CN113030669A - 一种基于特高频幅值强度统计分析的局部放电定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种基于特高频幅值强度统计分析的局部放电定位方法，先根据传感器阵列接收到的模拟局放特高频信号幅值信息进行统计分析，给出视距传播和非视距传播的临界概率值；然后在实际监测中通过将监测信号输入训练集进行局部放电源的定位。本方法成本低，定位准确可靠。

Description

一种基于特高频幅值强度统计分析的局部放电定位方法

技术领域

本发明涉及一种用于局放定位领域的基于特高频幅值强度统计分析的局部放电定位方法。

背景技术

局部放电现象，主要指的是高压电气设备。据电网统计，局部放电是造成高压电气设备最终发生绝缘击穿的重要原因，也是绝缘劣化的重要标征。

局部放电全站特高频监测技术较多地采用到达时间(Time of Arrival,TOA)，或到达时间差(Time Difference of Arrival,TDOA)等基于时延序列的局部放电源定位方法。TOA方法是根据信号传播的发射、接收的时间和速度来计算发射、接收节点之间的距离，要求信号能保持精确同步；TDOA方法是发射节点同时发射两种不同传播速度的信号，然后通过信号到达的时间差来计算传播距离。时差定位法要求高速同步采样系统支持(GHz采样频率和ns级同步精度)，硬件成本高昂且算法实现较为困难。

另一类局放监测定位方法是基于特高频信号接收幅值强度(received signalstrength indicator,RSSI)的方法实现对空间局部放电的定位。研究较多的RSSI指纹图定位技术需要建立关于地理位置信息与接收信号强度的特征信息库，算法上包含离线与在线2个阶段，存在现场部署困难，实施较为繁琐等缺点。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种基于特高频幅值强度统计分析的局部放电定位方法，该方法提供了一种低成本的敞开式变电站空间局部放电定位方法。

实现上述目的的一种技术方案是：一种基于特高频幅值强度统计分析的局部放电定位方法，包括如下步骤：

步骤1，训练步骤，具体包括如下步骤；

步骤1.1，通过局放测试装置的局放传感器对模拟局放源进行检测；

步骤1.2，对于d个局放传感器，每次局部放电记录d个数据，通过该d个数据，统计局部放电位置，记录为向量x；

步骤1.3，n次放电后形成训练集D，即为D{(x_i,y_i)|i＝1,2,3…,n}，其中y为标签向量，与x均为d维向量，y＝{b₁,b₂,...,b_d}，其中b_j∈{1,-1}，1表示视距传播，-1表示非视距传播；

训练集的潜在预测分布由以下公式计算：

Y＝f(X)+ε

上式中，X为n个向量x组成的d×n的矩阵；Y同为n个标签向量y组成的d×n的矩阵；ε为独立的高斯随机变量，服从

高斯分布；

同理，设定测试后得到的测试集D*为

Y的先验分布为：

上式中，m为对称正定协方差矩阵，记为m＝g(X，X)，其中协方差函数g为：

式中：p和

为可以通过最大似然函数logp(y|X,(p,δ²))来优化的超参数；

训练数据集D和测试数据集D#的联合先验分布为：

该式得到了特高频幅值测量数据的视距传播的概率；

步骤2，测试步骤，具体包括如下步骤；

步骤2.1，通过局放测试装置的局放传感器对局放信号进行监测；

步骤2.2，d个传感器的接收信号强度数值都被输入到训练集D中，从中选择4个在视距传播情况下最高概率的传感器数值；

步骤2.3，将上述传感器数值输入下式

式中，Ui为第i个传感器数值的输出电压，可用信号峰值代替；Ri为第i个传感器到放电源之间的距离；αi为第i个传感器与放电源在球坐标系中Z轴方向上的夹角，并用牛顿迭代等方法来求解该非线性方程，获得放电源的位置信息。

本发明的一种基于特高频幅值强度统计分析的局部放电定位方法，通过分布式全向、超宽带UHF局放无线传感器阵列接收局部放电发出的电磁波信号，根据特高频信号幅值强度和信号衰减模型对局部放电源进行定位，先根据传感器阵列接收到的模拟局放特高频信号幅值信息进行统计分析，给出视距传播和非视距传播的临界概率值；然后在实际监测中通过将监测信号输入训练集进行局部放电源的定位。本方法成本低，定位准确可靠。

附图说明

图1为本发明的一种基于特高频幅值强度统计分析的局部放电定位方法的训练步骤的流程示意图；

图2为本发明的一种基于特高频幅值强度统计分析的局部放电定位方法的测试步骤的流程示意图。

具体实施方式

为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例进行详细地说明：

本发明的一种基于特高频幅值强度统计分析的局部放电定位方法，是基于全向特高频无线传感器展开的。其详细参数为：特高频天线带宽300-1500MHz，各向同性；通过带通滤波器，放大器和峰值检测器进行信号调理后得到局部放电特高频信号的RSSI值；采样频率为2.7MHz，数据通信协议采用IEEE 802.11标准，传感器为锂电池供电，方便使用和携带。

在自由空间无障碍物的情况，传感器接收到的局部放电特高频信号的幅值与距离成非线性关系，在自由环境下不同传感器接收同一个放电信号的输出电压U_i关系为：

式中，U_i为第i个传感器的输出电压，可用信号峰值代替；R_i为第i个传感器到放电源之间的距离；α_i为第i个传感器与放电源在球坐标系中Z轴方向上的夹角。常采用4个传感器的接收信号强度数值，并用牛顿迭代等方法来求解该非线性方程，从而获得放电源的位置信息。

但是基于电压幅值的定位方法，实际应用时由于复杂环境的影响，例如遮挡物造成的反射、折射等。这会造成较大的测距误差，进而导致较大的定位误差。因而，本发明的一种基于特高频幅值强度统计分析的局部放电定位方法在实际监测之前，在测试步骤前优先进行步骤1，训练步骤，请参阅图1，其具体步骤如下：

步骤1.1，通过局放测试装置的局放传感器对模拟局放源进行检测；

步骤1.2，对于d个局放传感器，每次局部放电记录d个数据，通过该d个数据，统计局部放电位置，记录为向量x；

步骤1.3，n次放电后形成训练集D，即为D{(x_i,y_i)|i＝1,2,3…,n}，其中y为标签向量，与x均为d维向量，y＝{b₁,b₂,...,b_d}，其中b_j∈{1,-1}，1表示视距传播，-1表示非视距传播；

训练集的潜在预测分布由以下公式计算：

Y＝f(X)+ε

上式中，X为n个向量x组成的d×n的矩阵；Y同为n个标签向量y组成的d×n的矩阵；ε为独立的高斯随机变量，服从

高斯分布；

同理，设定测试后得到的测试集D^*为

Y的先验分布为：

上式中，m为对称正定协方差矩阵，记为m＝g(X，X)，其中协方差函数g为：

式中：p和

为可以通过最大似然函数logp(y|X,(p,δ²))来优化的超参数；

训练数据集D和测试数据集D^#的联合先验分布为：

该式得到了特高频幅值测量数据的视距传播的概率。

在步骤1，训练步骤完成后。即可进行步骤2，测试步骤，对实际局放源进行监测和定位，请参与图2，其具体步骤如下：

步骤2.1，通过局放测试装置的局放传感器对局放信号进行监测；

步骤2.2，d个传感器的接收信号强度数值都被输入到训练集D中，从中选择4个在视距传播情况下最高概率的传感器数值；

步骤2.3，将上述传感器数值输入下式

式中，Ui为第i个传感器数值的输出电压，可用信号峰值代替；Ri为第i个传感器到放电源之间的距离；αi为第i个传感器与放电源在球坐标系中Z轴方向上的夹角，并用牛顿迭代等方法来求解该非线性方程，获得放电源的位置信息。

在本发明中，在训练步骤中，d个传感器布置在检测区域内，利用标准放电源产生局部放电脉冲，在每次放电中，记录传感器的接收信号强度向量x和对于每个传感器是否为视距传播和非视距传播的标记向量y，其中x和y均为d维向量。当n次放电结束，可获得训练数据集D，为d×n矩阵。训练数据集D用来训练分类器。

在测试步骤中，当局部放电信号产生后，d个传感器的接收信号强度数值都被输入到训练好的分类器中，并从中挑选出4个最有可能在视距传播情况下的传感器数值，并通过公式(1)计算求得最终局部放电源的定位结果。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (1)

1.一种基于特高频幅值强度统计分析的局部放电定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，训练步骤，具体包括如下步骤；

步骤1.1，通过局放测试装置的局放传感器对模拟局放源进行检测；

步骤1.2，对于d个局放传感器，每次局部放电记录d个数据，通过该d个数据，统计局部放电位置，记录为向量x；

步骤1.3，n次放电后形成训练集D，即为D{(x_i,y_i)|i＝1,2,3…,n}，其中y为标签向量，与x均为d维向量，y＝{b₁,b₂,...,b_d}，其中b_j∈{1,-1}，1表示视距传播，-1表示非视距传播；

训练集的潜在预测分布由以下公式计算：

Y＝f(X)+ε

上式中，X为n个向量x组成的d×n的矩阵；Y同为n个标签向量y组成的d×n的矩阵；ε为独立的高斯随机变量，服从

高斯分布；

同理，设定测试后得到的测试集D^*为

Y的先验分布为：

上式中，m为对称正定协方差矩阵，记为m＝g(X，X)，其中协方差函数g为：

式中：p和

为可以通过最大似然函数logp(y|X,(p,δ²))来优化的超参数；

训练数据集D和测试数据集D^#的联合先验分布为：

该式得到了特高频幅值测量数据的视距传播的概率；

步骤2，测试步骤，具体包括如下步骤；

步骤2.1，通过局放测试装置的局放传感器对局放信号进行监测；

步骤2.2，d个传感器的接收信号强度数值都被输入到训练集D中，从中选择4个在视距传播情况下最高概率的传感器数值；

步骤2.3，将上述传感器数值输入下式

式中，Ui为第i个传感器数值的输出电压，可用信号峰值代替；Ri为第i个传感器到放电源之间的距离；αi为第i个传感器与放电源在球坐标系中Z轴方向上的夹角，并用牛顿迭代等方法来求解该非线性方程，获得放电源的位置信息。

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