经验模态分解在输电线路状态检修中的应用

针对输电铁塔塔材被盗现象十分严重的问题,在输电线路状态检修方面进行了新的研究,运用基于经验模态分解(EMD)的分析方法,使系统在电磁干扰下检测出铁塔因不良企图引起的振动信号,防止塔材被盗事件的发生。EMD方法具有自适应的信号分解能力,尤其适合于这种非线性、非稳态的振动信号的处理。对现场观测信号进行经验模态分解,并选择合适的固有模态函数(IMF)分量,结合功率谱分析其特性;配合自适应的阈值脉冲处理算法,尽可能完整地提取出振动脉冲信号。实验结果证明,该方法能够准确地提取出塔材盗窃中产生的振动脉冲信号,并有效抑制了干扰成分。     

基于独立分量分析的局部放电脉冲信号提取

电气设备局部放电信号的提取,特别是从强干扰中恢复局部放电信号具有较大的困难。该文根据独立分量分析ICA理论,提出了多源少信道(欠定)ICA算法与完备ICA算法结合的二次盲信号分离方法,用此方法对局部放电脉冲进行提取。仿真结果表明,所提方法能够较好地恢复出多种干扰下典型局部放电脉冲信号的波形、波形之间相对幅值关系以及脉冲极值所对应的时间点等局放信息,说明了此方法可行。     

基于SSA与ICA的变压器局部放电混合信号分离

当变压器局部放电信号为多个不同放电类型的信号混合时,要想正确诊断放电类型,需要将混合信号进行分离。当混合信号具有较高的信噪比时,直接采用独立成分分析（ICA）能够有效地分离出独立源信号。但当信噪比较低时,ICA的性能会显著受到影响。而变压器局部放电信号存在严重的噪声,其中连续性周期窄带干扰尤为严重。针对混合信号中窄带干扰严重的情况,提出了一种基于奇异谱分析（SSA）与ICA的变压器局部放电混合信号分离方法。该方法首先对含噪混合信号进行奇异谱分析,抑制混合信号中的窄带干扰成分;然后对降噪后的混合信号采用ICA算法分离出独立源信号。仿真结果表明,采用本文的方法能够从信噪比较低的混合信号中有效地分离出独立源信号。     

局部放电脉冲信号ICA提取技术的初步研究

为了提高局部放电在线监测的灵敏度,根据独立成分分析(ICA)基本模型的定义,提出将背景噪声信号与局放脉冲信号看成两个相互独立的信号源,不同观测点获取的观测信号为两者的线性混合,从而可以实现两者的分离的方法。利用ActiveX自动化技术实现了可用于局放脉冲信号提取的ICA软件模块;基于双通道超宽带检测技术,对加噪后的直流下油纸绝缘针板缺陷模型的局放脉冲序列提取进行了试验研究并且利用峭度准则与试验电压极性相结合的方法消除了局放脉冲提取的ICA含混性问题。实验结果表明:该方法能够提取被背景噪声完全淹没的脉冲信号,可以恢复出单个局放脉冲波形、脉冲波形之间的相对幅值关系以及脉冲极值所对应的时间点等重要局部放电信号信息。     

一种采用小波滤波的独立分量分析算法

在盲信号处理中,作为一种非高斯性度量之一的峭度,对野值可能非常敏感。提出了一种使用小波滤波的独立分量分析(ICA)算法。首先,采用小波对混合信号进行去噪处理。然后,利用主成分分析PCA对混合信号进行白化。最后采用负熵的独立分量分析算法提取混合信号中的独立分量。实验表明,基于小波滤波的ICA算法能有效地提取源混合信号的独立分量,在噪声环境中具有比快速独立分量分析算法更好的盲源分离效果。     

基于EMD的ICA降噪方法在电厂开关柜局部放电信号中的应用

电厂开关柜运行环境复杂,开关柜局部放电PD(partial discharge)信号常湮没在强烈的干扰噪声中,无法准确检测出可靠结果。为了提高电厂开关柜局部放电检测的可靠性,首先将检测到的含噪PD信号进行经验模态分解EMD(empirical mode decomposition),筛选出合适的本征模态分量IMF(intrinsic mode function)构造虚拟噪声通道;再将虚拟噪声通道与含噪PD信号作为输入,利用独立分量分析ICA(independent component analysis)算法将PD信号与噪声信号分离,提取PD信号。通过在仿真信号与实测信号中的应用表明,该方法能够较好地实现对含噪PD信号的噪声消除。与常见的小波降噪方法相比,该方法降噪效果更好,不仅降低了噪声的干扰,同时还很好地保持了原信号的特征。     

电力变压器振动信号分离方法研究

以独立成分分析(ICA)为代表的主流盲分离技术对信号独立性要求较高,难以分离具有高度相关性的变压器铁芯与绕组振动信号。为了分离变压器铁芯和绕组振动信号,建立了变压器振动信号混合模型,在该模型基础上提出了一种基于时频比盲源分离算法(TIFORM-BSS)的变压器振动信号分离方法。将该方法分别应用于分离人工混合后的110 k V三相变压器油箱壁信号和实际运行中的500 k V单相变压器油箱壁振动信号,结果表明该方法能够有效分离具有强相关性的变压器绕组和铁芯振动信号。     

基于小波包能量谱的铁塔螺栓完全松动检测方法

螺栓连接松动故障严重影响铁塔的正常运行，对铁塔螺栓连接松动故障进行检测十分必要。本文提出了基于小波包能量谱的铁塔螺栓完全松动检测方法，首先利用脉冲激振法实测了铁塔螺栓完全松动前后振动信号，分别得到了激振点所在塔材的振动信号，以及通过螺栓相连接的塔材振动信号。然后采用小波包对原始信号进行小波包分解，利用能量特征提取的方法找出分解后各个频段的能量谱图，通过比较相连接的2段塔材在螺栓松动后小波包能量谱的变化规律，确立了基于小波包能量谱的铁塔螺栓完全松动检测依据。     

基于独立分量分析的电力系统瞬时电压畸变信号判别方法

提出一种基于独立分量分析(independent component analysis,ICA)的瞬时电能质量扰动信号检测与判别方法。利用ICA可将相互独立的源信号从其线性混合信号中分离出来的特点,以负熵作为衡量信号独立性的目标函数,通过优化此函数,得到一种固定点算法：FastICA算法,用此算法对包含瞬时电能质量扰动信号的电网电压信号进行计算,可分离出与扰动相对应的信号。对于不同类型的扰动,分离出的信号具有不同的波形特征,根据这一特点,可对扰动进行判别并确定其位置和持续时间。仿真试验结果表明,该方法对瞬时电压跌落、瞬时电压上升、瞬时脉冲、瞬时电压中断、谐波等多种瞬时电压畸变信号有较好的检测与判别效果。     

基于CEEMD和FastICA的滚动轴承故障诊断研究

由于滚动轴承振动信号易受噪声干扰的影响、故障特征提取较为困难。为此,提出了一种基于互补集合经验模态分解(CEEMD)和快速独立分量分析(Fast ICA)的轴承故障特征提取方法。该方法首先利用CEEMD算法将原故障振动信号进行分解运算,得到一系列模态分量(IMF);然后依据峭度准则选取一些模态分量来完成观测信号的重构,剩余其他的模态分量完成虚拟噪声通道信号的重构;再利用Fast ICA方法对重构信号进行降噪;引入Teager能量算子(TKEO)对降噪后的信号进行解调处理;最后对解调后的信号进行快速傅里叶变换(FFT)运算,分析变换后信号的频谱特征,提取出原信号的故障特征频率。将该方法应用到滚动轴承故障实际数据中,实验结果表明,该方法可以有效提取出滚动轴承故障的基频和倍频特征信息。     

基于压缩感知的特高压输电塔实时监测系统数据传输方法研究

特高压输电塔形成的强电磁场干扰及所处的野外恶劣自然环境严重影响无线传感器网络的数据传输质量,造成了无线传感网络通信数据溢出、误码率增加等问题,文章以基于无线传感器网络构建的特高压输电塔实时监测系统为基础,对无线传感器网络在强电磁环境下的通信特性进行了研究,提出了一种基于压缩感知理论的低信噪比信道编码传输方法（ LSCC ）,该方法对测量矩阵进行了改进,并在信道删除概率的基础上自适应调整信息发送的比特量,减少重构所需测量值个数。实验验证表明,低信噪比信道编码传输方法降低了特高压输电塔强电磁场引起的信道干扰带来的数据溢出率11．29％,有效地增强了输电塔监测系统的实际应用性能。     

基于FBG的输电线路微风振动在线监测方法

输电线路导线和地线振动往往造成线路断股断线、金具脱离等危害,现有的导线微风振动监测装置采用互感取电方式供电,而地线监测装置采用电池供电,使用寿命较短,且易受电磁干扰、雷击电流的影响。针对这些问题,开发了基于光纤光栅（fiber Bragg grating,FBG）传感器的输电线路微风振动在线监测系统,系统采用悬臂梁结构的光纤光栅传感器测量地线振动时反射光的波长变化,并通过OPGW/OPPC将光信号发送至变电站的光纤光栅解调仪,再通过安装在变电站的状态监测装置计算出导地线的动弯应变、振动幅值以及振动频率。系统可以实现地线微风振动的无源测量,不再存在电源供电的问题。此外,结合光纤光栅传感器抗电磁干扰、精度高的特点,提高了系统的稳定性和可靠性。     

电力变压器局部放电内嵌式监测系统研究

针对变压器内部局部放电产生的超声波信号特征,设计基于电-声联合检测法的内嵌式监测系统。该系统可以在线同步检测出变压器局部放电产生的2路电流脉冲信号和6路超声波信号。硬件上采用12芯光纤传输,有效抑制现场监测的电磁干扰,提高测量的灵敏度;软件上采用集成模块化设计,有助于提高系统运算的速率和可靠性。通过地下变电站3台主变在线运行,实测数据表明,研制的在线监测系统能够实现变压器局部放电信号的在线实时监测,为变压器的状态检修提供大量可信的数据依据。     

输电塔振动状态远程监测系统研究

根据输电铁塔振动监测的实际要求与特点,设计了输电塔振动状态远程监测系统。该系统可以自动采集输电塔的振动状态参数和当地气象数据．并通过无线网络在远端监控中心的主计算机系统上显示、处理测量结果,实现了振动信号的网络化实时采集和传输。现场应用情况表明,系统具有实时性强、可靠性和准确性高、可移植性好等特点。该系统对于特高压1000kV线路以及过江、过峡谷、台风和裹冰多发地区输电塔的远程健康状态监测有一定的参考价值。     

电力变压器局部放电在线监测系统的研制

研制了一套新型变压器局部放电在线监测系统,该系统基于电一声联合检测方法,检测出变压器局部放电产生的多路电流脉冲信号和超声波信号,在硬件上采用了光缆传输等抗干扰措施,有效抑制了监测现场的电磁干扰,在软件中采用离散二进小波变换算法滤除监测信号中的周期干扰以及电晕干扰,从而准确地区分内外放电脉冲:并基于等值声速原理,运用模糊理论和有限元数值分析方法对变压器局部放电点进行了定位.在现场运行的情况表明了该系统具有较高的检测灵敏度,可为电力变压器的状态检修提供可信的依据.     

高压线塔钢架应力无线远程监测系统

针对高压线塔工作状态远程监测的难题,阐述了高压线塔钢架应力监测系统的设计与实现。着重对XBee-Pro与单片机组成的功能模块和编程方法进行了介绍,并对无线数据传输及无线网络的构建进行了讨论。由3个高压线塔的数据采集与传输体系形成了无线网络的主从结构。高压线塔每根钢架的应力状态参数由单片机提取并转化成数字信号,采用XBee-Pro构建无线网络的形式将数据传输到主机模块,再利用GPRS通过网络进行无线远程传输,实现了对高压线塔工作状态的远程实时监测。该系统成功地解决了高压线塔钢架应力的远程监测和无线数据传输网络数据丢包的问题。     

输电线路对短波无线电测向台(站)的无源干扰

特高压输电线路的建设对无线电设施造成了无源干扰,其主要是由输电线路的金属部件在无线电波激励下产生感应电流,进而产生反射波引起。该反射波会影响无线电测向台的测向精度,引起示向度误差。为此,建立了铁塔–架空地线系统的电磁散射模型,采用矩量法与电路相结合的方法求解输电线路在无线电波激励下产生的感应电流和反射波,该方法计算结果与解析法计算结果、现场试验测量数据吻合性较好。     

±800 kV与±500 kV同塔双回线路不同塔型布置的电磁环境

±800 kV与±500 kV同塔混压双回直流输电线路可有效解决日益增长的电力需求和输电走廊资源紧缺的矛盾,但该输电线路目前尚无设计与运行经验,研究其塔型布置型式对线路设计至关重要。采用上流有限元等方法研究了4种基本塔型在相应导线布置方式下的电磁环境,计算了地面电场和离子流密度、可听噪声和无线电干扰以及线路最小对地距离和走廊宽度,并基于电磁环境限值要求对各塔头临界尺寸进行了对比分析。根据综合比较结果,推荐了±800 kV与±500 kV同塔双回直流线路的最优塔型布置方案,并在推荐塔型布置下研究了线路在不同运行工况下的电磁环境,可为工程实际提供参考。     

基于独立分量分析的工频通信中的谐波干扰消除

双向工频通信系统是一种基于配电网络的通信系统。通信信号在配电网中传输时,其背景信号中必然含有大量的谐波成分,这会给通信信号的检测带来极大的困难。该文根据双向工频通信的信号特征,提出了基于独立分量分析的谐波消除方法。该方法在消除谐波干扰的同时,有用信号成分几乎不被破坏。通过Matlab对此方法进行了验证,取得了良好的效果。