[发明专利]一种电流信号平滑处理方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及信号处理领域，尤其涉及一种电流信号平滑处理方法及装置。

背景技术

断路器是电力系统中重要的控制和保护设备，既可以根据电网实际需求，把一部分电力设备或线路投入或退出运行，也可以在线路或设备发生故障时迅速将其从电网切除，保证电网的可靠安全运行。断路器在电力系统中的重要作用决定了其必须具有很高的可靠性。根据国际大电网统计结果，机械故障是高压断路器的主要故障，所以需要对断路器机械状态进行监测。近几年来，各研究工作者对断路器机械状态在线诊断进行了大量的研究。这些方法都是通过利用传感器和采集卡获得可测量的参量，包括振动信号和分合闸线圈电流信号等，进而对断路器的状态进行评估。

断路器分合闸线圈电流信号是机械状态监测信号之一，断路器的分合闸动作起始于线圈的通电，断路器分合闸起始时间点需要从线圈电流信号中获得，并且线圈电流信号还可以反映电磁铁以及断路器传动机构的状态信息。

线圈电流信号应用较多的是先通过预处理进行滤波和去噪，然后再提取电流信号中的起始点、结束点和中间的极值点的特征时间和幅值参量来表征线圈电流信号波形的基本特性，理想的线圈电流信号波形如图1a所示。

理想线圈电流信号波形较为平滑，特征参量的提取较为简单与方便。但是由于工程现场测量时存在干扰以及测量回路本身的特性等原因，实际测得的线圈电流波形中往往有一些毛刺，有时毛刺幅值还较大，对于线圈电流信号特征参数的提取会带来干扰，如图1b所示，为工程实际中测量得到的高压断路器线圈电流信号，目前，线圈电流信号波形的处理方法主要有中值滤波和小波滤波的方法。

图1c是经过中值滤波处理后的线圈电流信号波形，中值滤波的操作过程是：从线圈电流信号波形的第一个点开始到第十个点为止，取十个电流值点的中位数作为第一个点的电流值，从第二个到第十一个点为止的十个电流值的中位数作为第二个点的电流值，以此类推，得到各个点的电流值，其结果即为中值滤波后的电流波形。

图1d是利用小波去噪方法得到的线圈电流信号波形，采用的是6层Daubechies4小波分解，然后将各层高频分量的系数置零，最后利用小波逆变换进行多层重构得到滤波后的信号。小波滤波的方法对高频噪声具有很好的效果，而对当噪声的频率跟信号频率重叠时无能为力。由图1d可知，小波去噪方法不能很好去除T₃附近的尖峰噪声，并且在时刻T₄附近变化缓慢，有拖尾现象，影响对时间参数T₄的提取。

其中，采用中值滤波方法或小波去噪方法对电流信号进行处理时，至少存在以下问题：

(1)中值滤波方法得到的线圈电流信号平滑性较差。

(2)小波去噪方法计算复杂，对硬件要求较高。

(3)小波去噪方法得到的线圈电流信号波形结构变化较大，对后续特征值提取带来较大的误差。

(4)小波去噪方法对当噪声频率和信号频率重叠时失效。

由此可见，现有技术中对电流信号进行处理时，存在着不能在保证电流信号的平滑性的同时，确保计算复杂度较低的技术问题。

发明内容

本发明提供一种电流信号平滑处理方法及装置，以解决现有技术中对电流信号进行处理时，存在着不能在保证电流信号的平滑性的同时，确保计算复杂度较低的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供一种电流信号平滑处理方法，包括：

采集获得电流信号；

构造对所述电流信号进行形态滤波运算所采用的结构元素g(m)，其中所述结构元素的长度为7～15；

利用形态滤波器对所述电流信号进行滤波运算，其中所述形态滤波器所采用的形态开闭滤波算子为：O_C(f(x))＝(fοg·g)(x)，f表示所述电流信号，g表示所述结构元素。

可选的，所述构造对所述电流信号进行形态滤波运算所采用的结构元素，具体包括：

确定所述结构元素的类型为直线型；和/或

确定所述结构元素的幅值为0。

可选的，所述形态开闭滤波算子O_C(f(x))＝(fοg·g)(x)通过以下方式限定：

设f(n)和g(m)分别为定义在F＝{1,2,…,N-1}和G＝{1,2…,M-1}上的离散函数，且N＞＞M，其中，f(n)为所述电流信号，g(m)为所述结构元素；

则所述结构元素g(m)对所述电流信号f(n)的膨胀和腐蚀定义分别为：