一种基于高维随机矩阵的输电线路全线状态在线监测数据分析方法技术

本发明专利技术提供一种基于高维随机矩阵的输电线路全线状态在线监测数据分析方法，首先，以输电线路内部复合的光纤为传感载体，基于Φ

【技术实现步骤摘要】
一种基于高维随机矩阵的输电线路全线状态在线监测数据分析方法


[0001]本专利技术涉及的输电线路监测领域，具体是一种基于高维随机矩阵的输电线路全线状态在线监测数据分析方法。

技术介绍

[0002]随着输电线路铺设数量及距离的迅猛增长，其运维的复杂性和维护难度也随之成倍增加。为了发生突发性的电缆故障时能够实时、准确的定位。电缆运维的自动化运行是目前社会发展的需求与趋势。基于光纤传感技术的电力输电线路智能运维管理系统的基础是以电缆内部复合的光缆为传感器件，通过建立分布式光纤振动监测信号与输电线路运行环境各特征参量之间的关系，最终实现输电线路运行状态的实时监测与管理。
[0003]输电线路依托铠装光纤及电线形成高强度复合缆，当电缆周围存在不同类型突发振动事件时，由于整体光通信传输链路的瑞利散射光强功率极低，同时铠装作用也会让内部光纤对振动冲击的灵敏度降低，因此高灵敏度的输电线路突发振动监测有着重要的工程意义。为了提升突发振动监测灵敏度，基于Φ
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OTDR的相干瑞利散射周界安防预警技术得到了广泛研究，并在多个方向上取得了有效进展，但该技术相对传统安防预警手段而言有效提升事件监测灵敏度的同时又提升了系统虚警率，使监测技术不得不向分类识别算法方向改进，整体系统实用性和可靠性都受到挑战。受到上述技术启发，输电线路可与光纤相干探测技术结合以提升突发振动事件监测效果，但与专业的光纤传感光缆相比，输电线路线路复杂、传输数据量倍增、数据种类多、传感部分不敏感，因此对专业的输电线路突发振动监测及分类处理识别判断成为阻碍工程应用的关键瓶颈之一。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提出了一种基于高维随机矩阵的输电线路全线状态在线监测数据分析方法，将Φ
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OTDR自外差探测与高维随机矩阵结合来进行复杂输电线路全线振动监测。针对输电线路路线复杂问题，设置参数可变的多分辨率传感系统；针对数据种类多且传感不敏感导致的信号幅度变化问题，从信号整体的统计特性入手，将一维幅度转化为高维矩阵分析，判定线路是否存在异常，同时基于统计特征分类判别事件，以解决上述问题。
[0005]一种基于高维随机矩阵的输电线路全线状态在线监测数据分析方法，包括如下步骤：
[0006]步骤一、在电缆终端搭建Φ
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OTDR自外差多分辨率传感系统，所述Φ
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OTDR自外差多分辨率传感系统产生不同频率和相同脉宽的脉冲信号进入输电线路中的光纤单元，光纤单元反射回光干涉信号，所述光干涉信号由所述Φ
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OTDR自外差多分辨率传感系统转换为电信号；
[0007]步骤二、基于相位解调算法对干涉信号的电信号进行解调得到传感系统分布式监测区间干涉信号的相位变化量；
[0008]步骤三、将各个传感器解调后的干涉信号相位变化量按照时间分布和空间分布构建高维随机矩阵；
[0009]步骤四、计算高维随机矩阵特征值形成M
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P律和圆环定理双重判据，确认异常事件有无，得到异常状态量，根据异常状态量计算平均谱半径值，当平均谱半径突变时定义为判断异常时刻，同时基于平均谱半径的大小确定对应的故障原因。
[0010]进一步的，所述Φ
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OTDR自外差多分辨率传感系统包括激光器光源、两个声光调制器AOM、光放大器EDFA、光电探测器APD、采集卡DAQ、连接电缆中的光纤单元，基于Φ
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OTDR自外差拍频原理得到多空间分辨率的高灵敏度光干涉信号，其中自外差多分辨率干涉系统用于光信号的产生、传输及传感信号解算，激光器光源发出的信号经过耦合器分别进入两个不同的声光调制器AOM，分别产生频率为f1和f2、脉宽为p1和p2的脉冲信号，通过光放大器EDFA放大后，进入输电线路中的光纤单元，光纤单元反射回的高灵敏度光干涉信号经过光电探测器APD转化为电信号后送入采集卡DAQ进行采集。
[0011]进一步的，步骤三将各个传感器解调后的干涉信号相位变化量按照时间分布和空间分布构建高维随机矩阵，具体包括：
[0012]在待测光缆中选择n个测量点位，在单位测量时长中，单个测量点有k个状态量，总共有N＝n*k个状态量，通过处理分析所有节点的量测数据，在采样点t
i
构成一个时间向量：
[0013]x(t
i
)＝[x
1ti
,x
2ti
,
…
,x
nti
]T
[0014]设状态量为N，采样点为T，则构成规模为N*T的高维矩阵X，即
[0015][0016]其中，矩阵内部相同采样时间排列在同一列上，相同采样地点排列在同一行上。
[0017]本专利技术首次将高位随机矩阵理论与光传感信号相结合，使输电线路在线监测系统兼顾传感高灵敏度和事件分类低虚警率。在电缆终端搭建Φ
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OTDR自外差多分辨率传感系统，以实现输电线路内部光纤的干涉光测量，根据监测距离调整测量空间分辨率，再将收集到的光信号相位变化量形成高维随机矩阵，基于比较特征值概率密度函数与Marcenko
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Pastur(M
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P)律曲线重合度及奇异值点在复平面上的分布特点，实现双重判据下的输电线路突发振动事件判别，并通过平均谱半径Mean Spectral Radius(MSR)的大小识别故障原因，为输电线路状态检修提供有效技术决策。
附图说明
[0018]图1是Φ
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OTDR的自外差多分辨率传感系统原理图；
[0019]图2是输电线路在不同运行条件下的M
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P律验证，其中(a)为正常运行状态，(b)为突发振动运行状态；
[0020]图3是输电线路在不同运行条件下的圆环率验证，其中(a)为正常运行状态；(b)为敲击突发振动运行状态；
[0021]图4是输电线路在不同运行条件下的平均谱半径，其中(a)为正常运行状态；(b)为敲击突发振动运行状态。
具体实施方式
[0022]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]输电线路与传感光缆最大区别在于，输电线路传输节点复杂，且对于突发振动事件监测而言，无法提前预知事件范围及位置，因此能够实现多分辨率探测的传感理论有着重要的意义。
[0024]本专利技术实施例提供一种基于高维随机矩阵的输电线路全线状态在线监测数据分析方法，包括如下步骤：
[0025]步骤一、在电缆终端搭建Φ
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OTDR自外差多分辨率传感系统，如图1所示为基于Φ
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OTDR的自外差多分辨率传本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于高维随机矩阵的输电线路全线状态在线监测数据分析方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、在电缆终端搭建Φ
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OTDR自外差多分辨率传感系统，所述Φ
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OTDR自外差多分辨率传感系统产生不同频率和相同脉宽的脉冲信号进入输电线路中的光纤单元，光纤单元反射回光干涉信号，所述光干涉信号由所述Φ
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OTDR自外差多分辨率传感系统转换为电信号；步骤二、基于相位解调算法对干涉信号的电信号进行解调得到传感系统分布式监测区间干涉信号的相位变化量；步骤三、将各个传感器解调后的干涉信号相位变化量按照时间分布和空间分布构建高维随机矩阵；步骤四、计算高维随机矩阵特征值形成M
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P律和圆环定理双重判据，确认异常事件有无，得到异常状态量，根据异常状态量计算平均谱半径值，当平均谱半径突变时定义为判断异常时刻，同时基于平均谱半径的大小确定对应的故障原因。2.如权利要求1所述的基于高维随机矩阵的输电线路全线状态在线监测数据分析方法，其特征在于：所述Φ
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OTDR自外差多分辨率传感系统包括激光器光源、两个声光调制器AOM、光放大器EDFA、光电探测器APD、采集卡DAQ、连接电缆中的光纤单元，基于Φ
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【专利技术属性】
技术研发人员：步天龙，寇汉鹏，张大沛，陈学峰，王湃，冯振华，叶宝安，刘文，
申请(专利权)人：国家电网有限公司武汉康普常青软件技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：