基于FRFT-KPCA的模拟电路非线性故障特征提取

针对模拟电路受非线性及元件容差影响而导致响应信号在时域和频域都出现耦合,造成故障特征提取困难的问题,结合分数阶傅里叶变换和核主成分分析理论提出一种非线性故障特征提取方法。利用分数阶傅里叶变换对耦合信号进行预处理,采用粒子群优化算法寻找最优分数阶p,实现耦合信号在分数阶域最大程度的分离。采用核主成分分析对非线性特征进行维数压缩,实现故障特征提取。实验结果表明,在时域或频域相互耦合的信号经分数阶傅里叶变换后,在分数阶域上耦合程度明显减弱,核主成分分析能够有效处理信号中的非线性信息,特征提取效果要优于其他线性特征提取方法。经过分数阶傅里叶变换和核主成分分析相结合的方法所提取的故障特征使故障模式具有更好的可分性。     

时频分析在真空热试验测试电缆故障检测中的应用

真空热环境试验是航天器研制过程中必不可缺的实验项目,实验过程中需配置大量测试电缆,因此测试电缆的故障检测具有重要意义。为有效提高对测试电缆故障的定位精度,对小波变换和分数阶傅里叶变换在电缆故障测试中的应用去进行研究。对时域反射测量法和频域反射测量法两种电缆故障检测方法的发射信号进行加噪处理,分别采用相应的时频分析方法对其进行消噪处理。仿真结表明,小波变换和分数阶傅里叶变换具有良好的去噪效果,对提高测试电缆的故障定位精度具有重要意义。     

基于分数阶傅里叶变换的直流电弧特征分析

针对单纯从时域或频域方面检测电弧故障的缺陷,提出了采用分数阶傅里叶变换分析电弧的时频特征。通过试验模拟不同负载时直流串行与并行电弧故障,发现改变变换阶次使得电弧分数阶傅里叶域的特征比频域特征更加明显,有利于提取电弧特征。同时比较了负载性质及电弧类型对电弧分数阶傅里叶域特征的影响,及在线检测电弧故障时分数阶傅里叶变换和快速傅里叶变换算法复杂度与实时性。     

基于频率水印的智能电网实时数据认证方法

针对智能电网建设中通信网络数据安全问题,结合智能电网通信网络特点,提出一种将电网频率信息应用于实时交互数据认证的方法。针对电网实时频率检测网络进行频率水印建模,利用分数阶傅里叶变换在发送的数据中嵌入频率水印,根据嵌入的水印对接收的数据进行安全认证。分数阶傅里叶变换分散了嵌入信息在传统时频域的能量分布,安全性好。仿真与实验结果表明,基于分数阶傅里叶变换的频率水印嵌入算法具有较高的安全性,并对常规的噪声攻击、低通滤波攻击和下采样攻击具有抵抗能力。     

基于分数阶傅里叶变换的变频调速异步电机故障诊断方法

介绍了分数阶傅里叶变换的原理及其对线性调频信号的处理优势。以变频调速异步电机系统为研究对象,重点分析了在恒加速和恒减速运行模式下,系统的输出具有近似线性调频信号的特征,在总结变频调速异步电机在定子电流频谱上出现的断条故障特征的基础上,提出了基于分数阶傅里叶变换的变频调速异步电机断条故障诊断方法。实践证明,该方法可以有效地分析变频调速异步电机故障。     

一种基于微元法和分数阶傅里叶变换的VCO非线性度检测方法

非线性度校正技术是实现高精度压控振荡器(VCO)以及高分辨率线性调频连续波雷达的关键技术之一.其中,非线性度的检测精度直接决定了非线性度校正精度.提出了一种基于微元法和分数阶傅里叶变换的VCO非线性度检测新方法.该方法结合一维搜索和离散时间傅里叶变换,检测信号频率及频率变化率,并利用起点预测算法提高其运算速度.仿真结果表明,与基于Wigner-Ville分布的方法相比,该方法能更有效地检测VCO的非线性度.     

局部二值模式直方图匹配的串联故障电弧检测及选线

串联故障电弧是引起电气火灾的主要原因之一,有效地检测串联故障电弧对预防电气火灾具有重要意义。该文采用六种常用的家庭负载开展了多负载回路的串联故障电弧实验,提出了一种串联故障电弧检测及选线方法。首先,对干路电流信号进行分数阶傅里叶变换,构建故障电弧图像矩阵,全面反映干路电流信号从时域到频域的变化过程;其次,采用局部二值模式(LBP)描述图像矩阵的局部纹理特征,统计得到LBP图像的灰度分布直方图数据,采用不同实验条件下的LBP直方图数据建立数据库;最后,采用最大相关系数的数据库匹配准则实现故障电弧的检测及选线。测试结果表明,该方法可以实现多负载回路中故障电弧的检测及选线,检测及选线精度均超过了90%。     

新型电力系统下电能质量信号的分数域降噪方法研究

“双碳”背景下,大量分布式电源接入电网引发电能质量扰动,给电网的稳定运行带来挑战。由于非线性、高速负载的大量集成,新型电力系统中的电能质量扰动呈现出非平稳特性,给降噪处理带来了新困难。针对这一问题,通过分析不同类型电能质量扰动在分数域的能量分布特性,提出了一种改进的基于分数阶傅里叶变换(FRFT)的降噪算法。同时,文章对分数阶最佳变换角度的估计方法进行了讨论,基于信号的分数阶频谱四阶原点矩,利用一维峰值搜索确定最佳变换角度可有效降低计算复杂度。实验结果表明,改进算法对平稳暂态扰动和非平稳暂态扰动均能有效实现降噪并保留暂态扰动的定位信息。     

故障行波全波形时–频特性分析

基于行波信号的故障检测以故障行波的产生、传输特性和折、反射机理为基础。故障行波是一个宽频带阶跃信号,兼具时域和频域的波形特性。融合故障行波时–频域波形,该文提出基于全波形信息的故障行波表现形式,全面刻画行波的传播过程;深度挖掘故障行波全波形与网络拓扑结构、故障点位置和故障点参数的关联,分析折射和反射过程、传输函数和故障点参数对行波全波形传播造成的影响,对区内各点故障和区内、外故障,行波全波形的相似性和差异性进行了定性分析;运用时–频域波形相关系数实现行波全波形的有效辨识,通过大量PSCAD/EMTDC仿真,总结区内不同故障点,区内、外故障以及不同故障点参数,行波全波形相关系数的变化规律,为基于行波信息的故障检测技术搭建了坚实的理论基础。     

一种改进行波时频复合分析的杆塔故障定位方法

基于时频复合分析的行波故障定位方法依赖于固有频率法的测距可靠性。为进一步提高该方法的测距精度及可靠性,提出一种改进的时频复合分析行波杆塔故障定位方法。首先分析两侧故障信号,分别得到主固有频率,采用改进的固有频率法初步得到故障点位置;然后利用小波工具对信号进行时域分析,根据固有频率法得到的故障位置推导故障点反射波头到达母线的时间;最后由线路两端故障点反射波与初始行波的时间差之比进行杆塔故障定位。EMTP联合Matlab仿真分析表明,该方法提高了固有频率法测距稳定性,有利于时域分析。同时,对400 km线路的杆塔定位误差在400 m以内,耐受过渡电阻达350?,在线路长度变化3 km情况下不影响故障测距。     

基于拓展峭度的电缆缺陷高分辨率定位方法

随着电缆与电网的高度耦合,电缆故障将辐射影响整个电网及用电设备的安稳运行。传统时域反射分析法往往只能检测并定位电缆已形成的不可逆故障,不能满足检测并提前预防故障的智能检测技术发展趋势及要求。频域反射分析法能够检测到微弱的缺陷,这些缺陷随着时间将演化为不可逆故障。但该方法仍然存在诸如定位图出现误判点,两端出现频闭带,以及定位精度低等缺点。为提高电缆故障检测定位能力,本文结合频域反射分析法与峭度特征量,提出了一种基于拓展峭度的提升缺陷定位能力的方法,可以显著降定位曲线的误判点并且在较宽扫频带宽时能够提升定位精度,最终实现高精度高分辨率的电缆缺陷定位。     

基于小波变换的导线绝缘故障定位方法

基于时域反射法(TDR)建立了航空导线绝缘故障的数学模型,仿真研究了不同上升时间的阶跃波在有损耗故障导线中传播的规律,结果表明陡峭上升沿的入射波有利于发现小范围的绝缘故障,同时高频信号的传播损耗使得反射波形变得平滑,给故障处尖峰起始点的定位带来误差。搭建了TDR试验平台,检测小尺寸的导线绝缘故障,对接收到的信号运用小波软阈值去噪法消除噪声,再进行连续小波变换确定故障处尖峰的起始点。实验结果表明,小波方法有助于发现较小的故障,并提高故障定位的精度。能检测到的绝缘故障最小长度为5cm,定位误差小于2%。     

球形麦克风阵列时频故障信号定位算法研究

针对广义互相关算法在强噪声环境下,设备故障时频声音信号定位困难的问题,提出一种结合图像分析与短时傅里叶变换(STFT)的时频信号子空间延时(TFSD)估计算法。利用STFT域中的噪声与信号特征,结合STFT域中不同麦克风测量数据的相关信息,使用滤波、谱减等方法进行信号、噪声区域分离,构建信号主成分区域,通过反演构造信号子空间,从而进行端点识别,延时值估计,实现声源定位。仿真结果表明,即使在加性噪声幅度远大于故障信号的2倍,也能实现准确的延时估计,延时估计误差和5 m×5 m范围的定位误差小于10%,实测也证实了该结果的正确性。     

基于MATLAB的电缆故障仿真

利用MATLAB的SIMULINK仿真平台建立电缆故障仿真模型,在模型基础上对时频域联合反射法（TFDR）方法进行研究,用来验证该方法在电缆故障定位中的可行性。TFDR采用高斯包络调频信号作为测试信号,并利用互模糊函数对电缆故障信号进行处理。由于测试信号不可避免的带有噪声,本文采用小波去噪方法对电缆故障信号进行处理,并和未处理前的信号进行对比分析,结果证明互模糊度函数能适合低信噪比情况下的信号相关性检测和故障定位。     

基于参数优化VMD和TET的柔直线路单端故障测距方法

单端行波故障测距方法在考虑频变波速影响时需要提取故障行波时频域特征,但现有方法存在时频分辨率较低、波头识别困难和波速计算不准确的问题。为此,提出一种基于参数优化变分模态分解(variationalmode decomposition, VMD)和瞬态提取变换(transient extraction transform, TET)的单端故障定位方法。首先,利用麻雀搜索算法(sparrow search algorithm, SSA)优化VMD参数,提取含有故障特征的高频模态分量。然后,对该模态分量进行瞬态提取变换,通过去除短时傅里叶变换中模糊的时频能量,保留与信号瞬态特征密切相关的时频信息,得到故障行波时频域全波形。最后,在故障行波全波形中提取主频分量并标定初始波头与第二反射波头,通过计算主频分量下的波速度,结合行波定位方法实现单端故障测距。在PSCAD/EMTDC中搭建四端柔性直流电网的仿真结果表明,所提算法对过渡电阻和噪声具有较强的耐受性,即使在较低采样率下也能实现准确的故障定位。     

LCC-VSC混合直流输电线路的组合型单端故障定位方法

电网换相换流器—电压源换流器(LCC-VSC)混合直流输电线路中的故障行波传播特性有别于常规直流和柔性直流的输电线路。文中针对混合直流输电线路分析了行波折反射过程及两端边界反射角的频变特性,确定了单端法故障定位装置的合理安装侧,提出了一种组合型单端故障定位新原理。首先,利用定位精度略低的固有频率法进行故障位置初测,以此粗略计算故障点第1次反射波的大致到达时刻。然后,再利用故障点反射波与对端母线反射波的波到达时刻的对称性质在行波传播时序图中匹配找到这2种反射波的精准波到达时刻。最后,根据初始行波、故障点第1次反射波和对端母线第1次反射波到达时刻实现故障定位。仿真实验表明,固有频率法的引入有效避免了由于无法准确区分故障点第1次反射波与对端母线第1次反射波所带来的定位误差,所提方法在LCC-VSC混合直流输电系统中能实现较准确的故障定位。     

基于奇异值分解理论的双端行波故障测距的研究

行波故障测距中行波信号奇异点的精确检测和行波波速的确定是影响测距精度的主要因素。根据Hankel矩阵方式下奇异值分解第一个分量后的各分量具有的奇异性检测能力,对行波信号进行奇异值分解,利用第二个SVD分量脉冲模极大值检测出信号的奇异点。同时,提出一种不受行波波速影响的双端测距方法,通过检测故障初始行波和故障点反射波分别到达两端母线的时刻,列写方程组,得到与速度无关的测距公式。EMTDC仿真证明了该故障测距方法的正确性。     

脐带缆电缆故障电压行波相模分量特征分析及测距方法研究

脐带缆是水下生产系统的生命线,快速有效地定位故障点具有重要的经济意义。分析了脐带缆电缆故障电压行波特征,在此基础上提出一种故障测距方法。根据脐带缆电压行波线模零模分量在故障点发生折射和反射的数值关系,定义了波形特征量并以此判断第一个反射波的性质;基于TT变换标定故障行波到达时间;在此基础上提出一种基于故障电压行波相模分量特征及TT变换的脐带缆电缆故障单端测距方法。最后,以EMTP/ATP仿真结果验证了所提测距方法的准确性和有效性。     

双极HVDC输电线路行波故障定位

为准确定位双极HVDC输电线路故障,介绍了基于小波模极大值理论的双端D型行波故障测距方法及该方法在双极HVDC输电系统中的应用并用PSCAD和MATLAB软件仿真分析双极HVDC系统,得到故障点初始行波波头分别到达整流侧母线和逆变侧母线的时刻,从而算出故障点到达两侧母线的距离,完成故障定位。该结果表明,小波变换的模极大值能够刻画出故障行波信号的奇异点和奇异性,用小波变换提取高频暂态信号可准确找出故障极线路,识别出故障极初始电流行波的波头,实现双极HVDC输电线路高度精确的故障定位。