CN112834844B - 一种消除避雷器漏电流信号中尖峰奇异信号的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种消除避雷器漏电流信号中尖峰奇异信号的方法，包括以下步骤：S1：采集避雷器漏电流信号；S2：基于差分法或周期对比法识别出所述避雷器漏电流信号中的尖峰奇异信号；S3：基于三次样条插值法消除所述避雷器漏电流信号中的所述尖峰奇异信号。本发明的方法能够简单快速地检测出这些干扰信号，并能够通过三次样条插值来消除干扰信号。

Description

一种消除避雷器漏电流信号中尖峰奇异信号的方法

技术领域

本发明涉及一种消除避雷器漏电流信号中尖峰奇异信号的方法。

背景技术

金属氧化物(MOA)避雷器是保证电力***安全运行的重要设备之一。MOA避雷器在线监测***是在线监测MOA避雷器运行状态的重要自动化***，在MOA避雷器在线监测***中避雷器漏电流及其相关联的阻性电流是需要长期在线监测的重要参数。

正常工作的MOA避雷器的漏电流非常小，一般在几十微安到几十毫安之间，其阻性分量甚至只有几微安。一般测量MOA避雷器漏电流是通过零磁通电流互感器，进行模-数转换(A/D)，再由MCU进行交流信号数字处理。为了能够精确地测量较小的漏电流，会在交流采样的前端进行信号变换和调理，实际应用过程中，我们发现小电流工频采样过程中，会产生尖峰奇异干扰信号，其特征为在连续采样的某单个或两个采样点上会随机发生尖峰突变，如果不消除这些干扰信号会严重影响漏电流的测量精度；另一方面，避雷器漏电流中有丰富的谐波电流，许多在线监测算法需要用到这些谐波，因此，如果用通常的模拟或数字滤波器来滤掉这些尖峰突变干扰信号，会削弱了许多有用的信号。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种消除避雷器漏电流信号中尖峰奇异信号的方法，包括以下步骤：

S1：采集避雷器漏电流信号；

S2：基于差分法或周期对比法识别出所述避雷器漏电流信号中的尖峰奇异信号；

S3：基于三次样条插值法消除所述避雷器漏电流信号中的所述尖峰奇异信号。

具体地，采用差分法识别所述避雷器漏电流信号中的所述尖峰奇异信号时，进行以下步骤：

S21：所述避雷器漏电流信号包括若干个采集点信号，将所述若干个采集点信号按时间顺序排为x1、x2、……、xn；

S22：采用公式(1)对x1、x2、……、xn采集点信号值进行1，2……m阶差分处理得出值其中，k＝1，2……m；j＝1、2、3、……、n；

S23：设定一个极限定值A，其中，A＞0，将差分处理得出的值与A进行比较，若/>则j点为尖峰奇异信号点。

具体地，采用周期对比法识别所述避雷器漏电流信号中的所述尖峰奇异信号时，进行以下步骤：

S24：所述避雷器漏电流信号包括N个周期，每个周期包括M个采集点信号，其中，第j个周期中第i个采集点信号表示为x_i+j*M，其中，i＝1、2、……、M；j＝0、1、……、N-1；将N个周期中所有采集点信号进行分组，其中对每组记为Z_i：{x_i、x_i+M、……、x_i+(N-1)*M}，总计M组；

S25：将Z_i中两个最大值和两个最小值去掉，记为

S26：将中内的数值进行算数平均值处理得到B_i；

S27：对于每个Z_i中的每个采样点x_i+k进行判断是否满足|x_i+k-B_i|＞γ＊|B_i|，其中，k＝0，M，……，(N-1)＊M；其中，γ为调整系数；若是，采样点x_i+k为尖峰奇异信号点。

具体地，基于三次样条插值法消除所述避雷器漏电流信号中的所述尖峰奇异信号时，进行以下步骤：

S31：所述尖峰奇异信号为单点尖峰奇异信号，所述单点尖峰奇异信号为y₀，信号采集的时间间隔为Δt，y₀前后连续采样点为：{y_-3、y_-2、y_-1、y₀、y₁、y₂、y₃}，令x₁＝y_-2，x₂＝y₂，h＝4Δt，x′₁＝(y_-1-y_-3)/(2Δt)，x′₂＝(y₃-y₁)/(2Δt)，代入公式(2)得到a、b、c、d；

a＝x₁、b＝x′₁、c＝(3x₂-3x₁-hx′₂-2hx′₁)/h²、d＝(2x₁-2x₂+hx′₁+hx′₂)/h³ (2)；

S32：将得到a、b、c、d代入公式(3)，这里t₁＝-2Δt，然后计算S(0)即为插值点，替换y₀即消除了单点尖峰奇异信号；

S(t)＝a+b＊(t-t₁)+c＊(t-t₁)²+d＊(t-t₁)³ (3)。

具体地，基于三次样条插值法消除所述避雷器漏电流信号中的所述尖峰奇异信号时，进行以下步骤：

S33：所述尖峰奇异信号为双点尖峰奇异信号，所述双点尖峰奇异信号为y₀、y₁，令x₁＝y_-2，x₂＝y₃，h＝5Δt，x′₁＝(y_-1-y_-3)/(2Δt)，x′₂＝(y₄-y₂)/(2Δt)代入(2)得到a、b、c、d；

a＝x₁、b＝x′₁、c＝(3x₂-3x₁-hx′₂-2hx′₁)/h²、d＝(2x₁-2x₂+hx′₁+hx′₂)/h³ (2)；

S34：将得到a、b、c、d代入公式(3)，这里t₁＝-2Δt，然后计算S(0)、S(Δt)即为插值点，分别替换y₀和y₁即消除了双点尖峰奇异信号；

S(t)＝a+b＊(t-t₁)+c＊(t-t₁)²+d＊(t-t₁)³ (3)。

本发明的有益效果是：本发明的方法能够简单快速地检测出这些干扰信号，并能够通过三次样条插值来消除干扰信号。

附图说明

图1是本发明中消除避雷器漏电流信号中尖峰奇异信号的方法的流程框图；

图2是本发明中所采集的包含尖峰奇异信号、谐波的避雷器漏电流信号图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

见图1，本发明提供一种消除避雷器漏电流信号中尖峰奇异信号的方法，包括以下步骤：

S1：采集避雷器漏电流信号；

S2：基于差分法或周期对比法识别出所述避雷器漏电流信号中的尖峰奇异信号；

在一个实施例中，采用差分法识别所述避雷器漏电流信号中的所述尖峰奇异信号时，进行以下步骤：

S21：所述避雷器漏电流信号包括若干个采集点信号，将所述若干个采集点信号按时间顺序排为x1、x2、……、xn；

S22：采用公式(1)对x1、x2、……、xn采集点信号值进行1，2……m阶差分处理得出值其中，k＝1，2……m；j＝1、2、3、……、n；

S23：设定一个极限定值A，其中，A＞0，将差分处理得出的值与A进行比较，若/>则j点为尖峰奇异信号点；

一般而言，在实际工作中只需要取m＝3即可，即进行1阶差分处理、2阶差分处理及3阶差分处理。

对于任意连续可微信号函数f(x)，其一阶及以上导数是存在的，即f′(x)、f″(x)、……、f(n)(x)均存在；反之，对于信号函数f(x)在某点xi的一阶及以上所有导数均不存在，则信号函数f(x)在该点是不可微的，那么，信号函数f(x)在该点发生了突变。本发明的方法是基于以上的原理，众所周知，没有干扰的避雷器漏电流是可微分连续信号，其采样信号是一系列的离散点，本发明利用采样点信号的差分来代替导数，并将差分后得出的结果，来判别该采样点信号是否为尖峰奇异信号点。

在一个实施例中，采用周期对比法识别所述避雷器漏电流信号中的所述尖峰奇异信号时，进行以下步骤：

S24：所述避雷器漏电流信号包括N个周期，每个周期包括M个采集点信号，其中，第j个周期中第i个采集点信号表示为x_i+j*M，其中，i＝1、2、……、M；j＝0、1、……、N-1；将N个周期中所有采集点信号进行分组，其中对每组记为Z_i：{x_i、x_i+M、……、x_i+(N-1)*M}，总计M组；

S25：将Z_i中两个最大值和两个最小值去掉，记为

S26：将中内的数值进行算数平均值处理得到B_i；

S27：对于每个Z_i中的每个采样点x_i+k进行判断是否满足|x_i+k-B_i|＞γ＊|B_i|，其中，k＝0，M，……，(N-1)＊M；其中，γ为调整系数；若是，采样点x_i+k为尖峰奇异信号点。

一般而言，在实际使用时，N＞4，γ取0.1。

由于避雷器漏电流是由高电压产生的工频周期信号，在每个周期的对应采样点上的采样信号的幅值是差不多大小的，如果对应点的采样信号发生了较大的变化，则认为该点发生了突变。本发明中是基于以上描述的原理来判别信号是否发生了尖峰突变。

S3：基于三次样条插值法消除所述避雷器漏电流信号中的所述尖峰奇异信号。

在一个实施例中，基于三次样条插值法消除所述避雷器漏电流信号中的所述尖峰奇异信号时，进行以下步骤：

S31：见图2，所述尖峰奇异信号为单点尖峰奇异信号1，所述单点尖峰奇异信号为y₀，信号采集的时间间隔为Δt，y₀前后连续采样点为：{y_-3、y_-2、y_-1、y₀、y₁、y₂、y₃}，令x₁＝y_-2，x₂＝y₂，h＝4Δt，x′₁＝(y_-1-y_-3)/(2Δt)，x′₂＝(y₃-y₁)/(2Δt)，代入公式(2)得到a、b、c、d；

a＝x₁、b＝x′₁、c＝(3x₂-3x₁-hx′₂-2hx′₁)/h²、d＝(2x₁-2x₂+hx′₁+hx′₂)/h³ (2)；

S32：将得到a、b、c、d代入公式(3)，这里t₁＝-2Δt，然后计算S(0)即为插值点，替换y₀即消除了单点尖峰奇异信号；

S(t)＝a+b＊(t-t₁)+c＊(t-t₁)²+d＊(t-t₁)³ (3)；

在一个实施例中，基于三次样条插值法消除所述避雷器漏电流信号中的所述尖峰奇异信号时，进行以下步骤：

S33：见图2，所述尖峰奇异信号为双点尖峰奇异信号2，所述双点尖峰奇异信号为y₀、y₁，令x₁＝y_-2，x₂＝y₃，h＝5Δt，x′₁＝(y_-1-y_-3)/(2Δt)，x′₂＝(y₄-y₂)/(2Δt)代入(1)，计算出a，b，c，d后代入(3)，这里t₁＝-2Δt，然后计算S(0)、S(Δt)即为插值点，分别替换y₀和y₁即消除了双点尖峰奇异信号。

其中，公式(2)的推导过程如下：

三次样条插值函数为：S(t)＝a+b＊(t-t₁)+c＊(t-t₁)²+d＊(t-t₁)³ (3)

其导数为：S′(t)＝b+2c＊(t-t₁)+3d＊(t-t₁)² (4)

这里，采样点x₁采样时刻为t₁，另一个采样点x₂采样时刻为t₂＝t₁+h，需要插值的点采样时刻t_k，满足：t₁＜t_k＜t₂，则

S(t₁)＝x₁，S(t₂)＝x₂代入(3)式，得

a＝x₁ (5)

a+h＊b+h²＊c+h³＊d＝x₂ (6)

为了保持样条插值函数插值点的光滑，因此需要保持S′(t₁)＝x′₁，S′(t₂)＝x′₂，代入(4)，得

b＝x′₁ (7)

b+2h＊c+3h²＊d＝x′₂ (8)

联立(5)(6)(7)(8)可求得样条插值函数参数a，b，c，d得到公式(2)

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种消除避雷器漏电流信号中尖峰奇异信号的方法,其特征在于，包括以下步骤：

S1:采集避雷器漏电流信号；

S2:基于差分法或周期对比法识别出所述避雷器漏电流信号中的尖峰奇异信号；

S3:基于三次样条插值法消除所述避雷器漏电流信号中的所述尖峰奇异信号；

其中，基于三次样条插值法消除所述避雷器漏电流信号中的所述尖峰奇异信号时，进行以下步骤：

S31:所述尖峰奇异信号为单点尖峰奇异信号，所述单点尖峰奇异信号为y₀，信号采集的时间间隔为Δt，y₀前后连续采样点为：{y_-3、y_-2、y_-1、y₀、y₁、y₂、y₃}，令x₁＝y_-2，x₂＝y₂，h＝4Δt， 代入公式(2)得到a、b、c、d；

a＝x₁、

S32:将得到a、b、c、d代入公式(3)，这里t₁＝-2Δt，然后计算S(0)即为插值点，替换y₀即消除了单点尖峰奇异信号；

S(t)＝a+b*(t-t₁)+c*(t-t₁)²+d*(t-t₁)³ (3)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具体地，采用差分法识别所述避雷器漏电流信号中的所述尖峰奇异信号时，进行以下步骤：

S21:所述避雷器漏电流信号包括若干个采集点信号，将所述若干个采集点信号按时间顺序排为x1、x2、……、xn；

S22:采用公式(1)对x1、x2、……、xn采集点信号值进行1，2……m阶差分处理得出值其中，k＝1，2……m；j＝1、2、3、……、n；

S23:设定一个极限定值A，其中，A>0,将差分处理得出的值与A进行比较，若则j点为尖峰奇异信号点。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用周期对比法识别所述避雷器漏电流信号中的所述尖峰奇异信号时，进行以下步骤：

S24:所述避雷器漏电流信号包括N个周期，每个周期包括M个采集点信号，其中，第j个周期中第i个采集点信号表示为x_i+j*M，其中，i＝1、2、……、M；j＝0、1、……、N-1；将N个周期中所有采集点信号进行分组，其中对每组记为Z_i:{x_i、x_i+M、……、x_i+(N-1)*M}，总计M组；

S25:将Z_i中两个最大值和两个最小值去掉，记为

S26:将中内的数值进行算数平均值处理得到B_i；

S27:对于每个Z_i中的每个采样点x_i+k进行判断是否满足|x_i+k-B_i|>γ*|B_i|，其中，k＝0，M，……，(N-1)*M；其中，γ为调整系数；若是，采样点x_i+k为尖峰奇异信号点。