一種特高壓直流電暈電流信號去噪方法技術

本發明專利技術提供了一種用于適用于特高壓直流電暈電流信號的去噪方法。主要包括信號的離散小波變換以及信息論中的最小描述長度判據。該方法的主體思路是通過搜尋最佳信號模型對原信號進行最好表達，然后對該模型進行編碼從而達到消噪的目的，利用離散小波變換以及最小描述長度判據相結合，達到更好的去噪效果。該方法具有不需預設閾值、數據自適應性的特點。

【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于特高輸電
，具體涉及一種電暈電流信號的濾波去噪方法，特別是將離散小波變換以及信息論中的MDL (Minimum Description Length-最少描述長度)引入信號去噪，提出一種適用于特高壓直流電暈電流信號的基于最小描述長度和離散小波變換的信號去噪方法。
技術介紹
近年來，隨著我國經濟的不斷發展，各行業生產及居民日常生活用電量大增，除了 加大發電量外還必須不斷提高電力的輸送能力。我國資源和用電負荷分布不均更加加劇了特高壓電網的建設需要。特高壓電網具有輸電距離長、輸送功率大、線路損耗低等一系列優點，是實現我國“西電東送、南北互供、全國聯網”的戰略目標的必然選擇。為進一步提高我國電能輸送能力，已經建設完成部分±800kV直流輸電工程，同時國家電網公司目前已啟動± IlOOkV特高壓直流輸電線路的研究工作。特高壓直流輸電線路的研究需要配套的測量系統，但是測量系統工作環境的特殊性使得采集到的電暈電流信號與參考文獻中所描述的存在一定差別。這是由于在強背景噪聲下，從特高壓直流輸電線路采集到得電暈電流波形含有高頻信號，使得有效電暈電流信號被掩蓋到背景噪聲里，因此將電暈電流信號從背景噪聲下進行有效提取是非常必要的。一般來講，干擾的類型主要包括連續周期性干擾、隨機噪聲干擾、脈沖型和周期窄帶干擾等。連續的周期性干擾信號在頻域上是窄帶信號，與電暈電流信號頻譜有較大的差異；脈沖型信號在頻域內頻帶豐富，具有與電暈電流信號相似的頻譜特征，普遍存在于特高壓試驗線段中，是一種重要的脈沖干擾源。如何有效地去除信號中的干擾信息一直是研究中的熱點問題。黃傳博士等人提出了以經驗模態分解法(Empirical Mode Decomposition,EMD)為基礎的希爾伯一黃轉換(Hilbert-Huang Transform, HHT)，此方法是將信號分解成有限個固有模態函數(Intrinsic Mode Function, IMFs)與一個均值趨勢分量的加總,然后通過希爾伯一黃轉換求得信號的瞬時振幅與瞬時頻率，從而取得信號完整的時間一頻率一能量的分布信息。EMD分解能處理不同時間信號和非線性、非穩態信號，目前應用比較廣的是基于EMD的時空尺度濾波方法。由于電暈電流信號本身頻率過高，基于EMD時空尺度濾波的電暈電流信號經濾波后的信號仍然存在與電暈電流信號頻率相近的高頻噪聲，影響到電暈電流信號精度；另一方面，由于EMD方法是基于包絡的思想且主要針對于白噪聲，沒有考慮強周期窄帶干擾，對于強周期窄帶干擾，信號會完全被淹沒。因此，在電暈電流信號的去噪過程中用EMD的消噪方法的效果不夠理想，失真比較大。在連續周期型干擾和隨機噪聲抑制方面，更多使用的是小波閾值消噪法，但在實際應用過程中諸如最優小波基選擇、閾值選擇和電暈電流多態性信號處理等方面仍存在一些問題。
技術實現思路
本專利技術是一種用于適用于特高壓直流電暈電流信號的去噪方法。主要包括信號的離散小波變換以及信息論中的最小描述長度判據。該方法的主體思路是通過搜尋最佳信號模型對原信號進行最好表達，然后對該模型進行編碼從而達到消噪的目的。具體實現為在一個完備的信號模型庫中尋找一個最佳的信號模型，使最優化判據估計“真實信號”和“實測信號”之間的偏差服從高斯白噪聲的概率分布機率最大。本專利技術通過尋找合適的小波基，利用基于離散小波變換(即DWT)和最少描述長度(即MDL)相結合的數據自適應性消噪算法，尋找最適合電暈電流信號去噪的小波基，實現電暈電流信號的去噪工作。本專利技術具體采用以下技術方案。—種特高壓直流電暈電流信號去噪方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(I)利用特高壓直流寬頻域電暈電流測量系統獲得特高壓直流電暈電流信號，所述特高壓直流電暈電流信號包括有效信號和噪聲信號；f=x+y(I) 式(I)中，f代表含有噪聲信號的特高壓直流電暈電流信號數據；x表示特高壓直流電暈電流信號中的有效信號；y表示高斯白噪聲信號，服從正態分布；(2)根據分析電暈電流脈沖信號的需要，選出適合電暈電流去噪所需要的正交小波函數構建小波模型庫，其中所述小波模型庫由以下正交小波函數構成Daubechies 小波族(db2,…，dblO)、Coieflets 小波族(coif2,…，coif5)及Symlets 小波族(sym2, ···, sym8)構成；(3)將采集的特高壓直流電暈電流信號采用小波模型庫中的各正交小波函數分別進行離散的正交小波變換，將原始的特高壓直流電暈電流信號按不同的分辨率分解到不同的尺度水平上，得到每一尺度所對應的小波分解系數；(4)對步驟(3)中所有不同的所述正交小波變換，利用最小描述長度MDL判據表達式分別選擇不同的正交小波變換所對應的最佳小波分解系數子集；當MDL判據表達式取最小值時，確定每一下交小波函數變換對應的最佳小波分解系數子集，得到特高壓直流電暈電流信號采用各正交小波函數進行小波變換對應的最優小波模型；所述MDL判據的近似表達式為MDL判據的近似表達式為AMDL(k,n) - min|^log.V + ^-Iog α }|| |,0 < A < iV;1 < < A/ (3)這里表示特高壓直流電暈電流信號數據函數f在某一分解尺度下所對應的小波分解系數，η為變換模型索引，Wn為NXN維的DWT對應的標準正交矩陣，k代表保留分解系數的個數；，”二妒^^^^啊/讀示包含讓個非零元素的向量，表示閾值運算，保留丄的系數最大的k個元素分解后，其余數值置零，式中N為整數，表示特高壓直流電暈電流信號的采樣點數，M為整數，表示模型庫容量。(5)利用尺度函數θΒΕ，通過計算特高壓直流電暈電流信號采用根據步驟(4)得到的各正交小波函數進行小波變換對應的最優小波模型所重構的特高壓直流電暈電流信號中的有效信號與含有噪聲信號的特高壓直流電暈電流原始信號的誤差值，來橫向比較各最優小波模型的優劣，然后將尺度函數eMSE取值最小的最優小波模型作為最佳模型用于實現對特高壓直流電暈電流有效信號的最終重構；尺度函數的計算公式如下e廳二 I ΙΣ [/(,.) - x0)]2 I Jz WO]2 X100%， 、V ι-QV i=0 J其中，f(i)表示含有噪聲信號的特高壓直流電暈電流原始信號；x(i)表示通過步驟(4)得到的最佳小波分解系數子集所重構的特高壓直流電暈電流信號中的有效信號，i表示特高壓直流電暈電流信號不同的采樣點，采樣點共有N個；(6)利用步驟(5)所選的最佳模型重構待預測特高壓直流電暈電流有效信號，從而實現所述電暈電流信號去噪目的。本專利技術提出的數據自適應性消噪方法具有以下優點(I)針對特高壓直流電暈電流信號選擇合適的小波基，更有針對性， 可以很好的分析電暈電流這種非線性非平穩信號。(2)不需預設閾值，具有完全的自適應性。(3)評價標準比較直觀，不需要人為干預，解決了小波分解需要人為分揀的問題。本專利技術特高壓直流電暈電流信號的去噪方法是在離散小波變換基礎上引入信息論中的MDL最少描述長度判據，通過選擇合適的小波基，達到了不需預設閾值、數據自適應消噪的目的，消澡效果好，可以在實際應用中對電暈電流信號有效去噪。附圖說明圖I是本專利技術的去噪方法應用流程圖；圖2是本專利技術的某小波基的AM本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種特高壓直流電暈電流信號去噪方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：（1）利用特高壓直流寬頻域電暈電流測量系統獲得特高壓直流電暈電流信號，所述特高壓直流電暈電流信號包括有效信號和噪聲信號；f=x+y式中，f代表含有噪聲信號的特高壓直流電暈電流信號數據；x表示特高壓直流電暈電流信號中的有效信號；y表示高斯白噪聲信號，服從正態分布；（2）根據分析電暈電流脈沖信號的需要，選出適合電暈電流去噪所需要的正交小波函數構建小波模型庫，其中所述小波模型庫由以下正交小波函數構成：Daubechies小波族（db2，…，db10）、Coieflets小波族(coif2，…，coif5)及Symlets小波族(sym2，…，sym8)構成；（3）將采集的特高壓直流電暈電流信號采用小波模型庫中的各正交小波函數分別進行離散的正交小波變換，將原始的特高壓直流電暈電流信號按不同的分辨率分解到不同的尺度水平上，得到每一尺度所對應的小波分解系數；（4）對步驟（3）中所有不同的所述正交小波變換，利用最小描述長度MDL判據表達式分別選擇不同的正交小波變換所對應的最佳小波分解系數子集；當MDL判據表達式取最小值時，確定每一正交小波函數變換對應的最佳小波分解系數子集，得到特高壓直流電暈電流信號采用各正交小波函數進行小波變換對應的最優小波模型；（5）利用尺度函數eMSE，通過計算特高壓直流電暈電流信號采用根據步驟（4）得到的各正交小波函數進行小波變換對應的最優小波模型所重構的特高壓直流電暈電流信號中的有效信號與含有噪聲信號的特高壓直流電暈電流原始信號的誤差值，來橫向比較各最優小波模型的優劣，然后將尺度函數eMSE取值最小的最優小波模型作為最佳模型用于實現對特高壓直流電暈電流有效信號的最終重構；尺度函數的計算公式如下：eMSE=(Σi=0N-1[f(i)-x(i)]2/Σi=0N-1[x(i)]2)×100%,其中f(i)表示含有噪聲信號的特高壓直流電暈電流原始信號；x(i)表示通過步驟（4）得到的最佳小波分解系數子集所重構的特高壓直流電暈電流信號中的有效信號，i表示特高壓直流電暈電流信號不同的采樣點，采樣點共有N個；(6)利用步驟(5)所選的最佳模型重構待預測特高壓直流電暈電流有效信號，從而實現所述電暈電流信號去噪目的。...

【技術特征摘要】
1.一種特高壓直流電暈電流信號去噪方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 (1)利用特高壓直流寬頻域電暈電流測量系統獲得特高壓直流電暈電流信號，所述特高壓直流電暈電流信號包括有效信號和噪聲信號；f=x+y 式中，f代表含有噪聲信號的特高壓直流電暈電流信號數據表示特高壓直流電暈電流信號中的有效信號；y表示高斯白噪聲信號，服從正態分布； (2)根據分析電暈電流脈沖信號的需要，選出適合電暈電流去噪所需要的正交小波函數構建小波模型庫，其中所述小波模型庫由以下正交小波函數構成 Daubechies 小波族(db2,…，dblO)、Coieflets 小波族(coif2, ···, coif5)及 Symlets小波族(sym2, ···, sym8)構成； (3)將采集的特高壓直流電暈電流信號采用小波模型庫中的各正交小波函數分別進行離散的正交小波變換，將原始的特高壓直流電暈電流信號按不同的分辨率分解到不同的尺度水平上，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉元慶，呂建勛，陸家榆，袁海文，夏文岳，李煉煉，楊慶華，郭劍，鞠勇，趙錄興，
申請(專利權)人：中國電力科學研究院，國家電網公司，袁海文，
類型：發明
國別省市：