电力电缆局部放电综合噪声抑制方法的研究

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电力电缆是电力生产、传输的重要环节,电力电缆绝缘的优劣程度直接决定电网运行的稳定性。利用局部放电信号对电力电缆的绝缘状态进行分析,可以及时发现其中的绝缘缺陷,防止缺陷进一步发展,威胁电网运行的稳定性。因为在局放测试现场中存在严重的电磁干扰并且局放信号的能量微弱,所以采集的局放信号会存在强能量的综合噪声,其中主要是周期性窄带干扰和白噪声,严重影响局放信号分析结果的准确性。本文在研究局部放电信号传统降噪方法的基础上,提出将滑窗奇异值分解(singular value decomposition,SVD)方法融入局放信号的噪声抑制中,并在仿真与实测的局放信号上开展了综合噪声抑制研究。本文的主要工作如下:(1)通过分析固体绝缘介质中局部放电信号的典型特征与数学模型,确定了四类典型局部放电脉冲信号的时域波形特点和频域波形特点。同时,通过分析局部放电中噪声干扰的典型特征,发现周期性窄带干扰的能量较强,白噪声的时域和频域能量分布均匀,两者对局放信号的影响较大,相关的抑制技术需要重点研究。(2)对局放信号的窄带干扰抑制技术进行研究。因为窄带干扰在离散傅里叶变换功率谱中以干扰峰的形式存在,所以传统方法从傅里叶变换角度开展窄带干扰抑制,但因傅里叶变换算法本身存在频谱泄露和栅栏效应等缺点,导致传统方法的窄带干扰抑制结果存在残余噪声较大的问题。本文提出了基于滑窗SVD的局放信号窄带干扰抑制技术,本文所提方法可以利用滑窗SVD配合最小描述长度(Minimum description length,MDL)准则提取窄带干扰的数目和特征数据片段,并利用矩阵束算法重构窄带干扰,以实现局放信号的窄带干扰抑制。(3)对局放信号的白噪声抑制技术进行研究。离散小波分解方法、经验模态分解方法、S变换去噪方法与传统SVD去噪方法等传统白噪声抑制方法存在参数难以选取、人为因素影响大和噪声抑制结果差等问题。本文提出基于滑窗SVD的局放信号白噪声抑制技术,该技术首先利用滑窗SVD方法获取特征奇异值数值的数据序列,然后利用最大类间方差法提取该数据序列的阈值,以确定采集的局放信号中信号帧位置,接着利用滑窗奇异值的分解与重构对信号帧中数据进行白噪声抑制,最后将置零的噪声帧与降噪后的信号帧进行组合,得到白噪声抑制后的局放信号。(4)对局放信号的综合噪声抑制技术进行研究。由于实际的局放信号通常存在窄带干扰与白噪声混叠的综合噪声,而不是单一类型的噪声,所以需要研究本文所提局放信号的窄带干扰抑制技术与白噪声抑制技术对综合噪声的抑制效果。本文将所提基于滑窗SVD的局放信号窄带干扰抑制技术与白噪声抑制技术进行结合,提出基于滑窗SVD的局放信号综合噪声抑制技术。将所提技术与传统技术对仿真局放数据开展了综合噪声的降噪处理,以仿真数据研究本文所提方法的有效性。搭建了工频交流局放测试平台,并设计了刀痕缺陷与半导电层尖刺缺陷的电力电缆样本,以采集真实的局放信号开展降噪研究。通过对实测局放信号开展降噪分析,研究了本文所提基于滑窗SVD的局放信号综合噪声抑制技术的真实运用效果。研究结果表明:相比于传统方法,本文所提基于滑窗SVD的局放信号综合噪声抑制技术可以有效抑制局放信号中综合噪声,并且局放信号的波形畸变较小,能够有效处理多种形态的局放信号。该论文有图47幅,表7个,参考文献111篇。
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