CN107589352A - 一种局部放电源的定位方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种局部放电源的定位方法，包括获取局部放电现象的测量数据；根据测量数据构造局部放电源的位置坐标所满足的目标方程；利用牛顿迭代法在复数域内对目标方程进行迭代计算，生成收敛坐标；利用网格搜索法，在以收敛坐标的实部为中心的实数区域内进行遍历搜索，将与局部放电源的位置坐标的误差最小的网格中心的坐标确定为局部放电源的位置坐标。本申请通过在牛顿迭代法的基础上进行网格搜索，可以有效地计算生成局部放电源的实际位置坐标，并保证定位结果的准确性。本申请还公开了一种局部放电源的定位装置，同样具有上述有益效果。

Description

一种局部放电源的定位方法及装置

技术领域

本申请涉及电气技术领域，特别涉及一种局部放电源的定位方法及装置。

背景技术

局部放电(partial discharge)是电气设备中会出现的一种有害现象，多见于高压电气设备。它是指外加电压在电气设备中产生的场强使绝缘部分区域在未形成固定放电通道的情况下发生放电的现象。

局部放电会使得绝缘介质的绝缘强度快速下降，同时还会产生高温和辐射，造成电力设备的损坏。对于电力变压器这类关键设备而言，其承担着电压变换、电能分配以及电能传输的重要任务，一旦因局部放电而产生故障，可能会引发大范围内的电力中断，造成重大经济损失。因此，如何检测局部放电现象的具体发生位置以便对电气设备进行检修和保护是十分重要的。

牛顿迭代法是一种求解方程的数学方法，在现有技术中可以用于局部放电源的定位计算。然而，由于牛顿迭代法在实数域内迭代计算时并不一定能得到收敛的计算结果，即无法保证定位结果的准确性；而其在复数域内迭代计算时所得到的复数解对于实际问题是没有意义的。因此，采用何种局部放电源定位方法使得其定位结果符合实际意义并具有准确性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种局部放电源的定位方法及装置，以便有效地计算生成局部放电源的实际位置坐标，并保证定位结果的准确性。

为解决上述技术问题，本申请提供一种局部放电源的定位方法，包括：

获取局部放电现象的测量数据；

根据所述测量数据构造局部放电源的位置坐标所满足的目标方程；

利用牛顿迭代法在复数域内对所述目标方程进行迭代计算，生成收敛坐标；

利用网格搜索法，在以所述收敛坐标的实部为中心的实数区域内进行遍历搜索，将与所述局部放电源的位置坐标的误差最小的网格中心的坐标确定为所述局部放电源的位置坐标。

可选地，所述获取局部放电现象的测量数据包括：

获取超声波传感器对局部放电所产生的超声波的测量数据。

可选地，所述目标方程为：

f_i(x,y,z,T)＝(x-x_i)²+(y-y_i)²+(z-z_i)²-v²·(T+τ_i1)²＝0；

其中，(x,y,z)为局部放电源的位置坐标；(x_i,y_i,z_i)为第i个超声波传感器的位置坐标；i＝1,2,…,n，n为超声波传感器的总个数；v为超声波的传播速度；T为局部放电产生的超声波到达第1个超声波传感器的时间；τ_i1为局部放电产生的超声波在第i个和第1个超声波传感器间的到达时间差；f_i(x,y,z,T)为所述目标方程的目标函数。

可选地，所述利用牛顿迭代法在复数域内对所述目标方程进行迭代计算，生成收敛坐标包括：

对所述目标方程的目标函数进行一阶泰勒展开，生成所述目标方程的一阶泰勒方程；

利用牛顿迭代法在复数域内对所述一阶泰勒方程进行迭代计算，若计算结果的误差小于预设阈值，则将所述计算结果确定为所述收敛坐标。

可选地，所述以所述收敛坐标的实部为中心的实数区域为：

以所述收敛坐标的实部为中心的立方体实数区域。

本申请还提供了一种局部放电源的定位装置，包括：

获取模块：用于获取局部放电现象的测量数据；

构造模块：用于根据所述测量数据构造局部放电源的位置坐标所满足的目标方程；

牛顿迭代模块：用于利用牛顿迭代法在复数域内对所述目标方程进行迭代计算，生成收敛坐标；

网格搜索模块：用于利用网格搜索法，在以所述收敛坐标的实部为中心的实数区域内进行遍历搜索，将与所述局部放电源的位置坐标的误差最小的网格中心的坐标确定为所述局部放电源的位置坐标。

可选地，所述获取模块具体用于：

获取超声波传感器对局部放电所产生的超声波的测量数据。

可选地，所述目标方程为：

f_i(x,y,z,T)＝(x-x_i)²+(y-y_i)²+(z-z_i)²-v²·(T+τ_i1)²＝0；

其中，(x,y,z)为局部放电源的位置坐标；(x_i,y_i,z_i)为第i个超声波传感器的位置坐标；i＝1,2,…,n，n为超声波传感器的总个数；v为超声波的传播速度；T为局部放电产生的超声波到达第1个超声波传感器的时间；τ_i1为局部放电产生的超声波在第i个和第1个超声波传感器间的到达时间差；f_i(x,y,z,T)为所述目标方程的目标函数。

可选地，所述牛顿迭代模块具体用于：

对所述目标方程的目标函数进行一阶泰勒展开，生成所述目标方程的一阶泰勒方程；

利用牛顿迭代法在复数域内对所述一阶泰勒方程进行迭代计算，若计算结果的误差小于预设阈值，则将所述计算结果确定为所述收敛坐标。

可选地，所述以所述收敛坐标的实部为中心的实数区域为：

以所述收敛坐标的实部为中心的立方体实数区域。

本申请所提供的局部放电源的定位方法包括：获取局部放电现象的测量数据；根据所述测量数据构造局部放电源的位置坐标所满足的目标方程；利用牛顿迭代法在复数域内对所述目标方程进行迭代计算，生成收敛坐标；利用网格搜索法，在以所述收敛坐标的实部为中心的实数区域内进行遍历搜索，将与所述局部放电源的位置坐标的误差最小的网格中心的坐标确定为所述局部放电源的位置坐标。

可见，相比于现有技术，本申请所提供的局部放电源的定位方法中，通过在复数域内采用牛顿迭代法得到收敛坐标，确定了网格搜索的范围；并通过在收敛坐标附近的实数区域内进行网格搜索，确定了具有实际意义的局部放电源位置坐标。由此可见，本申请所提供的局部放电源的定位方法可以有效地确定定位目标并保证定位准确度。本申请所提供的局部放电源的定位装置可以实现上述局部放电源的定位方法，同样具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明现有技术和本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和本申请实施例描述中需要使用的附图作简要的介绍。当然，下面有关本申请实施例的附图描述的仅仅是本申请中的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，所获得的其他附图也属于本申请的保护范围。

图1为本申请实施例所提供的一种局部放电源的定位方法的流程图；

图2为本申请实施例所提供的一种采用传感器测定局部放电源位置的示意图；

图3为本申请实施例所提供的一种网格搜索区域的示意图；

图4为本申请实施例所提供的一种局部放电源的定位装置的结构框图。

具体实施方式

本申请的核心在于提供一种局部放电源的定位方法及装置，以便有效地计算生成局部放电源的实际位置坐标，并保证定位结果的准确性。

为了对本申请实施例中的技术方案进行更加清楚、完整地描述，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行介绍。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种局部放电源的定位方法的流程图，主要包括以下步骤：

步骤1：获取局部放电现象的测量数据。

在对电气设备中的局部放电源进行定位检测时，一般会采用多个传感器来对局部放电现象进行测量和计算，得到能够反映各个传感器与局部放电源之间的距离的测量数据，以便在后续步骤中依据这些测量数据对局部放电源进行定位。

需要说明的是，这里所说的测量数据的测量对象，具体可以为局部放电所产生的超声波、电磁波或者电脉冲等，本领域技术人员可以自行选择并采用相应的传感器，本申请实施例对此并不进行限定。

步骤2：根据测量数据构造局部放电源的位置坐标所满足的目标方程。

在经过步骤1得到了局部放电现象的测量数据之后，便可以根据这些测量数据和相应的特性原理，构造局部放电源的位置坐标所满足的目标方程。当然，目标方程的构造方法有多种选择，本领域技术人员可以自行选择，本申请实施例对此并不进行限定。

步骤3：利用牛顿迭代法在复数域内对目标方程进行迭代计算，生成收敛坐标。

由于在实数域内采用牛顿迭代法进行迭代计算未必能得到收敛的计算结果，因此，这里在复数域内进行迭代计算，生成收敛坐标。

步骤4：利用网格搜索法，在以收敛坐标的实部为中心的实数区域内进行遍历搜索，将与局部放电源的位置坐标的误差最小的网格中心的坐标确定为局部放电源的位置坐标。

网格搜索法的思想是将待搜索的区域划分成多个细小的网格，将每个网格的中心点作为遍历计算的对象，以便在所有遍历对象中确定出问题的最优解。

在本申请中，当经过步骤3得到了牛顿迭代法的收敛坐标之后，则局部放电源的实际位置应当在该收敛坐标附近的实数区域内。因此，即可对以该收敛坐标的实部为中心的实数区域进行网格划分，进而对每个网格中心进行遍历计算，确定出与局部放电源位置坐标的误差最小的网格中心，将其坐标确定为局部放电源的位置坐标。

具体的，网格中心与局部放电源位置坐标的误差的表达式，即误差函数可以有多种计算方式，本领域技术人员可根据目标方程自行选择并设置，本申请实施例对此并不进行限定。此外，进行网格搜索的实数区域的范围(包括大小和形状)以及网格划分的精细程度，都会对搜索的结果产生一定的影响，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择并设定，本申请实施例对此并不进行限定。

可见，本申请实施例所提供的局部放电源的定位方法中，通过在复数域内采用牛顿迭代法得到收敛坐标，确定了网格搜索的范围；并通过在收敛坐标附近的实数区域内进行网格搜索，确定了具有实际意义的局部放电源位置坐标。由此可见，本申请所提供的局部放电源的定位方法可以有效地确定局部放电源的位置，并保证定位结果的准确度。

本申请所提供的局部放电源的定位方法，在上述实施例的基础上：

作为一种优选实施例，获取局部放电现象的测量数据包括：

获取超声波传感器对局部放电所产生的超声波的测量数据。

超声波传感器可以检测出局部放电时所产生的超声波到达该超声波传感器与到达参考超声波传感器的到达时间差；进而可以根据超声波传播速度得到各个超声波传感器与局部放电源的距离之间的关系。由于超声波传感器的检测对象是超声波，因此不会对电气设备造成额外的电磁干扰。

作为一种优选实施例，目标方程为：

f_i(x,y,z,T)＝(x-x_i)²+(y-y_i)²+(z-z_i)²-v²·(T+τ_i1)²＝0；

其中，(x,y,z)为局部放电源的位置坐标；(x_i,y_i,z_i)为第i个超声波传感器的位置坐标；i＝1,2,…,n，n为超声波传感器的总个数；v为超声波的传播速度；T为局部放电产生的超声波到达第1个超声波传感器的时间；τ_i1为局部放电产生的超声波在第i个和第1个超声波传感器间的到达时间差；f_i(x,y,z,T)为目标方程的目标函数。

可见，上述目标方程中将第1个超声波传感器设为了参考传感器。假设超声波传感器与局部放电源的位置分布关系如图2所示(图2中只示出了部分超声波传感器)；图2中，S_i表示第i个超声波传感器，PD表示局部放电源，O为坐标原点。根据超声波的传播速度、传播时间与距离之间的关系，即传播速度与传播时间的乘积等于距离，可以得到下述目标方程组：

其中，由n个目标方程构成的该目标方程组中，存在着n元变量，即x,y,z和T，因此应当有n≥4。此外，容易理解的是，τ₁₁表示超声波到达第1个超声波传感器即参考超声波传感器的时间差，因此τ₁₁＝0。

可见，使得目标方程成立的点的坐标就是局部放电源的位置坐标。当然，目标方程还可以采用其他构建方式，本申请实施例对此并不进行限定。

作为一种优选实施例，利用牛顿迭代法在复数域内对目标方程进行迭代计算，生成收敛坐标包括：

对目标方程的目标函数进行一阶泰勒展开，生成目标方程的一阶泰勒方程；

利用牛顿迭代法在复数域内对一阶泰勒方程进行迭代计算，若计算结果的误差小于预设阈值，则将所述计算结果确定为所述收敛坐标。

具体地，在利用牛顿迭代法对目标方程进行计算时，需要首先将目标方程对应的目标函数进行一阶泰勒展开：

其中，为目标函数在迭代初始值处的一阶偏导向量；(x₍₀₎,y₍₀₎,z₍₀₎)为局部放电源位置坐标的迭代初始值。

令F＝[f₁，f₂，…，f_n]^T，X＝[x,y,z,T]^T，ΔX＝[Δx,Δy,Δz,T]^T为X每次进行迭代时的增量，则目标方程的一阶泰勒方程可以写为：

F+J·ΔX＝0；

其中，J为雅克比矩阵：

则，根据目标方程的一阶泰勒方程可以得到：

ΔX＝-J^-1·F；

由此可以计算出第k次迭代时的X的值，即X_(k)：

X_(k)＝X_(k-1)+ΔX。

如此反复迭代计算，直到某此的迭代结果X_(k)的误差小于预设阈值时，即可将此时的计算结果X_(k)作为牛顿迭代法计算得到的收敛坐标进行输出。其中，误差函数计算表达式为

当然，还可以将迭代次数满足预设上限作为牛顿迭代结果的输出条件，本申请实施例对此并不进行限定。

作为一种优选实施例，以收敛坐标的实部为中心的实数区域为：

以收敛坐标的实部为中心的立方体实数区域。

由于在三维坐标系里进行网格搜索时，立方体实数区域更加易于网格划分，简化坐标计算，因此可以将待搜索的实数区域设置为以收敛坐标的实部为中心的立方体实数区域，如图3所示。当然，也可以将待搜索的实数区域设置为其他形状，例如球形等，本申请对此并不进行限定。

还需要说明的是，这里所说的以收敛坐标的实部为中心并非指严格意义上的中心，只要大体上满足即可。

下面对本申请实施例所提供的局部放电源的定位装置进行介绍。

请参阅图4，图4为本申请所提供的一种局部放电源的定位装置的结构框图；包括获取模块1、构造模块2、牛顿迭代模块3和网格搜索模块4。

获取模块1主要用于获取局部放电现象的测量数据；

构造模块2主要用于根据测量数据构造局部放电源的位置坐标所满足的目标方程；

牛顿迭代模块3主要用于利用牛顿迭代法在复数域内对目标方程进行迭代计算，生成收敛坐标；

网格搜索模块4主要用于利用网格搜索法，在以收敛坐标的实部为中心的实数区域内进行遍历搜索，将与局部放电源的位置坐标的误差最小的网格中心的坐标确定为局部放电源的位置坐标。

可见，本申请所提供的局部放电源的定位装置，通过牛顿迭代模块3在复数域内迭代生成了收敛坐标，由此确定了网格搜索的大致范围，进而可以通过网格搜索模块4遍历各个网格中心来确定局部放电源的位置坐标。由此可见，本申请所提供的局部放电源的定位装置可以有效地对局部放电源进行定位计算，并保证一定的准确度。

本申请所提供的局部放电源的定位装置，在上述实施例的基础上：

作为一种优选实施例，获取模块1具体用于：

获取超声波传感器对局部放电所产生的超声波的测量数据。

作为一种优选实施例，目标方程为：

f_i(x,y,z,T)＝(x-x_i)²+(y-y_i)²+(z-z_i)²-v²·(T+τ_i1)²＝0；

其中，(x,y,z)为局部放电源的位置坐标；(x_i,y_i,z_i)为第i个超声波传感器的位置坐标；i＝1,2,…,n，n为超声波传感器的总个数；v为超声波的传播速度；T为局部放电产生的超声波到达第1个超声波传感器的时间；τ_i1为局部放电产生的超声波在第i个和第1个超声波传感器间的到达时间差；f_i(x,y,z,T)为目标方程的目标函数。

作为一种优选实施例，牛顿迭代模块3具体用于：

对目标方程的目标函数进行一阶泰勒展开，生成目标方程的一阶泰勒方程；

利用牛顿迭代法在复数域内对一阶泰勒方程进行迭代计算，若计算结果的误差小于预设阈值，则将计算结果确定为收敛坐标。

作为一种优选实施例，以收敛坐标的实部为中心的实数区域为：

以收敛坐标的实部为中心的立方体实数区域。

本申请所提供的局部放电源的定位装置的具体实施方式与上文所描述的局部放电源的定位方法可相互对应参照，这里就不再赘述。

本申请中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需说明的是，在本申请文件中，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语，仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。此外，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种局部放电源的定位方法，其特征在于，包括：

获取局部放电现象的测量数据；

根据所述测量数据构造局部放电源的位置坐标所满足的目标方程；

利用牛顿迭代法在复数域内对所述目标方程进行迭代计算，生成收敛坐标；

利用网格搜索法，在以所述收敛坐标的实部为中心的实数区域内进行遍历搜索，将与所述局部放电源的位置坐标的误差最小的网格中心的坐标确定为所述局部放电源的位置坐标。

2.根据权利要求1所述的局部放电源的定位方法，其特征在于，所述获取局部放电现象的测量数据包括：

获取超声波传感器对局部放电所产生的超声波的测量数据。

3.根据权利要求2所述的局部放电源的定位方法，其特征在于，所述目标方程为：

f_i(x,y,z,T)＝(x-x_i)²+(y-y_i)²+(z-z_i)²-v²·(T+τ_i1)²＝0；

其中，(x,y,z)为局部放电源的位置坐标；(x_i,y_i,z_i)为第i个超声波传感器的位置坐标；i＝1,2,…,n，n为超声波传感器的总个数；v为超声波的传播速度；T为局部放电产生的超声波到达第1个超声波传感器的时间；τ_i1为局部放电产生的超声波在第i个和第1个超声波传感器间的到达时间差；f_i(x,y,z,T)为所述目标方程的目标函数。

4.根据权利要求3所述的局部放电源的定位方法，其特征在于，所述利用牛顿迭代法在复数域内对所述目标方程进行迭代计算，生成收敛坐标包括：

对所述目标方程的目标函数进行一阶泰勒展开，生成所述目标方程的一阶泰勒方程；

利用牛顿迭代法在复数域内对所述一阶泰勒方程进行迭代计算，若计算结果的误差小于预设阈值，则将所述计算结果确定为所述收敛坐标。

5.根据权利要求1至4任一项所述的局部放电源的定位方法，其特征在于，所述以所述收敛坐标的实部为中心的实数区域为：

以所述收敛坐标的实部为中心的立方体实数区域。

6.一种局部放电源的定位装置，其特征在于，包括：

获取模块：用于获取局部放电现象的测量数据；

构造模块：用于根据所述测量数据构造局部放电源的位置坐标所满足的目标方程；

牛顿迭代模块：用于利用牛顿迭代法在复数域内对所述目标方程进行迭代计算，生成收敛坐标；

网格搜索模块：用于利用网格搜索法，在以所述收敛坐标的实部为中心的实数区域内进行遍历搜索，将与所述局部放电源的位置坐标的误差最小的网格中心的坐标确定为所述局部放电源的位置坐标。

7.根据权利要求6所述的局部放电源的定位装置，其特征在于，所述获取模块具体用于：

获取超声波传感器对局部放电所产生的超声波的测量数据。

8.根据权利要求7所述的局部放电源的定位装置，其特征在于，所述目标方程为：

f_i(x,y,z,T)＝(x-x_i)²+(y-y_i)²+(z-z_i)²-v²·(T+τ_i1)²＝0；

其中，(x,y,z)为局部放电源的位置坐标；(x_i,y_i,z_i)为第i个超声波传感器的位置坐标；i＝1,2,…,n，n为超声波传感器的总个数；v为超声波的传播速度；T为局部放电产生的超声波到达第1个超声波传感器的时间；τ_i1为局部放电产生的超声波在第i个和第1个超声波传感器间的到达时间差；f_i(x,y,z,T)为所述目标方程的目标函数。

9.根据权利要求8所述的局部放电源的定位装置，其特征在于，所述牛顿迭代模块具体用于：

对所述目标方程的目标函数进行一阶泰勒展开，生成所述目标方程的一阶泰勒方程；

利用牛顿迭代法在复数域内对所述一阶泰勒方程进行迭代计算，若计算结果的误差小于预设阈值，则将所述计算结果确定为所述收敛坐标。

10.根据权利要求6至9任一项所述的局部放电源的定位装置，其特征在于，所述以所述收敛坐标的实部为中心的实数区域为：

以所述收敛坐标的实部为中心的立方体实数区域。