一种基于正则化的变电站局部放电定位方法技术

一种基于正则化的变电站局部放电定位方法，包括以下步骤：(1)在变电站内建立空间直角坐标系，设置各传感器的位置，获取到达时间差数据；(2)基于到达时间差定位法建立定位模型，得到求解局部放电源位置的非线性定位方程组；(3)通过消除二阶项将非线性定位方程组转换为线性定位方程组AX＝b；(4)对各传感器坐标进行中心化处理，得到新的常数项矩阵b；(5)构建非奇异矩阵P，对线性定位方程组进行平衡预处理，得到等价求解式PAX＝Pb；(6)使用L曲线法确定正则化参数，对等价求解式PAX＝Pb进行正则化反演，求得正则解，确定局部放电源坐标。本发明专利技术有效解决变电站局部放电定位计算复杂、定位误差较大甚至无法定位的问题。

A Regularized Partial Discharge Location Method for Substations

A regularization-based method for partial discharge location in substations includes the following steps: (1) establishing a space rectangular coordinate system in substations, setting up the positions of sensors, and obtaining the data of time difference of arrival; (2) establishing a location model based on time difference of arrival, and obtaining a set of non-linear positioning equations for solving the location of partial discharge sources; (3) eliminating the second-order term to locate the non-linear position of partial discharge sources; (3) eliminating the second-order term to locate The equations are transformed into linear positioning equations AX=b; (4) the coordinates of each sensor are centralized to obtain a new constant term matrix b; (5) the non-singular matrix P is constructed to balance the linear positioning equations and obtain the equivalent solution PAX=P b; (6) the regularization parameters are determined by L-curve method, and the equivalent solution PAX=P B is regularized inversion to obtain the regular solution. Determine the coordinates of partial discharge source. The invention effectively solves the problems of complicated calculation of partial discharge positioning in substation, large positioning error and even inability to locate.

【技术实现步骤摘要】
一种基于正则化的变电站局部放电定位方法
本专利技术属于高电压
，涉及一种基于正则化的变电站局部放电定位方法。
技术介绍
变电站内电气设备发生局部放电(PartialDischarge,PD)是其绝缘劣化的主要原因之一，也是劣化的重要征兆和表现形式。PD定位检测是设备绝缘状态评估的重要手段，确定PD源的准确位置能更精确地反映设备的绝缘状况并制定维修策略，从而延长设备的使用寿命及运行可靠性。因此，电气设备PD监测和诊断对保障变电站正常运行和电力系统安全具有重大意义。PD定位的检测通常可以通过超声波和特高频(ultra-high-frequency,UHF)等方法实现。超声波在空间衰减快，波速不稳定，只适用于小范围内准确定位；UHF法受外界干扰影响小，信噪比高，可以极大地提高检测PD的可靠性和灵敏度。目前，基于UHF的PD定位法是在到达时间差定位法的基础上建立定位模型，得到求解PD源位置的非线性定位方程组。到达时间差是UHF定位中的关键参数，求解定位方程组是UHF定位中的关键环节。实际监测中，由于监测系统响应速度和噪声等干扰的影响，在测量PD的UHF信号到达各传感器的时间差时不可避免地存在时间误差。传统的求解方法是通过迭代算法直接求解非线性方程组，计算求解复杂，测量误差及时延计算误差均有可能造成方程组无解或解不确定。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有变电站局部放电定位方法存在的上述不足，提供了一种基于正则化的变电站局部放电定位方法，满足更高定位精度的要求，该方法通用性强，避免直接求解非线性定位方程组导致定位误差大、计算复杂，有效解决了因到达时间差误差导致定位结果较差的难题。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：基于正则化的变电站局部放电定位方法，包括以下步骤：(1)在变电站一片区域内建立空间直角坐标系，设置各特高频电磁波传感器的位置，获取各特高频电磁波传感器的到达时间差数据；(2)基于到达时间差定位法建立定位模型，得到求解局部放电源位置的非线性定位方程组；(3)通过消除二阶项将非线性定位方程组转换为线性定位方程组AX＝b；(4)对各特高频电磁波传感器坐标进行中心化处理，得到新的常数项矩阵b；(5)构建非奇异矩阵P，对线性定位方程组进行平衡预处理，得到等价求解式PAX＝Pb；(6)使用L曲线法确定正则化参数，对等价求解式PAX＝Pb进行正则化反演，并求得正则解，最终确定PD源坐标。按上述方案，所述步骤(1)中，建立空间直角坐标系是指在变电站的一个立方体空间范围内，以立方体的底部的一个顶点为空间直角坐标系的原点，以与该顶点相连的三条棱为空间直角坐标系的x轴、y轴和z轴；设置各特高频电磁波传感器的位置是指在已建立的空间直角坐标系下，在变电站内部放置5个特高频电磁波传感器，特高频电磁波传感器的位置满足所有特高频电磁波传感器不全部在一个平面上；获取各特高频电磁波传感器的到达时间差数据，是指：获取电磁波从PD(即局部放电)源到第i(i＝2,3,...,5)个传感器与第1个传感器的时间差为τi1。按上述方案，所述步骤(2)中，到达时间差定位法是指通过各高频电磁波传感器接收信号的时间信息，构建求解局部放电源位置的非线性定位方程组；非线性定位方程组的表达式为：式中，xi(i＝1,2,...,5)为5个特高频电磁波传感器的x轴坐标，yi(i＝1,2,...,5)为5个特高频电磁波传感器的y轴坐标，zi(i＝1,2,...,5)为5个特高频电磁波传感器的z轴坐标，电磁波波速为c＝3.0×108m/s，电磁波从PD源到达第1个传感器所需的时间为T，电磁波从PD源到第i(i＝2,3,...,5)个传感器与第1个传感器的时间差为τi1。按上述方案，所述步骤(3)中，消除二阶项是指将非线性定位方程组中各式进行展开作差，得到线性定位方程组AX＝b，其中xi1＝xi-x1，yi1＝yi-y1，zi1＝zi-z1，ri1＝cτi1，按上述方案，所述步骤(4)中，对特高频电磁波传感器坐标进行中心化处理包括如下步骤：x′i＝xi-xμ，式中i＝1,2,...,5。同理对yi和zi进行中心化处理，将处理后得到的xi′,yi′,zi′代替原xi,yi,zi，并代入线性定位方程组AX＝b的右端矩阵b，完成特高频电磁波传感器坐标进行中心化处理。按上述方案，所述步骤(5)中，构建非奇异矩阵P包括如下步骤：hj＝||aj||2，式中，aj为矩阵A的行向量，n为矩阵A的阶数。按上述方案，所述步骤(6)中，正则化反演是指使用Tikhonov正则化方法求解方程组PAX＝Pb，得到正则化解，具体包括如下步骤：1)正则化解xλ定义为：式中，λ＞0为正则化参数，L为正则化矩阵，x0为估计初值。2)正则化模型即求解下面的最小二乘问题：3)矩阵A的奇异值分解为式中，矩阵U＝(u1,u2,...,un)和V＝(v1,v2,...,vn)为正交矩阵，uj和vj分别是矩阵A的奇异值的左奇异向量和右奇异向量，，∑＝diag(σ1,σ2,...,σn)，σj是矩阵A的奇异值，通常按照由大到小的顺序排列，即σ1≥σ2≥...≥σn≥0，n为矩阵A的阶数。4)标准形式的Tikhonov正则化模型中，正则化矩阵L＝I，I为单位矩阵，x0＝0，其正则解的计算方法为：按上述方案，所述步骤(6)中，L曲线是由坐标为(||Axλ-b||2,||xλ||2)的点构成的一条曲线，这些点与正则化参数λ一一对应，利用L曲线来选取最优的正则化参数的方法被称为L曲线法。L曲线有一个明显的角落(L-corner)，L-corner对应于使得正则化解||xλ||2与残差||Axλ-b||2有一个均衡，L曲线上曲率k最大的位置就是L-corner，L-corner所处对应的λ值就是最优的正则化参数值，曲率k的表达式为：η＝||xλ||2，ρ＝||Axλ-b||2，确定正则化参数λ，求得正则解，正则解即为所求PD源坐标。本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果：采用基于正则化的变电站局部放电定位方法，该方法通用性强，避免直接求解非线性定位方程组导致定位误差大、计算复杂，有效解决了因到达时间差误差导致定位结果较差的难题，定位精度高。附图说明图1为本专利技术基于正则化的变电站局部放电定位方法流程图；图2为本专利技术实施例中L曲线图；图3为本专利技术实施例中不同时间差误差百分比下定位误差图；图4为本专利技术实施例中平衡预处理前后的条件数图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。参照图1，本专利技术基于正则化的变电站局部放电定位方法，包括以下步骤：(1)在变电站的一个立方体空间范围内，以立方体的底部的一个顶点为空间直角坐标系的原点，以与该顶点相连的三条棱为空间直角坐标系的x轴、y轴和z轴；设置各特高频电磁波传感器的位置，在变电站内部放置5个特高频电磁波传感器，特高频电磁波传感器的位置满足所有特高频电磁波传感器不全部在一个平面上；(2)基于到达时间差定位法建立定位模型(即定位方程组)，要确定三维空间中PD源的位置，至少需要4个特高频电磁波传感器同时检测PD源信号，假设UHF电磁波从PD源向四周传播，通过测量电磁波信号到达各传感器的时间差，建立定位方程组。设PD源的坐标为PD(x,y,z)，Si(xi本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于正则化的变电站局部放电定位方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在变电站一片区域内建立空间直角坐标系，设置各特高频电磁波传感器的位置，获取各特高频电磁波传感器的到达时间差数据；(2)基于到达时间差定位法建立定位模型，得到求解局部放电源位置的非线性定位方程组；(3)通过消除二阶项将非线性定位方程组转换为线性定位方程组AX＝b；(4)对各特高频电磁波传感器坐标进行中心化处理，得到新的常数项矩阵b；(5)构建非奇异矩阵P，对线性定位方程组进行平衡预处理，得到等价求解式PAX＝Pb；(6)使用L曲线法确定正则化参数，对等价求解式PAX＝Pb进行正则化反演，并求得正则解，最终确定PD源坐标。

【技术特征摘要】
1.一种基于正则化的变电站局部放电定位方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在变电站一片区域内建立空间直角坐标系，设置各特高频电磁波传感器的位置，获取各特高频电磁波传感器的到达时间差数据；(2)基于到达时间差定位法建立定位模型，得到求解局部放电源位置的非线性定位方程组；(3)通过消除二阶项将非线性定位方程组转换为线性定位方程组AX＝b；(4)对各特高频电磁波传感器坐标进行中心化处理，得到新的常数项矩阵b；(5)构建非奇异矩阵P，对线性定位方程组进行平衡预处理，得到等价求解式PAX＝Pb；(6)使用L曲线法确定正则化参数，对等价求解式PAX＝Pb进行正则化反演，并求得正则解，最终确定PD源坐标。2.根据权利要求1所述的基于正则化的变电站局部放电定位方法，其特征在于，所述步骤(1)中，建立空间直角坐标系是指在变电站的一个立方体空间范围内，以立方体的底部的一个顶点为空间直角坐标系的原点，以与该顶点相连的三条棱为空间直角坐标系的x轴、y轴和z轴；设置各特高频电磁波传感器的位置是指在已建立的空间直角坐标系下，在变电站内部放置5个特高频电磁波传感器，特高频电磁波传感器的位置满足所有特高频电磁波传感器不全部在一个平面上；获取各特高频电磁波传感器的到达时间差数据，是指：获取电磁波从局部放电源到第i(i＝2,3,...,5)个传感器与第1个传感器的时间差为τi1。3.根据权利要求1所述的基于正则化的变电站局部放电定位方法，其特征在于，所述步骤(2)中，到达时间差定位法是指通过多传感器接收信号的时间信息，构建求解局部放电源位置的非线性定位方程组；非线性定位方程组的表达式为：式中，xi(i＝1,2,...,5)为5个特高频电磁波传感器的x轴坐标，yi(i＝1,2,...,5)为5个特高频电磁波传感器的y轴坐标，zi(i＝1,2,...,5)为5个特高频电磁波传感器的z轴坐标，电磁波波速为c＝3.0×108m/s，电磁波从PD源到达第1个传感器所需的时间为T，电磁波从PD源到第i(i＝2,3,...,5)个传感器与第1个传感器的时间差为τi1。4.根据权利要求3所述的基于正则化的变电站局部放电定位方法，其特征在于，所述步骤(3)中，消除二阶项是指将非线性定位方程组中各式进行展开作差，得到线性定位方程组AX＝b，其中xi1＝xi-x1，y...

【专利技术属性】
技术研发人员：何怡刚，王署东，尹柏强，袁伟博，李晨晨，阮义，何鎏璐，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34