基於eemd峰度閾值的變壓器振動信號降噪方法

2023-12-06 18:08:06

基於eemd峰度閾值的變壓器振動信號降噪方法
【專利摘要】基於EEMD峰度閾值的變壓器振動信號降噪方法。針對非平穩信號的降噪，國內外學者已提出許多方法，大致可分為基於時間域統計、基於傅立葉變換及基於小波變換的時頻分析方法三大類。這些方法都有各自的優缺點，如：頻域方法理論成熟，但難以分離頻率重疊部分的信號；小波變換方法雖具有多分辨性能，但其降噪效果往往依賴於小波基和閾值的選擇。本發明的組成包括：首先對隨機信號進行EEMD分解，然後針對每一個本徵模函數IMF進行自相關函數計算並求其峰度係數，然後利用閾值將這些本徵模函數IMF進行區分，進而剔除噪聲信號。本發明用於變壓器振動信號降噪。
【專利說明】基於EEMD峰度閾值的變壓器振動信號降噪方法
[0001]【技術領域】:
本發明涉及一種基於EEMD峰度閾值的變壓器振動信號降噪方法。
[0002]【背景技術】:
變壓器作為電力系統中重要的樞紐設備，其不但價格十分昂貴，作用也十分重要，保證其安全可靠運行是整個電網安全運行的關鍵，因此對其運行狀態進行實時檢測是十分必要的。目前，基于振動信號分析的變壓器故障診斷方法作為一種新型的診斷方法，它具有實時性及在線運行的特點，現已在電力系統中廣泛採用。然而工程中實際採集的信號都含有大量噪聲，如:變壓器設備早期發生故障時，採集的振動信號中含有隨機噪聲，使得能反應故障特徵的有效信息變得非常微弱，因此如何能有效提取有用信號、抑制噪聲提高信噪比是基于振動信號進行故障診斷的前提條件和必要環節。
[0003]針對非平穩信號的降噪，國內外學者已提出許多方法，大致可分為基於時間域統計、基於傅立葉變換及基於小波變換的時頻分析方法三大類。這些方法都有各自的優缺點，如:頻域方法理論成熟，但難以分離頻率重疊部分的信號；小波變換方法雖具有多分辨性能，但其降噪效果往往依賴於小波基和閾值的選擇。經驗模式分解(EMD)是Huang等人1997年提出的將多分量信號分解成多個固有模式分量(IMF)的方法。這些IMF分量中的瞬時頻率具有實際的物理意義，且頻率由高到底依次分布，具有很強的頻率選層性能，是一種完全自適應的分解方法。一般情況而言該方法可獲得較好的降噪效果，然而如果信號中存在異常突變，受EMD方法模式混疊現象及斷點效應等缺點的影響，降噪效果將變差。
[0004]等人2008年提出的集合經驗模式分解方法(EEMD)是將白噪聲添加到含有奇異點的信號中以促進抗混分解，有效抑制了模式混疊現象。目前學者們也嘗試著利用EEMD方法對信號進行降噪處理，如利用白噪聲經EEMD分解的各分量能量密度與平均周期是常數這一特點，對滿足條件的噪聲分量進行剔除，但剔除的分量有可能含有有用信號，文中並未給出解決辦法；也有的方法是利用白噪聲與普通信號自相關函數的差異性，先對含噪信號進行EMD分解，然後人為判斷哪個MF是噪聲分量，再對噪聲分量進行軟閾值處理，該方法雖能有效抑制噪聲，但噪聲分量和有用分量的區分只能靠人為判斷，具有一定主觀性。
[0005]
【發明內容】
:
本發明的目的是提供一種基於EEMD峰度閾值的變壓器振動信號降噪方法。
[0006]上述的目的通過以下的技術方案實現:
一種基於EEMD峰度閾值的變壓器振動信號降噪方法，該方法包括如下步驟:首先對採集到的變壓器振動信號進行EEMD分解，然後針對每一個本徵模函數IMF進行自相關函數計算並求其峰度係數，然後利用閾值將這些本徵模函數MF進行區分，進而剔除噪聲信號。
[0007]所述的基於EEMD峰度閾值的變壓器振動信號降噪方法，所述的對信號進行EEMD分解是利用了白噪聲的頻譜均勻分布的特性，使得白噪聲信號經EMD分解後自動平均分解到不同時間尺度上；由於白噪聲零均值特性，將多次分解後的本徵模函數MF平均後完全消除噪聲影響，即得到最終無混疊效應的本徵模函數MF分量，具體算法如下:
第一步:在原始信號x(?)中加入M次均值為零，標準方差為常數的白噪聲
【權利要求】
1.一種基於EEMD峰度閾值的變壓器振動信號降噪方法，其特徵是:該方法包括如下步驟:首先對採集到的變壓器振動信號進行EEMD分解，然後針對每一個本徵模函數IMF進行自相關函數計算並求其峰度係數，然後利用閾值將這些本徵模函數MF進行區分，進而剔除噪聲信號。
2.根據權利要求1所述的基於EEMD峰度閾值的變壓器振動信號降噪方法，其特徵是:所述的對信號進行EEMD分解是利用了白噪聲的頻譜均勻分布的特性，使得白噪聲信號經EMD分解後自動平均分解到不同時間尺度上；由於白噪聲零均值特性，將多次分解後的本徵模函數MF平均後完全消除噪聲影響，即得到最終無混疊效應的本徵模函數MF分量，具體算法如下: 第一步:在原始信號中加入M次均值為零，標準方差為常數的白噪聲
3.根據權利要求1或2所述的基於EEMD峰度閾值的變壓器振動信號降噪方法，其特徵是:所述的隨機信號的自相關函數反應了信號與其自身在不同時間點的相關程度，是一種時間域的統計度量方法，其定義為:
4.根據權利要求1或2或3所述的基於EEMD峰度閾值的變壓器振動信號降噪方法，其特徵是:所述的自相關函數的峰度係數用來度量數據在中心聚集程度，在正態分布情況下，峰度係數值是0，正的峰度係數說明觀察量更集中，有比正態分布更長的尾部；負的峰度係數說明觀測量不完全集中，有比正態分布更短的尾部，峰度係數的標準誤用來判斷分布的正態性，其定義為:(8)
【文檔編號】G01H17/00GK103902844SQ201410167375
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月24日 優先權日:2014年4月24日
【發明者】劉福榮, 陶新民, 孫福軍, 田偉, 張凱 申請人:國家電網公司, 國網黑龍江省電力有限公司, 哈爾濱工程大學