一种提升变电站局部放电定向精度的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种提升变电站局部放电定向精度的方法，其包括步骤：(1)采用传感器阵列接收局部放电信号，并基于接收的局部放电信号构建局部放电信号的响应功率；(2)基于局部放电信号的响应功率构建确定局部放电信号的方向角θ的第一模型；(3)对局部放电信号阵列进行虚拟扩展，并基于第一模型得到虚拟扩展后的局部放电信号的定向模型，并基于定向模型对局部放电进行精确定向。此外，本发明专利技术还公开了一种提升变电站局部放电定向精度的系统。

【技术实现步骤摘要】
一种提升变电站局部放电定向精度的方法及系统
本专利技术涉及一种提升定向精度的方法及系统，尤其涉及一种提升局部放电定向精度的方法及系统。
技术介绍
众所周知，电力设备是电力系统的重要基础部分。电力设备的安全可靠运行对电力系统的稳定性和安全性具有重要意义。在电力系统中，基于声波信号方向角(Directionofarrival，DOA)能够有效估计电力设备在线状态，实现对电力系统中电力设备的监测，其不仅可以为电力设备缺陷提供预警，而且还能进一步防止的故障扩散。近年来，基于传感器阵列的局部放电定向方法受到了广泛的关注，众多研究人员开始针对该方法进行研究。该局部放电定向方法的性能与所用声传感器阵列的硬件参数密切相关，即阵列孔径，传感器数量，采样频率等。但是，通过硬件方法提高估计性能将始终导致额外的硬件和投资成本，这可能会限制其大规模的实际应用。基于此，为了解决现有技术中存在的缺陷，期望获得一种提升变电站局部放电定向精度的方法，该方法无需硬件升级即可提高传感器阵列的性能，其可以有效提高在变电站中局部放电的定向精度。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种提升变电站局部放电定向精度的方法，该提升变电站局部放电定向精度的方法无需硬件升级即可提高传感器阵列的性能，其通过将四阶累积量替换原始算法中二阶累积量，并利用最大值搜索求取局部放电方向角，从而有效提高在变电站现场中局部放电的定向精度。根据上述专利技术目的，本专利技术提出一种提升变电站局部放电定向精度的方法，其包括步骤：>(1)采用传感器阵列接收局部放电信号，并基于接收的局部放电信号构建局部放电信号的响应功率；(2)基于局部放电信号的响应功率构建确定局部放电信号的方向角θ的第一模型；(3)对局部放电信号阵列进行虚拟扩展，并基于第一模型得到虚拟扩展后的局部放电信号的定向模型，并基于定向模型对局部放电进行精确定向。在本专利技术所述的技术方案中，本专利技术提出了一种提升变电站局部放电定向精度的方法，该方法无需硬件升级即可提高传感器阵列的性能，其通过将四阶累积量替换原始算法中二阶累积量，并利用最大值搜索求取局部放电方向角，从而有效提高在变电站现场中局部放电的定向精度。在本专利技术所述的提升变电站局部放电定向精度的方法中，设计的主要思想是将原来的信号低阶累积量替换为由泰勒展开建立的高阶累积量。需要说明的是，与低阶累积量相比，采用本专利技术所述方法所建立的高阶累积量包含在低阶累积量中被省略的高阶项，因此它们具有有关信号源的更详细的方向信息，可以提高声波信号方向角(DOA)估计性能。进一步地，在本专利技术所述的提升变电站局部放电定向精度的方法中，在所述步骤(1)中：将传感器阵列中的第m个传感器接收的局部放电信号记为ym(t)，对其进行傅里叶变换后得为Ym(ω)；对局部放电信号Ym(ω)进行宽带波束形成处理，并将其频段划分为L个频率段，将每个频率段中各个传感器接收的局部放电信号加在一起以产生单个聚焦信号Z(ωl,θ)：其中，l＝1,2,…,L；Ym(ωl)表示局部放电信号Ym(ω)划分出的第l个频率段；表示与每个局部放电信号的第l个频率段对应的延时元件，τm表示第m个传感器信号与参考传感器的时延差值；Hm(ωl)表示第m个传感器对应的滤波器；M表示传感器阵列中的传感器的数量，m表示第m个传感器；基于下式建立局部放电信号响应功率：其中Z(ωl,θ)表示局部放电的单个聚焦信号；Z*(ωl,θ)表示Z(ωl,θ)的共轭转置；表示第n个传感器对应的滤波器的共轭转置；Wmn(ωl)＝E(Ym(ωl)·Yn*(ωl))，其中E(·)表示数学期望，Yn*(ωl)表示第n个传感器接收的局部放电信号傅里叶变换的共轭转置；第m个传感器与第n个传感器的组合滤波器Ψmn选为相变函数表示自然底数e为底数的指数函数，j是复数的标识符号且有j2＝-1；τn表示第n个传感器信号与参考传感器的时延差值。进一步地，在本专利技术所述的提升变电站局部放电定向精度的方法中，在所述步骤(2)中，所述第一模型为：θs＝argmaxθP(θ)其中，P(θ)表示局部放电信号的响应功率，argmax()表示函数取最大值时对应的θ。进一步地，在本专利技术所述的提升变电站局部放电定向精度的方法中，在所述步骤(3)中，所述定向模型被构建为：其中，Ym(ωl)表示经过傅里叶变换后的第m个传感器接收的局部放电信号Ym(ω)划分出的第l个频率段；表示经过傅里叶变换后的第n个传感器接收的局部放电信号Yn(ω)划分出的第l个频率段的共轭转置；cum4表示虚拟扩展后的四阶累积量；表示自然底数e为底数的指数函数；ω表示傅里叶变换的角频率，τm表示第m个传感器信号与参考传感器的时延差值，τn表示第n个传感器信号与参考传感器的时延差值。相应地，本专利技术的另一目的在于提供一种提升变电站局部放电定向精度的系统，该提升变电站局部放电定向精度的系统无需硬件升级即可提高传感器阵列的性能，其通过将四阶累积量替换原始算法中二阶累积量，并利用最大值搜索求取局部放电方向角，从而有效提高在变电站现场中局部放电的定向精度。根据上述的专利技术目的，本专利技术提出了一种提升变电站局部放电定向精度的系统，其包括：传感器阵列，其接收局部放电信号；处理单元，其执行步骤：(1)基于接收的局部放电信号构建局部放电信号的响应功率；(2)基于局部放电信号的响应功率构建确定局部放电信号的方向角θ的第一模型；(3)对局部放电信号阵列进行虚拟扩展，并基于第一模型得到虚拟扩展后的局部放电信号的定向模型，并基于定向模型对局部放电进行精确定向。进一步地，在本专利技术所述的提升变电站局部放电定向精度的系统中，在所述步骤(1)中：将传感器阵列中的第m个传感器接收的局部放电信号记为ym(t)，对其进行傅里叶变换后得为Ym(ω)；对局部放电信号Ym(ω)进行宽带波束形成处理，并将其频段划分为L个频率段，将每个频率段中各个传感器接收的局部放电信号加在一起以产生单个聚焦信号Z(ωl,θ)：其中，l＝1,2,…,L；Ym(ωl)表示局部放电信号Ym(ω)划分出的第l个频率段；表示与每个局部放电信号的第l个频率段对应的延时元件；τm表示第m个传感器信号与参考传感器的时延差值；Hm(ωl)表示第m个传感器对应的滤波器；M表示传感器阵列中的传感器的数量，m表示第m个传感器；基于下式建立局部放电信号响应功率：其中Z(ωl,θ)表示局部放电的单个聚焦信号；Z*(ωl,θ)表示Z(ωl,θ)的共轭转置；表示表示第n个传感器对应的滤波器的共轭转置；Wmn(ωl)＝E(Ym(ωl)·Yn*(ωl))，其中E(·)表示数学期望，Yn*(ωl)表示第n个传感器接收的局部放电信号傅里叶变换的共轭转置；第m个传感器与第n个传感器的组合滤波器Ψmn选为相变函数表示自然底数e为底数的指数函数，j是复数的标识符号且有j2＝-1；τn表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提升变电站局部放电定向精度的方法，其特征在于，包括步骤：/n(1)采用传感器阵列接收局部放电信号，并基于接收的局部放电信号构建局部放电信号的响应功率；/n(2)基于局部放电信号的响应功率构建确定局部放电信号的方向角θ的第一模型；/n(3)对局部放电信号阵列进行虚拟扩展，并基于第一模型得到虚拟扩展后的局部放电信号的定向模型，并基于定向模型对局部放电进行精确定向。/n

【技术特征摘要】
1.一种提升变电站局部放电定向精度的方法，其特征在于，包括步骤：
(1)采用传感器阵列接收局部放电信号，并基于接收的局部放电信号构建局部放电信号的响应功率；
(2)基于局部放电信号的响应功率构建确定局部放电信号的方向角θ的第一模型；
(3)对局部放电信号阵列进行虚拟扩展，并基于第一模型得到虚拟扩展后的局部放电信号的定向模型，并基于定向模型对局部放电进行精确定向。


2.如权利要求1所述的提升变电站局部放电定向精度的方法，其特征在于，在所述步骤(1)中：
将传感器阵列中的第m个传感器接收的局部放电信号记为ym(t)，对其进行傅里叶变换后得为Ym(ω)；
对局部放电信号Ym(ω)进行宽带波束形成处理，并将其频段划分为L个频率段，将每个频率段中各个传感器接收的局部放电信号加在一起以产生单个聚焦信号Z(ωl,θ)：



其中，l＝1,2,…,L；Ym(ωl)表示局部放电信号Ym(ω)划分出的第l个频率段；表示与每个局部放电信号的第l个频率段对应的延时元件，τm表示第m个传感器信号与参考传感器的时延差值；Hm(ωl)表示第m个传感器对应的滤波器；M表示传感器阵列中的传感器的数量，m表示第m个传感器；
基于下式建立局部放电信号响应功率：



其中Z(ωl,θ)表示局部放电的单个聚焦信号；Z*(ωl,θ)表示Z(ωl,θ)的共轭转置；表示第n个传感器对应的滤波器的共轭转置；Wmn(ωl)＝E(Ym(ωl)·Yn*(ωl))，其中E(·)表示数学期望，Yn*(ωl)表示第n个传感器接收的局部放电信号傅里叶变换的共轭转置；第m个传感器与第n个传感器的组合滤波器Ψmn选为相变函数表示自然底数e为底数的指数函数，j是复数的标识符号且有j2＝-1；τn表示第n个传感器信号与参考传感器的时延差值。


3.如权利要求1所述的提升变电站局部放电定向精度的方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，所述第一模型为：
θs＝argmaxθP(θ)
其中，P(θ)表示局部放电信号的响应功率，argmax()表示函数取最大值时对应的θ。


4.如权利要求3所述的提升变电站局部放电定向精度的方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，所述定向模型被构建为：



其中，Ym(ωl)表示经过傅里叶变换后的第m个传感器接收的局部放电信号Ym(w)划分出的第l个频率段；表示经过傅里叶变换后的第n个传感器接收的局部放电信号Yn(w)划分出的第l个频率段的共轭转置；cum4表示虚拟扩展后的四阶累积量；表示自然底数e为底数的指数函数；ω表示傅里叶变换的角频率，τm表示第m个传感器信号与参考传感器的时延差值，τn表示第n个传感器信号与参考传感器的时延差值。


5....

【专利技术属性】
技术研发人员：罗林根，周南，宋辉，王辉，盛戈皞，刘亚东，钱勇，江秀臣，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31