一种电力设备放电检测的异构迭代样条滤波方法及系统

本发明涉及局部放电信号滤波处理，尤其涉及一种电力设备放电检测的异构迭代样条滤波方法及系统。

背景技术：

1、局部放电是高压电力设备绝缘系统在局部区域发生的非贯穿性放电现象。局部放电脉冲的幅值、相位、重复率及其随时间的变化能够反映绝缘缺陷的发展状态，因此，局部放电在线监测被广泛用于变压器、电力电缆、气体绝缘开关设备和高压开关柜等设备的绝缘状态评估。

2、工业现场的局部放电局部放电信号通常叠加开关操作干扰、电磁脉冲干扰、机械振动干扰、无线通信干扰和其他工业现场脉冲噪声。该类干扰具有非高斯、突发和大幅值等特征，容易使基于均方误差准则的随机梯度类自适应滤波算法产生过大的瞬时梯度，进而引起参数偏移、收敛速度下降或稳态失调增大。

3、另一方面，高压电力设备、传感器、耦合网络和信号调理电路构成的检测链路通常呈现不同程度的非线性特性。仅采用有限脉冲响应滤波器进行线性辨识，难以充分描述检测链路的非线性输入输出关系。wiener结构由动态线性环节与静态非线性环节串联组成，能够以较低的计算复杂度描述一类非线性系统；将样条插值引入wiener结构，还能够通过局部控制点实现灵活的非线性映射。

4、现有样条自适应滤波方法通常对线性滤波器权重和非线性样条控制点采用相同类型的梯度更新规则。然而，线性滤波器权重用于表征动态线性特性，样条控制点用于表征局部静态非线性特性，两类参数的梯度分布、有效更新频率及收敛特性并不相同。统一更新规则难以同时兼顾线性部分的稳定性和非线性部分的收敛速度。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明的目的在于提供一种电力设备放电检测的异构迭代样条滤波方法及系统，以解决或至少部分解决现有技术中所存在的上述问题。

2、为实现上述目的，本发明第一方面提供一种电力设备放电检测的异构迭代样条滤波方法，所述方法包括以下步骤：

3、s101、利用局部放电传感器对高压电力设备进行检测，获取局部放电信号，并根据局部放电信号构造输入向量；

4、s102、建立wiener样条自适应滤波模型，所述wiener样条自适应滤波模型包括线性滤波单元与非线性样条插值单元；

5、s103、将输入向量输入线性滤波单元，得到线性滤波输出；

6、s104、将线性滤波输出输入非线性样条插值单元，得到模型输出；

7、s105、采用标准局部放电校准源产生的参考局部放电信号作为期望信号，根据模型输出与期望信号计算输出误差；

8、s106、采用基于箕舌线函数构造的鲁棒误差代价函数对输出误差进行约束，得到受限误差信息；

9、s107、基于受限误差信息，采用异构迭代机制更新wiener样条自适应滤波模型中的线性滤波单元的滤波器系数与非线性样条插值单元的样条控制参数；

10、s108、通过稳定性分析确定线性滤波单元与非线性样条插值单元的步长参数的取值范围，并利用更新后的 wiener 样条自适应滤波模型对局部放电信号进行非线性辨识和抗脉冲噪声处理。

11、进一步的，所述线性滤波单元为有限脉冲响应滤波器，所述非线性样条插值单元根据所述线性滤波输出确定样条插值索引，并根据所述样条插值索引与样条控制参数计算所述模型输出。

12、进一步的，所述基于箕舌线函数构造的鲁棒误差代价函数为有界误差代价函数，所述受限误差信息包括由所述鲁棒误差代价函数对输出误差求导得到的受限误差梯度，所述箕舌线函数表示如下：

13、

14、其中，为关于误差的箕舌线函数，表示误差，表示参数，表示箕舌线函数生成圆的半径，该圆的质心位于。

15、进一步的，所述异构迭代机制包括对所述滤波器系数采用常规随机梯度算法进行更新，对所述样条控制参数采用动量随机梯度算法进行更新。

16、进一步的，在所述采用异构迭代机制更新wiener样条自适应滤波模型的过程中引入衰减策略，所述衰减策略包括对非线性样条插值单元的动量因子随迭代次数进行递减调整，所述衰减策略用于让所述wiener样条自适应滤波模型在初始迭代阶段保持参数更新幅度，并在稳态阶段减小参数更新幅度。

17、进一步的，所述采用异构迭代机制更新wiener样条自适应滤波模型中的线性滤波单元的滤波器系数，表示如下：

18、

19、其中，与分别为第次与第次迭代时的滤波器权重，为线性滤波单元的步长参数，为基于箕舌线函数构造的鲁棒误差代价函数关于误差的导数，为输入向量。

20、进一步的，所述样条控制参数包括样条控制点参数，所述样条控制点参数采用动量随机梯度算法进行更新时，根据上一迭代时刻的样条控制参数更新量与当前迭代时刻的样条控制点参数梯度共同确定当前迭代时刻的样条控制参数更新量，所述样条控制点参数的更新表示如下：

21、

22、

23、其中，与分别为第次与第次迭代时的样条控制点参数更新量，为非线性样条插值单元的步长参数，为wiener样条自适应滤波模型输出，为第次迭代时的样条控制点参数，为求导符号。

24、进一步的，所述滤波器系数包括滤波器权重，所述稳定性分析根据滤波器权重与样条控制点参数确定步长参数的取值范围，所述线性滤波单元的步长参数与所述非线性样条插值单元的步长参数相互独立设置。

25、本发明的另一实施例提供一种电力设备放电检测的异构迭代样条滤波系统，所述系统包括：

26、信号采集模块：用于获取局部放电传感器采集的局部放电信号；

27、输入构造模块：用于根据所述局部放电信号构造输入向量；

28、样条自适应滤波模块：用于建立wiener样条自适应滤波模型，所述wiener样条自适应滤波模型包括线性滤波单元与非线性样条插值单元；

29、线性滤波模块：用于对将输入向量输入线性滤波单元，得到线性滤波输出；

30、非线性样条插值模块：用于将线性滤波输出输入非线性样条插值单元，得到模型输出；

31、误差计算模块：用于根据所述模型输出与期望信号计算输出误差；

32、鲁棒约束模块：用于采用基于箕舌线函数构造的鲁棒误差代价函数对所述输出误差进行约束，得到受限误差信息；

33、异构迭代更新模块：用于基于所述受限误差信息，采用异构迭代机制更新wiener样条自适应滤波模型中的线性滤波单元的滤波器系数与非线性样条插值单元的样条控制参数；

34、辨识处理模块：用于通过稳定性分析确定线性滤波单元与非线性样条插值单元的步长参数的取值范围，并利用更新后的 wiener 样条自适应滤波模型对局部放电信号进行非线性辨识和抗脉冲噪声处理。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

36、1.采用基于箕舌线函数构造的鲁棒误差代价函数，使大幅值输出误差对应的梯度受到限制，从而降低脉冲噪声异常样本对参数更新的支配作用，得到受限误差信息，用于更新线性滤波单元的滤波器系数与非线性样条插值单元的样条控制参数；

37、2.通过对线性滤波器系数进行更新，保持线性动态环节更新结构简单且易于稳定；通过对样条控制参数进行更新，利用历史更新方向加快非线性控制点的有效调整；

38、3.通过稳定性分析可针对线性滤波单元与非线性样条插值单元不同的梯度尺度和更新频率分别确定对应的步长参数取值范围，使wiener样条自适应滤波模型在局部放电检测过程中稳定收敛。