基于经验模态分解及维格纳威尔分布的电缆双端故障定位算法

快速准确地得到配电网故障位置,对配电网系统安全稳定运行、快速恢复供电具有重要意义。提出一种基于经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)和维格纳威尔分布(Wigner Ville distribution,WVD)的电缆双端故障定位方案。通过对测量得到的故障行波进行EMD分解,实现对故障高频成分的提取与噪声的消除。将得到的一阶本征模态函数(intrinsic mode function,IMF)进行WVD分离,将故障信号的能量在时间及频率坐标系下表述出来。通过计算故障行波的瞬时能量曲线峰值,确定故障初始行波波头的到达时刻。仿真及实验结果表明,所提方案能够准确地确定故障初始行波波头的到达时刻,使电缆双端行波同步。与需要同步时钟的双端定位方法比较,具有较高的定位精度。在实际工程中有良好的应用前景。

Wigner-Ville分布在发动机转子故障诊断中的应用

发动机转子系统实际测得的信号很多都是非平稳信号,而且背景噪声比较大。对于这种非平稳信号,仅用功率谱和傅立叶变换等传统信号处理方法分析很难从根本上解决问题,频谱及功率谱无法判断某个故障频率分量出现的具体时间和变化趋势。因此,需要了解信号频率随时间变化的情况。在对发动机转子故障特征进行分析的基础上,提出了利用Wigner-Ville分布的方法对碰摩故障进行特征提取与故障识别。并利用仿真信号和实测信号,证明了Wigner-Ville分布在发动机转子故障诊断中的有效性。

基于LMS-SPWVD的非平稳振动信号时频分析方法

针对SPWVD存在中心信号频率能量发散、干扰信号能量波形及模态混叠现象未得到有效抑制的缺点,提出一种最小均方滤波算法(LMS)和平滑伪维格纳威尔分布(SPWVD)相结合的时频分析方法(LMS-SPWVD).首先,采用LMS算法对模拟非平稳振动信号测试函数进行抑噪处理,获取最优输出信号测试函数时域波形;然后采用SPWVD对最优输出信号测试函数时域波形进行分析,构建LMS-SPWVD算法时频分布模型;最后将该方法与SPWVD、LMS-STFT、LMS-WVD进行对比。结果表明,该方法具有较好的时频分辨率与时频聚集性、模态混叠及干扰信号抑制效果。

三种基于WVH变换的间谐波测试算法的分析和比较

间谐波除了造成与谐波相同的危害外还体现出时变性,基于时频分布思想下的维格纳-威尔分布(WVD)、伪维格纳-威尔分布(PWVD)、平滑的伪维格纳-威尔分布(SPWVD),虽然能够很好地解决电力系统中间谐波时域和频域的对应关系问题,但有不可避免的交叉项,在采用霍夫变换以后间谐波信号能够被清晰地提取;经过对三种方法的比较可以得到基于平滑的伪准格纳-威尔分布的霍夫变换(SPWVH)为比较理想的间谐波提取和测试方法。

基于VMD-WVD相位法的长电缆局放双端定位

快速准确定位电缆局放故障位置对电缆系统安全稳定运行具有重要意义。针对传统行波定位法在长电缆局放定位时反射信号难以识别以及存在时间同步误差的问题,提出一种基于变分模态分解-维格纳威尔分布(VMD-WVD)相位法的电缆局放双端定位方法,通过准确标记双端局放信号波头时刻实现双端局放信号的同步,利用相位定位实现长电缆局放入射信号的双端同步。文中建立了长线路PSCAD模型,分析故障位置、电缆长度和采样率对VMD-WVD相位法在长电缆定位的精度影响。结果表明,在上述3种因素影响下,VMD-WVD相位法的平均定位精度分别为0.54%,0.85%,0.69%,高于传统行波定位法。文中研究成果为长电缆局部放电精准定位提供一种全新思路。

结合EMD-WVD和布谷鸟搜索算法的输电线路故障暂态保护

为促进基于波形唯一性暂态保护原理的实用化,提出了一种结合经验模态分解-维格纳威尔分布(EMD-WVD)和布谷鸟搜索算法的输电线路暂态保护方法。该方法利用EMD处理故障暂态信号,得到不同频段的单分量信号;采用波形相关性系数对各单分量信号分别与原暂态信号进行相似度计算,筛选真实暂态信号分量。然后,对真分量分别求WVD,并将所有真分量的WVD进行线性叠加获得的能量谱密度图与故障样本库中的能量谱密度图不断迭代匹配计算相似度,依据相似度判别区内外故障,实现输电线路故障快速可靠保护。仿真结果表明,EMD-WVD方法能有效提高故障暂态波形分析的准确度,布谷鸟搜索算法能有效提高波形匹配速度,两者结合有望促进暂态保护的实用化。

基于WVD的雷达信号瞬时频率提取方法研究

针对复杂电磁环境下的多普勒目标检测问题,首先建立了实际目标的多普勒回波模型,对现有Wigner-Ville分布方法进行了总结,并将其应用于与雷达回波信号瞬时频率提取过程中.仿真结果表明,在高斯白噪声情况下,利用瞬时频率可有效获取信号的时频信息,Wigner-Ville分布、准Wigner-Ville分布以及平滑伪Wigner-Ville分布可实现不同频率回波信号的分离,而平滑准Wigner-Ville分布可有效抑制交叉项.

基于重排理论对永磁直线同步电机相电流频率的分析

在重排理论的基础上,对于永磁直线同步电机在空载和变载两种情况下的电机动子相电流进行了时频分析,分析的结果表明重排理论能够清晰地反映永磁直线同步电机在运行过程中动子相电流的时频分布,通过和快速傅里叶变换的对比,很好地解释了动子运动过程中电流频次的变化。

基于均匀圆阵时频干涉仪的LFM信号二维测向算法

提出了一种基于均匀圆阵时频干涉仪的线性调频(linear frequency modulation,LFM)信号二维波达方向估计算法。首先利用LFM信号时频聚集性非常好的特点,对阵元的输出进行互维格纳-威尔分布(WignerVille distribution,WVD)计算,然后提取互WVD时频冲激点的相位,从而得到包含信号到达角的方程组,解算出信号的到达角。通过选取不同的阵元对组,采用模糊数搜索的算法进行解模糊运算,最终完成信号到达角的估计,仿真实验验证了算法的有效性。

不同铅浓度土壤XRF光谱的频率域去噪及规律研究

近年来,全球工业快速发展和城市化的推进引发了一系列环境问题,其中土壤重金属铅(Pb)污染引起了科研人员的广泛关注。X射线荧光(XRF)光谱技术具有成本低、分析速度快、适合大面积监测等优势,已被广泛应用在土壤污染检测与生态环境保护等多个领域,发展前景广阔,因此充分挖掘土壤XRF光谱信息具有很强的现实意义,可为高效地进行土壤污染检测、土壤环境生态指标参量反演及矿区重金属污染早期预警等提供解决方案。目前关于XRF光谱研究大多集中在土壤重金属浓度测量结果的精度评价和环境质量评估,而对于土壤XRF光谱差异特征变化的深入分析研究较少。时频分析可将时域复杂信号变换到频率域空间,从频率域角度检测光谱、信号中存在的异常信息,是一种有效的谱差异特征变化检测方法,其中,谐波分析(HA)可用于电磁信号去噪;平滑伪魏格纳分布(SPWVD)可筛选合适的基函数,突出信号时频局域性细节特征。首先采用HA方法探究不同Pb浓度土壤XRF光谱的去噪效果,然后利用光谱的SPWVD研究实地采样土壤样品的去噪XRF光谱局部规律。研究结果表明:当谐波分解次数为400时,土壤XRF光谱去燥效果较好并节省了时间,且保留了光谱的特征。土壤样品Pb浓度与XRF光谱的SPWVD在400和600~700波段序列上的频率峰值的分布具有一定的规律性,根据此规律性可识别该地区土壤的Pb浓度超标:全部实地采样土壤中,能够识别75%的Pb浓度不超标的样品,在波段序列为400附近有1个较高的频率峰(频率小于400 Hz)或有2个很强的频率峰值(频率大于400 Hz);全部实地采样土壤中,能够识别79.17%的Pb浓度超标的样品,在波段序列为400附近有1个很强的频率峰(频率大于400 Hz),且在600~700波段序列之间有3个层次明显的频率峰分布,据此推断该地区土壤Pb浓度超标的XRF光谱特征波段区间为6.42和9.42~10.92 keV。因此,研究通过引入时频分析法实现了对土壤XRF光谱频域甄析和可视化显现,为深度挖掘Pb污染谱规律特征及异常信息提供一种新思路。

一种地铁轨道相对变形检测与定位方法

利用三维激光扫描所得点云数据识别并提取轨道高程,引入轨道不平顺的研究方法,定义了用于描述不同期之间轨道局部相对位置关系的线状结构局部相对变形波动性指标,提出了基于小波分解和平滑伪维格纳-威尔分布的异常局部相对变形提取方法。小波分解具有放大轨道相对变形特征和缩小频段范围的作用,可确定异常局部相对变形的波长。维格纳-威尔分布能够将信号能量在时-频两域中展开,可分析信号在特定频率下能量的分布,从而确定异常局部相对变形的位置。使用模拟数据验证算法的可行性,并进行了实例分析,结果表明,运用小波分解和维格纳-威尔分布处理地铁隧道三维激光扫描点云中提取的轨道数据,能够从时-频两域分析轨道变形的能量分布,有效地提取出轨道相对变形的相关信息,为轨道相对变形检测提供了一种新的方法。