[发明专利]基于波形特征识别的断路器状态检测方法

摘要

本发明公开了一种基于波形特征识别的断路器状态检测方法，其特征是采集正常工况断路器分合闸电流信号，并分解为若干固有模式函数分量；将前三阶固有模式函数分量相加构成去噪信号，并表示于笛卡尔坐标系中；在电流波形上等间距选取特征点；连接坐标原点与各特征点，组成波形特征向量集合；利用相同步骤对实际断路器电流信号进行计算，得到波形特征向量集合；定义向量集合相似度并比较两特征向量集合，根据向量集合相似度判断断路器状况。本发明可以实现断路器故障的高效、准确诊断，能有效去除电流信号中的噪声干扰，消除波形特征提取不准确对结果判定的影响，提高计算准确度及效率。

主权项

1.一种基于波形特征识别的断路器状态检测方法，其特征是包括如下步骤：步骤1、采集一段正常工况下断路器的正常分合闸电流信号x(t)；步骤2、将电流信号x(t)分解为m个固有模式函数分量IMF，即：x(t)＝∑ci(t)+ri(t)；其中，ci(t)为电流信号x(t)的一个IMF分量，i＝1,…,m；ri(t)为差值信号；步骤3、将前p阶IMF分量相加，p≤m，构成去噪后的电流信号z(t)为：步骤4、对于电流去噪信号z(t)进行分析，得到正常工况下断路器的分合闸电流信号特征向量集X为：是与正常分合闸电流信号的特征向量所对应的特征点的坐标；步骤5、针对现场实际工况进行信号采集，获得被测断路器的分合闸电流信号，按照与步骤2～步骤4的相同方式获得实际工况下被测断路器的电流信号特征向量集Y为：是与被测断路器的分合闸电流信号的特征向量所对应的特征点的坐标；步骤6、计算获得向量集合相似度d为：其中，k为特征向量的个数，j＝1，2…k；若d值大于或等于0.9，判断被测断路器与正常工况下断路器的分合闸电流信号波形相似，现场实际工况为正常工况，被测断路器为正常；若d值小于0.9，因被测断路器与正常工况下断路器的分合闸电流信号波形存在较大偏差，判断为被测断路器出现故障；所述步骤2中将电流信号x(t)分解为m个固有模式函数分量IMF是按如下步骤进行：步骤2.1、对所述电流信号x(t)进行求导，获得时间序列y(t)，将所述时间序列y(t)中相邻两点乘积记为：pyr(t)，则有：pyr(t)＝yr(t)×yr‑1(t)，r＝2,3,…,n‑1；步骤2.2、根据pyr(t)和y(t)的值，按如下方式依次找寻电流信号x(t)的所有局部极大值点eb(t)和所有局部极小值点es(t)：若pyr(t)＜0，且yr‑1(t)＜0，则xr‑1(t)为局部极小值点es(t)；若pyr(t)＜0，且yr‑1(t)＞0，则xr‑1(t)为局部极大值点eb(t)；若pyr(t)＞0，则xr‑1(t)为非极值点；当pyr(t)＝0，且yr‑1(t)＝0，令pyr(t)'为：pyr(t)'＝yr(t)×yr‑2(t)，则有：若pyr(t)'＜0，且yr‑2(t)＜0，则xr‑1(t)为局部极小值点es(t)；若pyr(t)'＜0，且yr‑2(t)＞0，则xr‑1(t)为局部极大值点eb(t)；若yr‑2(t)＝0，则xr‑1(t)为非极值点；步骤2.3、将步骤2.2中所有局部极大值点eb(t)和所有局部极小值点es(t)用三次样条插值函数s(t)连接起来，分别求出上包络线emax(t)和下包络线emin(t)，所述三次样条插值函数s(t)是在电流信号x(t)的每一个小区间上不超过三次的多项式，并有：其中，mq和mq+1为三次样条插值函数s(t)在对应的小区间两端点处的二阶导数值；所述小区间定义为[tq,tq+1]；步骤2.4、计算获得上包络线和下包络线的均值m(t)为：m(t)＝(emax(t)+emin(t))/2，将电流信号x(t)减去所述均值m(t)，得到更新时间序列y1(t)；步骤2.5、判断所述更新时间序列y1(t)是否同时满足条件A和条件B：条件A、在整个信号长度上，极值点和过零点的数目相等或者相差一个；条件B、在任意时刻，由极大值点定义的上包络线和由极小值点定义的下包络线的平均值为零；若同时满足条件A和条件B，则y1(t)为固有模式函数分量；若不同时满足条件A和条件B，则将y1(t)作为一个原始分量，重复步骤2.1～2.4，直至更新时间序列y1(t)同时满足条件A和条件B时，将更新时间序列y1(t)记为ci(t)，ci(t)即为电流信号x(t)的一个固有模式函数分量；步骤2.6、将ci(t)从电流信号x(t)中分离出来，得到差值信号ri(t)为：ri(t)＝x(t)‑ci(t)；以所述差值信号ri(t)作为更新的待处理电流信号；步骤2.7、重复步骤2.1～2.6，直至满足迭代终止准则，得到全部m个固有模式函数分量，所述迭代终止准则为：所得到的更新时间序列yi(t)为窄带信号；所述电流信号x(t)即被分解为由式(1)表征的若干个IMF分量和剩余的差值信号之和：x(t)＝∑ci(t)+ri(t)       (1)；所述步骤4是按如下过程获得特征向量集X：步骤4.1、记信号起始点O为坐标原点O(0,0)，从起始点O开始，每间隔n₀个点选取一个特征点T，所述特征点T的坐标记为n₀＝round(f/1000)，round表示取整数运算，特征点个数w为：w＝round(n/n₀)，j＝1,2,...,w，f为采样频率，n为采样点个数；步骤4.2、分别连接坐标原点O与各特征点T，得到各特征向量，以所述各特征向量构成电流信号的特征向量集X，所述步骤5是按如下过程获得特征向量集Y：针对现场实际工况进行信号采集，获得被测断路器的分合闸电流信号，按照与步骤4.1～步骤4.2相同的方式获得特征向量集Y，