[发明专利]一种用于变电站局部放电测向的特高频相控阵的优化布置方法

说明书

本发明公开了一种用于变电站局部放电测向的特高频相控阵的优化布置方法，包括如下步骤：1)令相控阵的阵元数目和阵元间距不变，推导不同几何形状的克拉美罗下界表达式，优化特高频相控阵的几何形状；2)对于几何形状优化后的相控阵，令相控阵的阵元间距不变，在数值仿真中绘制测向误差与阵元数目的关系曲线，结合采集系统的造价，优化特高频相控阵的阵元数目；3)对于几何形状、阵元数目优化后的相控阵，采集变电站内的局部放电信号，分析信号频谱，优化特高频相控阵的阵元间距。本发明所用特高频相控阵体积较小，抗干扰能力强，拥有较高的空间分辨率，便于局部放电巡检。

技术领域：

本发明属于局部放电检测技术领域，尤其涉及一种用于变电站局部放电测向的特高频相控阵的优化布置方法。

背景技术：

局部放电既是导致电力设备绝缘故障的主要原因，也是绝缘缺陷的重要征兆和检测手段。特高频法是一种抗干扰性能佳、灵敏度高以及可以实现放电源定位的局部放电监测方法，近年来得到了国内外的普遍认可。目前对变电站的局部放电检测是针对重要的电力设备如气体绝缘组合电器设备、变压器等，通常将传感器安装在单一设备上，但对于电流互感器等次要设备的检测不够。为此，国内外学者提出建立一个移动式平台，利用较少的特高频传感器，对变电站内高压设备进行全方位的局部放电巡检和定位。时间差定位算法通常被应用于该系统中，但是为了提高系统定位精度，天线间距需达到1.1m～4m，导致阵列体积较大，不方便巡检。为了缩小阵列体积，基于相控阵理论的局部放电检测与测向系统被提出。该系统具有系统体积小、干扰抑制能力强、灵活的波束控制和较高的空间分辨能力等优点，拥有较高的应用潜力。

基于相控阵理论的测向算法的代表是多重信号分类算法。该算法利用信号子空间和噪声子空间的正交性来估计窄带信号的入射方向，具有测向精度高、抗干扰能力强等优点。但由于局部放电信号是宽带信号，直接使用多重信号分类算法进行处理会使得测向精度下降。为了提高测向精度，相关学者提出把宽带信号分割成多个子带，对每个子带应用多重信号分类算法处理，最后将空间谱进行组合，即可实现对宽带信号进行测向。

研究发现，特高频相控阵的布置方法对系统的测向精度影响很大。在理论分析测向精度方面，克拉美罗下界代表阵列能达到的最小测向误差，可作为阵列优化布置的工具。在各种布置方法中，均匀直线阵列具有结构简单、运算量小等优点，但其只能估计方位角，且测向精度受方位角的影响较大，因而应用于变电站局部放电测向时有一定的局限性；平面阵列可以同时估计局部放电信号的俯仰角、方位角，但其测向精度受阵列几何形状、阵元数目、阵元间距等因素的影响，目前国内外相关的研究工作尚未深入展开。

因此，亟需一种用于变电站局部放电测向的特高频相控阵的优化布置方法，以提高系统测向精度，减小阵列体积。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种用于变电站局部放电测向的特高频相控阵的优化布置方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

一种用于变电站局部放电测向的特高频相控阵的优化布置方法，包括如下步骤：

1)令相控阵的阵元数目和阵元间距不变，推导不同几何形状的克拉美罗下界表达式，优化特高频相控阵的几何形状；

2)对于几何形状优化后的相控阵，令相控阵的阵元间距不变，在数值仿真中绘制测向误差与阵元数目的关系曲线，结合采集系统的造价，优化特高频相控阵的阵元数目；

3)对于几何形状、阵元数目优化后的相控阵，采集变电站内的局部放电信号，分析信号频谱，优化特高频相控阵的阵元间距。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中所述不同几何形状为二维图形。

本发明进一步的改进在于，二维图形包括圆形和正方形。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中所述推导不同几何形状的克拉美罗下界表达式，包含以下步骤：