利用信道模型实现路径反演的站域局放定位方法及系统

1.本发明属于电力设备监控领域，特别涉及利用信道模型实现路径反演的站域局放定位方法及系统。


背景技术：

2.在高压变压器日益小型化的情况下，其内部绝缘空间愈发紧凑，绝缘材料往往承受着很高的工作场强。而变压器从原材料选择、生产装配，到运输安装等各环节都有可能出现意料之外的问题，从而使内部产生一些隐式的缺陷，比如毛刺尖端、绝缘沿面的损伤，内装部件的松动甚至掉落。另外在变压器的运行过程中，在电、热、机械以及其它环境的综合作用下其油纸绝缘和固体绝缘会逐渐老化劣化，使得绝缘系统的机械强度和绝缘性能逐渐下降。当运行时间不断增加，变压器的绝缘缺陷会发展严重，在大电流过电压等诱因下就会引发绝缘的闪络或者击穿。
3.局部放电是变压器绝缘产生贯穿性局部放电故障前所产生的局部放电现象，是变压器绝缘故障早期的主要表现形式，是表征绝缘状况的重要特征量。其特点是只产生局部的缺陷局部放电，不会造成整体绝缘的破坏，但长时间作用下，其热、电、光、机械作用会扩大局部缺陷、造成整体绝缘恶化甚至击穿。因此局部放电检测是判断电力设备绝缘状况的有效且重要的手段，高效快捷地检测定位出电力设备局部放电已成为相关科研工作者十分关注的问题。
4.目前对局部放电的定位主要使用特高频传感器固定地贴在变压器等电力设备的表面，定位方式不灵活，检测成本高，效率低。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供利用信道模型实现路径反演的站域局放定位方法及系统，以解决上述问题。
6.为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：
7.利用信道模型实现路径反演的站域局放定位方法，包括以下步骤：
8.使用多天线阵列接收站域局部放电信号；
9.利用累积能量函数法确定各天线的波达时刻；
10.滤波选取所接收信号的能量最大频段分量；
11.建立变电站空间信道模型，包括设备和建筑物，及其对电磁波传播的阻挡和反射影响；
12.利用光路可逆性，以各天线为原点，以波达时刻的相反数为起始时刻，反向向空间发射所选频率电磁波；
13.在空间信道模型中模拟电磁波散播状态，当各天线所发射的电磁波在同一时刻汇聚为一点时，该点即为局放信源位置。
14.进一步的，多天线阵列包含3个或以上的天线接收源，且天线的接收带宽为300mhz
到1ghz。
15.进一步的，局部放电信号为局部放电的特高频波形信号。
16.进一步的，利用累积能量函数法分析天线接收到局放特高频信号，确定局放信号到达各个天线的波达时刻。
17.进一步的，对于接收到的信号波形，累积能量函数定义为：
[0018][0019][0020]
式中，e(tk)为至tk时刻的累积能量，v(ti)为ti时刻的采样点幅值，n为信号的采样点数目，em为信号平均功率；极小值对应时刻即为信号波达时刻；对于四天线阵列，将第一个接收到信号的时刻设为基准，即t0＝0，其余三个达到时间依次为t1，t2，t3。
[0021]
进一步的，采用带通滤波提取信号能量最大的窄带分量。
[0022]
进一步的，设备和建筑物为变电站内高于地面且反射面大于1平方米的设备和建筑。
[0023]
进一步的，具体的，利用cst仿真平台，搭建设备和建筑物的电磁参数模型，模拟变电站空间信道模型。
[0024]
进一步的，利用光路可逆性，以各天线为原点，以波达时刻的相反数为起始时刻，反向向空间发射所选频率电磁波；在空间信道模型中布置四个天线的真实位置，并在四个天线处，依照各自接收信号的波达时刻，分别在-t1，-t2，-t3和t0时刻模拟发射电磁波；cst仿真软件计算上述模型中电磁波在信道中的传播情况，并实时监测每个天线所发射电磁波的到达位置，当在某一时刻，四个单独的电磁波传播到同一位置时，该位置即为所求局放源所在空间。
[0025]
进一步的，利用信道模型实现路径反演的站域局放定位系统，包括：
[0026]
信号接收模块，用于使用多天线阵列接收站域局部放电信号；
[0027]
波达时刻确定模块，用于利用累积能量函数法确定各天线的波达时刻；
[0028]
滤波模块，用于滤波选取所接收信号的能量最大频段分量；
[0029]
空间信道模型建立模块，用于建立变电站空间信道模型，包括设备和建筑物，及其对电磁波传播的阻挡和反射影响；
[0030]
电磁波发射模块，用于利用光路可逆性，以各天线为原点，以波达时刻的相反数为起始时刻，反向向空间发射所选频率电磁波；
[0031]
位置确定模块，用于在空间信道模型中模拟电磁波散播状态，当各天线所发射的电磁波在同一时刻汇聚为一点时，该点即为局放信源位置。
[0032]
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
[0033]
在复杂的电磁环境中，局放定位受到信号多径传播的影响而导致定位模糊。本发明为解决信号多径传播导致定位精度劣化的问题，采用路径反演方法让信号模拟反向发射，自动回溯路径，搜寻可能存在的多径传播路径，并以时空汇聚点为判别方式，确认最终的局放源，实现在复杂多径环境中大幅度提高定位精度。该发明考虑了变电站环境对电磁
波的影响，避免了普遍采用算法对变电站高度理想化电磁传播空间的设想，提高了变电站站域局放实际定位精度。
[0034]
本发明考虑了变电站环境对电磁波的影响，避免了普遍采用算法对变电站高度理想化电磁传播空间的设想，提高了变电站站域局放实际定位精度。
附图说明
[0035]
图1为本发明所述站域局部放电定位方法的流程图
[0036]
图2为本发明举例天线接收到局放信号的频谱图
具体实施方式
[0037]
下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0038]
一种利用信道模型实现路径反演的站域局放定位方法，包括如下步骤
[0039]
a、使用双天线阵列接收局部放电信号；
[0040]
b、利用累积能量函数法确定各天线的波达时刻；
[0041]
上述步骤b举例来说，对于接收到的信号波形，累积能量函数定义为：
[0042][0043][0044]
式中，e(tk)为至tk时刻的累积能量，v(ti)为ti时刻的采样点幅值，n为信号的采样点数目，em为信号平均功率。极小值对应时刻即为信号波达时刻。对于四天线阵列，将第一个接收到信号的时刻设为基准，即t0＝0，其余三个达到时间依次为t1，t2，t3。
[0045]
c、滤波选取所接收信号的能量最大频段分量；
[0046]
上述步骤c举例来说，对于如下局放信号的频谱图，经过带宽50mhz的带通滤波器的移频检测，发现该信号的最大能量频段的中心频率为380mhz。
[0047]
d、建立变电站空间信道模型，包括主要设备和主要建筑物，及其对电磁波传播的阻挡和反射影响；
[0048]
上述步骤d举例来说，利用cst仿真平台，搭建主要设备(如变压器)和主要建筑物(如变电站工作间)的电磁参数模型，模拟变电站空间信道模型。
[0049]
e、利用光路可逆性，以各天线为原点，以波达时刻的相反数为起始时刻，反向向空间发射所选频率电磁波；
[0050]
上述步骤e举例来说，在步骤d中的空间信道模型中布置四个天线的真实位置。并在四个天线处，依照各自接收信号的波达时刻，分别在-t1，-t2，-t3和t0时刻模拟发射380mhz电磁波。
[0051]
f、在空间信道模型中模拟电磁波散播状态，当各天线所发射的电磁波在同一时刻汇聚为一点时，该点即为局放信源位置。
[0052]
cst仿真软件计算上述模型中电磁波在信道中的传播情况，并实时监测每个天线所发射电磁波的到达位置。当在某一时刻，四个单独的电磁波传播到同一位置(空间距离在
20cm以内)时，该位置即为所求局放源所在空间。
[0053]
本发明考虑了变电站环境对电磁波的影响，避免了普遍采用算法对变电站高度理想化电磁传播空间的设想，提高了变电站站域局放实际定位精度。
[0054]
所述使用多天线阵列接收站域局部放电信号，所使用多天线阵列包含3个或以上的天线接收源，且天线的接收带宽为300mhz到1ghz。
[0055]
所述局部放电信号为局部放电的特高频波形信号。
[0056]
所述利用累积能量函数法确定各天线的波达时刻，利用累积能量函数法分析天线接收到局放特高频信号，确定局放信号到达各个天线的波达时刻。
[0057]
所述滤波选取所接收信号的能量最大频段分量，采用带通滤波提取信号能量最大的窄带分量。
[0058]
所述建立变电站空间信道模型，包括主要设备和主要建筑物，及其对电磁波传播的阻挡和反射影响，其特征在于：主要设备和建筑物包括变压器，控制箱，操作间等变电站内高于地面且反射面大于1平方米的设备。
[0059]
上述实施例为本发明较佳的实施例，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的说明书内容与原理下所作的等效变化和修饰，都包含在本发明的涵盖范围之内。