摘要：局部放電在線監(jiān)測對大型電力變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義，監(jiān)測的關(guān)鍵是從強(qiáng)干擾信號中提取微弱的局部放電脈沖信號。均方自適應(yīng)濾波算法具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于自適應(yīng)噪聲對消中，但其收斂速度與誤差存在矛盾，不能同時得到滿足?；诖?，提出了改進(jìn)的歸一化均方自適應(yīng)濾波算法，在計算輸入信號功率時，引入了遺忘因子，并應(yīng)用符號函數(shù)替代步長校正因子。該算法計算量小，較好地解決了收斂速度與誤差的矛盾，在變壓器局部放電在線監(jiān)測中應(yīng)用效果良好。

　　0 引言

　　油浸式電力變壓器的絕緣介質(zhì)中往往含有一定數(shù)量的氣隙和油隙，當(dāng)電場強(qiáng)度超過臨界值（本征擊穿場強(qiáng)）時，這些氣隙或油隙就會發(fā)生局部放電，即使介質(zhì)中不含有氣隙或油隙，極不均勻分布的電場也可能導(dǎo)致局部放電。由于局部放電是導(dǎo)致變壓器絕緣老化和損壞的主要原因之一，近年來局部放電在線監(jiān)測問題受到了廣泛的關(guān)注和重視。由于現(xiàn)場局部放電信號中包含強(qiáng)電磁干擾信號，有可能導(dǎo)致局部放電信號完全淹沒在復(fù)雜的干擾信號中，因此在線監(jiān)測的主要問題是如何抑制和消除現(xiàn)場存在的強(qiáng)干擾信號。目前抑制窄帶干擾的方法主要有自適應(yīng)濾波法、小波法、非線性形態(tài)濾波法等。普通的模擬濾波器能夠抑制部分已知頻段的周期性干擾，但其參數(shù)固定，不能隨干擾信號的頻帶變化自動調(diào)整。均方（least mean square，LMS）自適應(yīng)濾波算法不需要任何信號和噪聲的先驗知識，可直接利用有限個觀測數(shù)據(jù)來估計噪聲分量，自動調(diào)節(jié)濾波器參數(shù)，以適應(yīng)信號變化的特性，實(shí)現(xiàn)信號和噪聲的分離。LMS 自適應(yīng)濾波算法實(shí)現(xiàn)簡單且具有極好的穩(wěn)定性，非常適合于局部放電在線監(jiān)測中的數(shù)字信號濾波。

　　LMS 自適應(yīng)濾波算法存在收斂速度與穩(wěn)態(tài)誤差之間的矛盾，當(dāng)輸入信號自相關(guān)矩陣的特征值分散時，其收斂性會變差。為了克服LMS 算法的這一問題，文獻(xiàn)[10-14]采用變步長改進(jìn)了濾波算法，其基本思想是：當(dāng)誤差較大時，可采用大步長以加快收斂；當(dāng)誤差較小時，可采用小步長以減小穩(wěn)態(tài)失調(diào)并提高收斂。文獻(xiàn)[10-12]提出了變步長濾波算法的誤差非線性函數(shù)，但步長調(diào)整公式過于復(fù)雜；文獻(xiàn)[13]根據(jù)濾波器權(quán)系數(shù)梯度計算新步長；文獻(xiàn)[14]提出的魯棒RSL 算法能獲得較高的信噪比，但計算復(fù)雜度遠(yuǎn)大于LMS 算法。本文將提出歸一化均方（normalized least mean square，NLMS）自適應(yīng)濾波算法，采用遺忘因子計算信號輸入功率，并利用符號函數(shù)減少計算量，在初始階段和時變階段其步長能夠自適應(yīng)增大，而在穩(wěn)態(tài)階段其步長很小，加快了收斂速度，降低了計算誤差。

　　1 LMS 自適應(yīng)濾波原理

　　LMS 自適應(yīng)濾波算法是Widrow B 和Hoff 于1960 年提出的，由于其具有計算簡單、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在自適應(yīng)噪聲對消、自適應(yīng)譜線增強(qiáng)和自適應(yīng)波束形成等方面獲得了極為廣泛的應(yīng)用。LMS自適應(yīng)濾波算法是在基于均方誤差（least meansquare error，LMSE）準(zhǔn)則的維納濾波器和陡下降法基礎(chǔ)上提出的，可沿權(quán)值的梯度估值負(fù)方向搜索，并達(dá)到權(quán)值，以實(shí)現(xiàn)均方誤差意義下的自適應(yīng)濾波。自適應(yīng)濾波器原理如圖1 所示。

圖1 自適應(yīng)濾波原理

全文PDF：用于變壓器局部放電在線監(jiān)測的改進(jìn)NLMS自適應(yīng)濾波算法.rar