CN111693828B - 一种基于mle的变电站空间局部放电定位系统及方法 - Google Patents

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    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves

Abstract

本发明公开了一种基于MLE的变电站空间局部放电定位系统，包括特高频无线传感器阵列及数据处理终端，特高频传感器阵列放置于监测区域四周用于测量局部放电强度信息并通过WiFi传输至数据处理终端，数据处理终端用于分析、处理并保存数据。本发明还公开了一种基于MLE的变电站空间局部放电定位方法。本发明在多次测量变电站中局部放电信号强度后，通过似然估计法实现了对局部放电源的定位。与传统的时差法、角度定位法相比，本发明方法只需要测量局部放电信号强度信息，在保证了较高的定位精度的同时，显著减小了系统硬件成本，有效地提高了变电站电力设备的监测、检修效率，具有较好的实际推广应用价值。

Description

一种基于MLE的变电站空间局部放电定位系统及方法
技术领域
本发明涉及电力系统变电站设备运行维护领域，尤其涉及一种基于MLE的变电站空间局部放电定位系统及方法。
背景技术
电力设备带电检测是发现电力设备运行隐患的重要手段之一，也是电力设备安全、稳定地运行的重要保障。据统计，随着我国电力系统电压等级的不断提高，在电力设备故障中，绝缘故障占比达50％以上。设备绝缘故障的一个重要表现就是局部放电的发生。局部放电不仅是绝缘劣化的表现，同时也会加剧绝缘劣化的程度，造成恶性循环，最终造成绝缘击穿，进而引起重大事故的发生。有效的局部放电检测与定位技术可以及时发现绝缘故障并进行精确定位，加快检修速度与效率，避免事故的蔓延。因此，局部放电的检测与定位便成为了带电检测工作的重点。
现有技术中，变电站全站空间的局部放电定位技术仅使用一套装置就可以对整个变电站的设备进行局部放电的监测。当局部放电发生时，该技术可以快速定位故障设备，然后再利用针对具体设备局部放电定位方法，例如超声法等，对该设备进行进一步的检测。相比于对每一个电力设备都进行监测和排查，变电站全站空间的局部放电定位可以极大地提高局部放电的检测和定位效率，并且显著降低了设备、人力成本。对于变电站全站空间的局部放电定位，由于传感器监测的范围较大，因此只能使用传播速度快、传播距离远、灵敏度高、抗干扰性强的特高频电磁波。目前，变电站全站空间的特高频局部放电定位技术主要有两种：时差法以及角度定位法。其中时差法由于需要以很高的采样频率对信号进行采样，因此该方法对于硬件的要求较高，实现起来较为困难；角度定位法则容易受到空间环境和电磁环境的影响，在实际应用中难以准确定位。
基于此，现研究一种能够通过特高频无线智能传感器所构成的检测系统测量变电站中各区域的局部放电信号强度，利用极大似然估计法(Maximum LikelihoodEstimation,MLE)对所采集的特高频RSSI数据进行分析并实现局部放电源的定位的基于MLE的变电站空间局部放电定位系统及方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够通过特高频无线智能传感器所构成的检测系统测量变电站中各区域的局部放电信号强度，利用极大似然估计法(MaximumLikelihood Estimation,MLE)对所采集的特高频RSSI数据进行分析并实现局部放电源的定位的基于MLE的变电站空间局部放电定位系统及方法。
本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种基于MLE的变电站空间局部放电定位系统，包括特高频无线传感器阵列及数据处理终端，所述特高频传感器阵列放置于监测区域四周用于测量局部放电强度信息并通过WiFi传输至数据处理终端，所述数据处理终端用于分析、处理并保存数据。
作为本发明的优选方式之一，所述特高频无线传感器阵列为多个特高频无线传感器组成。
作为本发明的优选方式之一，所述特高频无线传感器阵列为4个特高频无线传感器。
本发明还公开了一种基于MLE的变电站空间局部放电定位方法，该方法包括以下步骤：
S1、测距模型参数拟合及传感器阵列局部放电信号RSSI数据测量；
S2、计算测量幅值信号与放电源间的几何关系，以此进行定位。
作为本发明的优选方式之一，所述S1中测距模型参数拟合具体为：在测试区域先固定某个特高频无线传感器的位置，然后利用局放模拟源在每隔0.25m的直线距离之间测量距离该特高频无线传感器从1m到20m的接收强度信号数值，在每一个测量点使用局部放电源测量20次；
利用最小二乘法拟合式(1)测距模型中的参数：
RSSI＝A-10nlgd (1)；
其中，d表示放电源与传感器间的距离，RSSI表示测得的放电强度，模型参数A与路径损耗因子n待确定；
所述S1中传感器阵列局部放电信号RSSI数据测量具体为：设某个特高频无线传感器的坐标为：(xi,yj)，其中，i＝1..m，j＝1..m；设阵列中坐标为(xi,yj)的传感器接收的信号幅值为RSSIij。
作为本发明的优选方式之一，所述S2中计算测量幅值信号与放电源间的几何关系具体为：设m个传感器与待测节点P之间的距离di，则可以列出m个几何关系方程为：
Aθ＝b (2)
其中参数矩阵为：
Figure BDA0002506516010000031
Figure BDA0002506516010000032
矩阵θ为待测节点P的坐标，xij＝xj-xi，yij＝yj-yi，
Figure BDA0002506516010000041
作为本发明的优选方式之一，利用极大似然估计法求最优解是要使得式(3)达到最小值，得到的极大似然估计结果为：
Figure BDA0002506516010000042
以此得到最接近实际点的待测节点P的坐标。
本发明相比现有技术的优点在于：本发明在多次测量变电站中局部放电信号强度后，通过似然估计法实现了对局部放电源的定位。与传统的时差法、角度定位法相比，本发明方法只需要测量局部放电信号强度信息，在保证了较高的定位精度的同时，显著减小了系统硬件成本，有效地提高了变电站电力设备的监测、检修效率，具有较好的实际推广应用价值。
附图说明
图1为实施例中的基于MLE的变电站空间局部放电定位系统的功能结构示意图；
图2为实施例中的现场开展的局部放电源定位实验图；
图3为实施例中的距离与放电强度拟合曲线图；
图4为实施例中的极大似然估计法定位结果图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
参见图1：本实施例公开了一种基于MLE的变电站空间局部放电定位系统，包括特高频无线传感器阵列及数据处理终端，所述特高频传感器阵列放置于监测区域四周用于测量局部放电强度信息并通过WiFi传输至数据处理终端，所述数据处理终端用于分析、处理并保存数据。
需要说明的是，本实施例能够以较低的硬件成本实现较高精度的变电站全站空间的局部放电定位，并且受空间环境和电磁环境的影响较小，降低了变电站局部放电监测的难度，提高了电力设备故障的检修效率，最终提高了变电站运维的智能化水平。
具体的，所述特高频无线传感器阵列为多个特高频无线传感器组成，所述特高频无线传感器阵列为4个特高频无线传感器，4个特高频无线传感器围成一个监测区域用于测试局部放电。
实施例2
本实施例还公开了一种基于MLE的变电站空间局部放电定位方法，该方法包括以下步骤：
S1、测距模型参数拟合；
所述S1中测距模型参数拟合具体为：在测试区域先固定某个特高频无线传感器的位置，然后利用局放模拟源在每隔0.25m的直线距离之间测量距离该特高频无线传感器从1m到20m的接收强度信号数值，在每一个测量点使用局部放电源测量20次；
利用最小二乘法拟合式(1)测距模型中的参数：
RSSI＝A-10nlgd (1)；
其中，d表示放电源与传感器间的距离，RSSI表示测得的放电强度，模型参数A与路径损耗因子n待确定。
传感器阵列局部放电信号RSSI数据测量；
所述S1中传感器阵列局部放电信号RSSI数据测量具体为：设某个特高频无线传感器的坐标为：(xi,yj)，其中，i＝1..m，j＝1..m；设阵列中坐标为(xi,yj)的传感器接收的信号幅值为RSSIij。
S2、计算测量幅值信号与放电源间的几何关系，以此进行定位；
所述S2中计算测量幅值信号与放电源间的几何关系具体为：设m个传感器与待测节点P之间的距离di，则可以列出m个几何关系方程为：
Aθ＝b (2)
其中参数矩阵为：
Figure BDA0002506516010000061
Figure BDA0002506516010000062
矩阵θ为待测节点P的坐标，xij＝xj-xi，yij＝yj-yi，
Figure BDA0002506516010000063
进行定位：
利用极大似然估计法求最优解是要使得式(3)达到最小值，得到的极大似然估计结果为：
Figure BDA0002506516010000064
以此得到最接近实际点的待测节点P的坐标。
现场应用验证
在现场开展了局部放电源定位实验，示意图如图2所示，九个参考节点位置：(0，0)，(0，6)，(0，12)，(8，0)，(8，6)，(8，12)，(16，0)，(16，6)，(16，12)布置了特高频无线传感器。
根据S1中所述方法测得的距离与放电强度拟合曲线如图3所示。
根据式(1)可以得出拟合曲线的参数值，得到该测量环境下的A＝1.83，n＝0.06149。
在运用极大似然法进行的50次定位中，根据式(3)和(4)得到的平均定位误差为0.378m。图4给出了其中5次典型定位结果示意图。
以上测试表明，本实施例通过基于特高频RSSI数据极大似然估计的变电站全站空间的局部放电定位系统，在多次测量变电站中局部放电信号强度后，通过似然估计法实现了对局部放电源的定位。与传统的时差法、角度定位法相比，本方法只需要测量局部放电信号强度信息，在保证了较高的定位精度的同时，显著减小了系统硬件成本，有效地提高了变电站电力设备的监测、检修效率，具有较好的实际推广应用价值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于MLE的变电站空间局部放电定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1、对单个传感器不同距离的局部放电RSSI数据进行测量，并基于此拟合测距模型参数；具体为：在测试区域先固定某个特高频无线传感器的位置，然后利用局放模拟源在每隔0.25m的直线距离之间测量距离该特高频无线传感器从1m到20m的接收强度信号数值，在每一个测量点使用局部放电源测量20次；
利用最小二乘法拟合式(1)测距模型中的参数：
RSSI＝A-10nlgd (1)；
其中，d表示放电源与传感器间的距离，RSSI表示测得的放电强度，模型参数A与路径损耗因子n待确定；
S2、利用多个传感器组成阵列，结合S1拟合的测距模型得到测量幅值信号与放电源间的几何关系，以此进行定位；具体为：设某个特高频无线传感器的坐标为：(xi,yj)，其中，i＝1..m，j＝1..m；设阵列中坐标为(xi,yj)的传感器接收的信号幅值为RSSIij；m个传感器与待测节点P之间的距离di，则列出m个几何关系方程为：
Aθ＝b (2)
其中参数矩阵为：
Figure FDA0003265455830000011
Figure FDA0003265455830000012
矩阵θ为待测节点P的坐标，xij＝xj-xi，yij＝yj-yi，
Figure FDA0003265455830000013
2.根据权利要求1所述的基于MLE的变电站空间局部放电定位方法，其特征在于，利用极大似然估计法求最优解是要使得式(3)达到最小值，得到的极大似然估计结果为：
Figure FDA0003265455830000021
以此得到最接近实际点的待测节点P的坐标。
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