[发明专利]一种基于空间谱无模糊估计的变电站局部放电定位方法

说明书

技术领域

本发明属于电力设备局部放电检测技术领域，尤其是一种基于空间谱无模糊估计的变电站局部放电定位方法。

背景技术

敞开式变电站数量庞大，运行环境恶劣，高压设备绝缘老化比较严重，局部放电问题更应该引起关注。目前国内外开展的局放检测，通常将传感器固定安装在气体绝缘组合电器及变压器等核心设备上，局部放电检测和定位主要是针对具体设备进行。而变电站中的断路器、隔离开关、套管及电压/电流互感器等任意高压电力设备均可能发生局部放电，引发绝缘故障，但目前极少在这些设备上安装局部放电监测装置。若能够建立一种新型的变电站局部放电巡检系统，利用较少的传感器，对变电站全站高压设备进行全方位的局部放电巡检和定位，可有效提高变电站巡检效率，并降低大规模安装在线监测装置的成本。

为了缩小系统体积，提高局部放电检测系统的巡检效率，空间谱估计被应用于该系统的定位方法中。空间谱估计是电子对抗领域中的一种基于阵列的测向算法，相比传统的单个定向传感器，具有灵活的波束控制、高的信号增益、极强的抗干扰能力以及高的空间超分辨能力的优点。然而，如果阵列布置(阵元数目、阵元间距、阵列形状)选择不当，将会发生测向模糊，即在空间谱图上出现若干的虚假谱峰，干扰对真实谱峰的分辨，使无法对局部放电进行正常地定位。

发明内容

本发明的目地在于克服现有技术的不足，提出一种基于空间谱无模糊估计的变电站局部放电定位方法，解决测向模糊、测向精度低以及阵列尺寸过大的问题。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于空间谱无模糊估计的变电站局部放电定位方法，包括以下步骤：

步骤1、选用均匀圆阵作为特高频天线阵列；

步骤2、利用最小二乘算法对采集到的局部放电信号进行聚焦；

步骤3、采用基于四阶累计量的多重信号分类算法计算局部放电源的方位角和俯仰角；

步骤4、改变天线阵列位置，确定发生局部放电的电力设备。

步骤1中所述均匀圆阵的阵元为特高频天线，相邻阵元的间距是相同的，间距大于局部放电信号的半波长；阵元数目大于4且不含6。

步骤2中所述聚焦是将采集系统采集到的宽带局部放电信号转化为参考频率f₀下的窄带信号的过程。

步骤2中所述最小二乘算法包含以下步骤：

⑴利用离散傅里叶变换方法将采集系统采集到的局部放电信号分散到J个频宽较窄的频带上，各频带的中心频率为f_j(j＝0,1…J-1)；

⑵利用下式聚焦误差最小准则选择步骤3所述的参考频率f₀

式中其中矩阵P_j是f_j频点下去噪后的数据协方差矩阵(j＝0,1,…,J-1)，σ_i(P_j)为矩阵P_j经奇异分解后第i列对应的奇异值，N为阵元数目；

⑶计算聚焦矩阵T(f_j)

T(f_j)＝Q₀Q_j^H

式中，Q₀和Q_j分别为A₀A_j^H的左右奇异矢量(j＝0,1,…,J-1)，^H表示共轭转置，阵列流型矩阵如下式：

式中f_j为各频带的中心频率，τ_i为第i个阵元相对于参考阵元的时延(i＝1,2,…,N)，θ为局部放电源相对于阵列中心的方位角，为局部放电源相对阵列中心的俯仰角，^T代表转置运算；

⑷计算聚焦后的信号X(f₀)

式中，X(f_j)为f_j频点下的数据矩阵(j＝0,1,…J-1)。

步骤3中所述基于四阶累计量的多重信号分类算法包括以下步骤：

⑴计算数据矩阵的四阶累积量R₄(f₀)

式中，X(f₀)为参考频点f₀下的数据矩阵，E表示统计平均，*表示共轭运算，表示Kronecker积；