放電信號(hào)通過基函數(shù)的線性組合來表示；對XLPE電纜局部放電信號(hào)進(jìn)行小波分解，得到按照分解系數(shù)能量由大到小順序的新的小波系數(shù)序列；根據(jù)上述分解系數(shù)序列，依次令VC維h＝1,2,...,L，從新的小波系數(shù)序列中保留前h-1個(gè)小波分解系數(shù)，并將剩余的分解系數(shù)置零，計(jì)算相應(yīng)的結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)；找出使得{Rstr(h)}最小的VC維h0；輸出XLPE電纜局部放電的最優(yōu)估計(jì)信號(hào)。本發(fā)明有益效果：處理后信號(hào)波形與真實(shí)信號(hào)波形的匹配度高，能夠較好地保留了放電信號(hào)成分，對背景噪聲的平滑效果也十分顯著。
【IPC分類】G01R31-12, G06F19-00
【公開號(hào)】CN104808122
【申請?zhí)枴緾N201510189008
【發(fā)明人】段玉兵, 胡曉黎, 雍軍, 楊波, 張皓, 孫曉斌, 孟海磊
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 山東電力研究院
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年4月20日