
隨著數字測量係統的采用,以及數字信(xìn)號處理技術的發展,出現了很多軟件去幹擾的方法。主要有傅裏葉分析,小波變換、經驗(yàn)模態分解,自適應濾波等。
a)傅裏葉分析(xī)
對混有窄帶(dài)幹擾的檢測信號在(zài)頻域抑製幹擾,再將其變換為時域信號,這種抑製窄帶幹擾的方法稱為頻(pín)域處理法。通過頻(pín)域處理法抑(yì)製窄帶幹擾的基礎是傅裏葉(yè)分析或快速傅裏葉變換(FFT)。當局部放(fàng)電(diàn)檢測信號中混入窄帶幹擾(rǎo)後,在局部放電脈衝信號的幅頻特性上將疊加上一些窄帶幹擾(rǎo)的頻(pín)率成分,因此,可根據(jù)不(bú)同的情況,使用譜線刪除法,頻域開窗(chuāng)法或多通帶濾波法來抑製窄帶幹擾。當幹(gàn)擾源較少時,可將譜(pǔ)圖中的垂直(zhí)譜線刪除,再對處理後的譜圖(tú)進行快速傅裏葉反(fǎn)變換(IFFT)得(dé)到時域波形,這種方(fāng)法稱為(wéi)譜線(xiàn)刪除法。如果窄帶幹擾在頻域(yù)占有一定寬帶,則(zé)可在頻域相應的位置開(kāi)窗,對(duì)經過處理的譜圖進行IFFT,這種方法稱為頻域開窗(chuāng)法(fǎ)。如果幹(gàn)擾源較多,有各在頻域占有一定寬度,則可選擇頻域中無幹擾的頻率範圍作為信號通帶,進行多通帶濾波,最後對經過處理的譜圖進行IFFT,這種方法稱為多通帶濾波法。
但是,局部放電脈衝的頻(pín)譜與幹擾脈衝的頻譜(pǔ)是重合的,以上方法在抑製幹擾的同時,會丟失局部放電脈衝的部分頻率(lǜ)分量(liàng),導致脈(mò)衝波形發生畸變。
b)小波變換
小波變換(wavelet transform)是一(yī)種強有力的信(xìn)號處(chù)理工具,具有多分辨率特性,在時頻平麵(miàn)不同的位置采用不同的分辨(biàn)率,在時域和頻(pín)域同時具有良好的局部性,比(bǐ)傅裏(lǐ)葉(yè)變換和短時傅裏(lǐ)葉變換(STFT)更適(shì)合處理具有(yǒu)瞬(shùn)態突變特性的局部放電信號。因此,小波(bō)分析(xī)在(zài)電(diàn)力工程中得到了廣泛的應用。小波變換是用小波基函數係來(lái)逼近信(xìn)號的,而小波基(jī)函數係是母小波(bō)基通過平移和伸縮得到的。小波(bō)算法用於局部放電信號的檢測是當(dāng)前的研究熱點,國內外都有較成功的範例。例如利用小波包變換的頻域分割特性,將信號信息測(cè)度的(de)香農熵作為局(jú)部放電信號的小(xiǎo)波包變(biàn)換樹節點存(cún)在周期性窄帶幹擾與否的判據,應用(yòng)小波包變換熵閾值法抑製局(jú)部放(fàng)電在線監測(cè)中周期性窄帶幹擾(rǎo)。應用基於小波分解的自適應濾(lǜ)波算法,抑製局部放電測量中窄帶周期幹(gàn)擾,利用小波的分頻特(tè)性先將信號(hào)分解到不同的頻段上,然後對各頻(pín)段的信號施以自適應濾波,由於信號被分解到不同的頻段,各頻段內的窄帶幹擾頻率相差有限,所以,可以根據各頻段信號的特性(xìng)采用(yòng)最(zuì)佳的濾波參數,以達到較好的濾波性能。
但是,小波方法也(yě)存在缺陷,小(xiǎo)波消噪效果取(qǔ)決(jué)於最優母小波基和分解尺度的選(xuǎn)取(qǔ)。
c)經驗模態分解(EMD-empirical mode decompositon)
經驗模態分解依據數據自身的(de)時間尺度特征來(lái)進行信號分解,無須預先設定任何基函數。這一點與建立(lì)在先驗(yàn)性的諧波基函數的傅裏葉分解和小波基函數上的小波分解(jiě)方法具有本質性(xìng)的差別。正是由於這樣的特點(diǎn),EMD方法在理論上可以應用(yòng)於任何類型的信(xìn)號的分解,因而在處理局部放電信(xìn)號等非平穩信號上具(jù)有(yǒu)非常明顯的優(yōu)勢。該方法(fǎ)基(jī)於信號的局部(bù)變化特征,可(kě)以自適應(yīng)地將複雜的信號分解成若幹階固有模態函數(IMF-intrinsic mode funciton)。應用EMD和IMF重構算法可用於局部放電噪聲抑製,首先對含有(yǒu)噪聲的局部放電信號(hào)進行經驗模態分解,得到含特征頻率的固有模態(tài)函數,然後對所得的固(gù)有模態函數分量進行自適應閉值處理後(hòu)重構,從而抑(yì)製噪聲幹擾。
但是EMD算法存在模態混淆(xiáo)、端點效應、欠包絡和過包絡的問題,影響了局部放電信號的消噪效果。
d)自適應濾波
Widrow B等在1967年提出了自適(shì)應濾波理論,通過對濾波(bō)係數的自動調整達到(dào)最佳(jiā)的濾波效(xiào)果。自適應濾波器主要由兩部分組(zǔ)成:一是濾波子係統,根(gēn)據所要(yào)處理的對象的(de)不同而有不同(tóng)的結構(gòu)形式;另一個是自適應(yīng)算(suàn)法部分,用於調整濾波子係統結構的參數,或濾波係數。自適應算法(fǎ)是自適應(yīng)濾波器的重要組成部分,要求根據輸入(rù)、輸出(chū)和原參量值,按(àn)照一定準(zhǔn)則修改濾波參數,以使(shǐ)它本身能有效地跟蹤外部(bù)環境的變化。經常使用的自適應算法(fǎ)有最小均方誤差(chà)(LMS)算法和遞歸最(zuì)小二(èr)乘(RLS)算法。其中LMS算法以其實現簡單、運算速度快等優點得到了廣泛的應用(yòng)。在局部放電測量過程中,現場存在大量的周期性幹擾,其頻率並非預先知(zhī)道(dào),自適(shì)應濾波器能利用(yòng)周期(qī)性幹擾(rǎo)和局(jú)部放電的自相關性的不同,將兩者區分開來,自適應濾波器(qì)能隨輸入序列的變化,按照某種誤差遞減的規則,自行調整濾波係數,使其對應現場的幹擾頻帶,從而達到(dào)消除(chú)局部放(fàng)電檢(jiǎn)測中周期性幹擾的目的。