一种变压器绕组振动信号特征提取方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113673471A(43)申请公布日2021.11.19(21)申请号202111010400.7(51)Int.Cl.(22)申请日2021.08.31G06K9/00(2006.01)G06N3/00(2006.01)(71)申请人国网山东省电力公司滨州供电公司地址256610山东省滨州市滨城区黄河四路521号(72)发明人吕学宾毛惠卿陈翼李蓬王晖高涛牛健飞朱洪防郭增民杨超吴晓东王官涛鲍国华刘博夏瑞瑞闫志伟胡凯刘延清杨锟杨洪波苏同斐(74)专利代理机构济南帮友知识产权代理事务所(普通合伙)37269代理人李盟权利要求书3页说明书9页附图2页(54)发明名称一种变压器绕组振动信号特征提取方法(57)摘要一种变压器绕组振动信号特征提取方法，实现分解模态数和惩罚因子的最优化选取，提出利用各模态量的能量分布作为振动信号的特征值的方法。它包括以下步骤：一、对获得的变压器绕组振动信号在初始分解模态数K和惩罚因子α下进行VMD预分解；二、通过改进人工蜂群算法实现变分模态分解参数(K,α)的优化选取；三、计算信号能量分布得到表征绕组机械状态特征值。本发明可以实现分解模态数和惩罚因子的最优化选取。CN113673471ACN113673471A权利要求书1/3页1.一种变压器绕组振动信号特征提取方法，其特征在于，它包括以下步骤：一、对获得的变压器绕组振动信号在初始分解模态数K和惩罚因子α下进行VMD预分解；假设给定输入信号y，将y分解为K个本征模态函数uk(t)，k＝1,2,…,K：uk(t)＝Ak(t)cos(φk(t))(1)式中：Ak(t)为uk(t)的瞬时幅值，dφk(t)/dt＝ωk(t)，ωk(t)为uk(t)的瞬时频率；其中约束条件有两个：1、各模态之和等于输入信号；2、本征模态函数的估计带宽之和最小；带约束条件的变分问题为：引入二次惩罚因子α和拉格朗日算子λ(t)，把上述问题转化为无约束条件的变分问题，如式(3)所示，通过乘法算子交替方向法来求解上述变分问题，更新和λn+1，寻找式(3)的鞍点，其中的表达式为：利用傅里叶等距变换将(4)式转换到频域，将中心频率的取值问题扩展到频率，获得中心频率的更新方法，完成λ的更新；表达式如下：通过上述的计算并进行迭代求解，把本征模态函数分量的中心频率及带宽在有约束条件的变分模型中不断交替，直至满足迭代停止条件式(8)：对于给定判别精度e>0，结束整个循环，最终根据实际信号的频域特性得到K个窄带IMF2CN113673471A权利要求书2/3页分量，完成信号频带的自适应分割；二、通过改进人工蜂群算法实现变分模态分解参数(K,α)的优化选取；(1)参数初始化及产生初始解；ABC算法的控制参数，主要包括蜂群个数CSN、食物源的数量SN即采蜜蜂的数量、食物源最大循环次数limit、终止循环次数Nmc。(2)设置适应度函数；测得的变压器绕组振动信号经VMD分解之后会形成K个本征模态函数(IMF)，每个IMF分量都对应一个中心频率；针对变压器绕组振动信号的特点，引入信号能量熵的概念：计算各IMF分量的能量：式中，ui(t)为第i阶IMF分量；求解各IMF分量的归一化能量：式中，K为IMF分量的总阶数；计算该组分解信号的信号能量熵：信号能量熵值的大小反应信号的稀疏特性；引入能量误差的概念：根据各IMF分量的计算公式，可以得出原始信号能量计算公式为式中，f(t)为原始信号，K为分解模态数；各个IMF分量的总能量为可得原始信号与分解得到的信号之间能量误差为Ee＝Ea‑E(14)能量熵与能量误差的比值作为算法适应度函数；(3)初始化模型的搜索范围，采蜜蜂、观察蜂和侦查蜂开始进行循环搜索，搜索过程为：①采蜜蜂根据记忆中的局部信息产生一个新的候选位置并计算新位置的花蜜量，如果花蜜量优于原位置，则该蜜蜂记住新位置并忘记原位置；产生新位置即搜索方程的表达式为：vij＝xij+φij(xij‑xkj)(16)3CN113673471A权利要求书3/3页其中k为不同于i的蜜源，j为随机选择的下标，φij为[‑1,1]之间的随机数，它控制着xij邻域内蜜源位置的产生；②所有采蜜蜂完成自身搜索过程之后，它们将记忆中的蜜源信息通过舞蹈区与观察蜂共享；观察蜂根据从采蜜蜂处得到的信息，按照与花蜜量相关的概率pi选择一个蜜源位置，概率值pi的计算公式为：其中fiti为解Xi的适应度值，i＝1,2,…,SN,SN为种群中解的个数；最后按照轮盘赌法选择一个蜜源位置，同时对记忆中的位置做一定改变，检查新位置的花蜜量，若优于原位置则替换；在采蜜蜂的搜索方程中，新解是通过把旧解拉近或远离随机的某个个体产生，由此产生的解随机性大容易跳出局部最优，但是种群中有较高适