一种电力设备局部放电超声定位方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110470956A(43)申请公布日2019.11.19(21)申请号201910717299.5(22)申请日2019.08.05(71)申请人上海电机学院地址200240上海市闵行区江川路690号(72)发明人胡锦熙刘文红张昊天(74)专利代理机构上海伯瑞杰知识产权代理有限公司31227代理人王一琦(51)Int.Cl.G01R31/12(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称一种电力设备局部放电超声定位方法(57)摘要本发明公开了一种电力设备局部放电超声定位方法，包括用于采集局部放电超声信号的超声波传感器、信号调理电路、用于数据采集的多通道模/数转换电路以及用于处理数字信号的计算机；信号调理电路包含限幅电路、放大电路和滤波电路，限制电路中的最大电压，保护系统元器件不被损坏；放大电路为两级放大电路，当大倍数最大为100倍，用于放大有用信号；滤波电路保留超声信号有效频段，滤除其他频段的干扰信号；计算机用于对系统作出实时自适应调节的自适应滤波器。本发明应用LMP时延估计算法对含有随机脉冲噪声的局放信号进行时延估计，提升了在实际电力设备现场环境中局部放电故障的定位精度。CN110470956ACN110470956A权利要求书1/2页1.一种电力设备局部放电超声定位方法，其特征在于：包括用于采集局部放电超声信号的超声波传感器、信号调理电路、用于数据采集的多通道模/数转换电路以及用于处理数字信号的计算机；所述信号调理电路包含限幅电路、放大电路和滤波电路，限制电路中的最大电压，保护系统元器件不被损坏；放大电路为两级放大电路，当大倍数最大为100倍，用于放大有用信号；滤波电路保留超声信号有效频段，滤除其他频段的干扰信号；所述计算机用于对系统作出实时自适应调节的自适应滤波器，计算机包括自适应滤波器和遗传算法，自适应滤波器采用LMP算法，其权系数矢量以及其他内部参数根据系统输入信号以及系统输入动态调整，根据自适应滤波器获得的不同传感器接收到局放信号的时间延迟建立声—声球面方程并通过遗传算法求解该方程得到局放源位置。2.根据权利要求1所述的电力设备局部放电超声定位方法，其特征在于：所述超声波传感器有四个，四个超声波传感器采集局部放电超声信号x(t)以及环境噪声n(t)，信号调理电路对采集到的信号进行放大、滤波预处理，而后将预处理的信号通过多通道模/数转换电路进行采集并送入计算机进行处理；用于求解局放源位置的方程为：其中T1、T2、T3、T4分别是局方超声信号到达四个超声波传感器的时间，L1、L2、L3、L4分别是局方源到达四个超声波传感器的距离；得到到达时差为：D21＝T2-T1，D31＝T3-T1，D41＝T4-T1，(式2)将时差带入方程可得到：1/21/2fi(x,y,z,ve)＝[(x-xi)+(y-yi)+(z-zi)]-[(x-x1)+(y-y1)+(z-z1)]-veDi1(式3)其中ve为等值声速，(xi，yi，zi)为第i个传感器的坐标，(x，y，z)为待求局放源坐标，Di1为第i个传感器接收到的局放信号相对于作为基准传感器的第一个传感器的相对时延；将式3转化为含有约束条件的最优化问题：其中Xmax、ymax、zmax分别为电力设备的长、宽、高；自适应滤波器估计时延是将信号间的延迟效应转换为一个传递函数为HS(f)的相移滤波器，采用最小平均p范数作为优化准则，在自适应迭代的过程中逐步实现对相移滤波器的模拟，其权矢量W(n)的峰值坐标即为时延估值D∧；局放时延信号X(n-D)经过自适应滤波器后的输出为：2CN110470956A权利要求书2/2页y(n)＝XT(n)*W(n)(式5)式5中X(n)为系统当前输入与前k个时刻的输入组成的向量：X(n)＝[x(n)x(n-1)x(n-2)...x(n-k)]T(式6)W(n)为系统k+1阶权系数矢量：TW(n)＝[w0(n)w1(n)w2(n)...wk(n)](式7)W(n)通过LMP最速下降法进行迭代，迭代公式为：p-1W(n+1)＝W(n)+μp|e(n)|sign(e(n))X1(n)(式8)式8中，e(n)为系统误差，Te(n)＝X2(n)-W(n)X1(n)(式9)式8中，sign为符号函数，μ为迭代步长，其取值范围为：0＜μ＜1/[(k+1)Pin](式10)其中k+1为权系数数目，Pin为输入信号功率，μ的具体取值根据系统计算能力、精度要求和收敛速度要求综合考量；式8中，p取值范围为：1≤p≤α(式11)式11中，1≤α≤2(式12)时延估计值：D∧＝argmax|w|(式13)将得到的时延估值带入式4中并用遗传算法求解非线性方程组的最优化问题，最终得到局放源