一种基于时频转换的水电机组状态监测特征信号处理方法与流程

1.本发明属于信号处理技术领域，具体涉及水电机组状态监测特征信号处理方法。


背景技术：

2.对具有多源、异构、多度、海量特征的机组状态信号进行处理是一项充满挑战的任务，已经成为一个难点问题，并影响着监测系统的正常运行和机组状态信号高效综合分析。已有的信号组织管理方法相对简单，忽视了机组不同设备状态信号间的内在联系，也没有考虑海量信号规模控制问题，给信号的存储与维护带来极大的挑战，已经不能满足信号分析和决策支持的需求。
3.同时，监测信号的组织管理也一直是一个并不受关注的问题，但如果缺乏有效的组织管理，将会给信号的维护与使用带来诸多不便，并将影响机组状态监测系统的正常运行，也不利于水电机组运行状态分析及诊断工作的开展。对协同监测新形势下水电机组状态信号集成方法进行深入的研究，显得尤为迫切和重要。
4.水电机组状态监测时域波形数据信号传输和存储的容量较大，且信号的有效性和关联性较差，数据信号的存储不合理，影响机组检测人员评价机组性能和诊断机组故障。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基于时频转换的水电机组状态监测特征信号处理方法，优化监测信号的储存过程，缩小水电机组状态监测时域波形数据传输和存储的容量。
6.为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
7.本发明提供了一种基于时频转换的水电机组状态监测特征信号处理方法，包括：
8.获取水电机组状态监测通道的监测信号，判断监测信号为实时波形数据或历史波形数据；
9.当监测信号为实时波形数据时，获取监测信号的采样参数；提取监测信号的波形频域特征，判断系统参数配置库是否存在监测信号的波形频域特征数据，保存不存在监测信号的波形频域特征；
10.当监测信号为历史波形数据，从系统参数配置库中读取所述监测信号的波形采样参数和波形频域特征数据；
11.对实时波形数据或历史波形数据的频域特征数据进行存储和计算，还原水电机组状态监测通道时域波形。
12.优选的，更换水电机组状态监测通道，重新获取监测信号，并还原水电机组状态监测通道的时域波形。
13.优选的，所述监测信号的波形频域特征包括谱线总数量以及每根谱线所对应的频率、幅值及其相位数据。
14.优选的，对实时波形数据或历史波形数据的频域特征数据进行存储过程包括：当监测信号为实时波形数据时，将频域特征数据拷贝至相应的二维数组；当监测信号为历史
波形数据时，通过变量数组m保存频域特征中谱线总数量，通过相应的二维数组保存频域特征中谱线的频率、幅值及其相位数据。
15.优选的，通过arraylist类创建二维数组，二维数组容量能够自动大小动态变化。
16.优选的，采样参数包括通道采样率和连续采样点数，通道采样率为1k hz，连续采样点数为2048点。
17.优选的，通过快速傅里叶变换模块fft提取监测信号的波形频域特征数据，通过快速傅里叶逆变换模块ifft分析还原监测信号的时域波形数据。
18.优选的，还包括，获取水电机组状态监测通道的监测信号时，对监测信号进行设定频段的筛选；在分析还原监测信号的时域波形数据时，补齐被筛除波的波形频域特征数据中谱线总数量，其每根谱线所对应的幅值及相位以0补入，作为输入参量迭代至快速傅里叶逆变换模块ifft进行计算。
19.优选的，将快速傅里叶逆变换模块ifft的输出数据拷贝至一维数组中，并进行分析展示。
20.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
21.本发明获取水电机组状态监测通道的时域波形监测信号，通过快速傅里叶变换模块fft提取监测信号的波形频域特征数据，通过快速傅里叶逆变换模块ifft分析还原监测信号的时域波形数据；通过傅立叶变换对基于频域特征提取的信号处理、传输、存储和还原方法可大幅压缩水电机组状态监测时域波形数据传输和存储的容量。
22.本发明中通过arraylist类创建二维数组，二维数组容量能够自动大小动态；变化可实现动态申请内存，便于应对大量的波形频域特征数据提取的谱线总数量及其每根谱线所对应的频率、幅值及其相位数据的保存操作。
23.本发明判断系统参数配置库是否存在监测信号的波形频域特征数据，保存不存在监测信号的波形频域特征；当监测信号为历史波形数据，从系统参数配置库中直接读取，可降低计算分析系统的负载，减小水电机组状态监测时域波形数据信号传输和存储的容量，且信号的有效性和关联性较强、数据信号的存储合理，有助于机组检测人员评价机组性能和诊断机组故障。
附图说明
24.图1为本发明提供的一种基于时频转换的水电机组状态监测特征信号处理方法的流程图；
25.图2为本发明提供的监测信号特征频率提取后的波形时频分析图；
26.图3为本发明提供的监测信号保留幅值分量最大的8条谱线数后的波形时频分析图；
27.图4为本发明提供的监测信号保留0.5-150hz指定频段后的波形时频分析图；
具体实施方式
28.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
29.如图1-4所示，一种基于时频转换的水电机组状态监测特征信号处理方法，包括：
30.获取水电机组状态监测通道的监测信号，对监测信号进行设定频段的筛选；判断监测信号为实时波形数据或历史波形数据；
31.当监测信号为实时波形数据时，获取监测信号的采样参数；通过快速傅里叶变换模块fft提取监测信号的波形频域特征数据，判断系统参数配置库是否存在监测信号的波形频域特征数据，保存不存在监测信号的波形频域特征；
32.当监测信号为历史波形数据，从系统参数配置库中读取所述监测信号的波形采样参数；通过快速傅里叶变换模块fft提取监测信号的波形频域特征数据，采样参数包括通道采样率和连续采样点数，通道采样率为1k hz，连续采样点数为2048点。
33.所述监测信号的波形频域特征包括谱线总数量以及每根谱线所对应的频率、幅值及其相位数据；对实时波形数据或历史波形数据的频域特征数据进行存储过程包括：当监测信号为实时波形数据时，将频域特征数据拷贝至相应的二维数组；当监测信号为历史波形数据时，通过变量数组m保存频域特征中谱线总数量，通过相应的二维数组保存频域特征中谱线的频率、幅值及其相位数据；通过arraylist类创建二维数组，二维数组容量能够自动大小动态变化。
34.对实时波形数据或历史波形数据的频域特征数据进行存储和计算，通过快速傅里叶逆变换模块ifft分析还原监测信号的时域波形数据；在分析还原监测信号的时域波形数据时，补齐被筛除波的波形频域特征数据中谱线总数量，其每根谱线所对应的幅值及相位以0补入，作为输入参量迭代至快速傅里叶逆变换模块ifft进行计算；
35.对有效数据进行整理筛选后迭代入快速傅里叶逆变换模块ifft进行计算，定义vfr[1024]为用来迭代入快速傅里叶逆变换模块ifft模块的“实部输入”参数，定义vfi[1024]为用来迭代入快速傅里叶逆变换模块ifft模块的“虚部输入”参数。以图3中的数据说明，需将已提取的从0.5hz～4hz共8根谱线的频域数据进行时域还原，分别按序保存其从0.5hz～4hz这8根谱线的幅值和相位数据。
[0036]
将快速傅里叶逆变换模块ifft的输出数据拷贝至一维数组中，通过ssj-9000系统还原得到该通道对应的时域波形数据；更换水电机组状态监测通道，重新获取监测信号，并还原水电机组状态监测通道的时域波形。
[0037]
ssj-9000系统由sj-90b振摆监测保护现地装置和上位机系统两部分组成；sj-90b振摆监测保护现地装置与数据服务器之间通过状态监测局域网通信，安装在机组各部位的传感器将各种物理信号转化为电信号，然后通过sj-90b振摆监测保护现地装置的采集、分析、计算及网络传输，将这些传感器数据统一存储到状态监测后台服务器。
[0038]
对监测信号分别采用振动特征频率、保留固定谱线数、保留指定频段三种频域特征提取模式进行时频数据转换，转换结果如图2～4所示。
[0039]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0040]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流
程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0041]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0042]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0043]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。