專利名稱：變壓器局放源個(gè)數(shù)辨識(shí)方法與系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于辨識(shí)變壓器局部放電源個(gè)數(shù)的方法及專用檢測(cè)系統(tǒng)，屬檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著供電容量的增長(zhǎng)，對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的要求越來越高，而電力變壓器是電力系統(tǒng)中的樞紐設(shè)備，其運(yùn)行可靠性直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。對(duì)實(shí)際故障的統(tǒng)計(jì)分析表明，絕緣故障是影響變壓器正常運(yùn)行的主要原因，而局部放電是造成絕緣故障的重要原因。當(dāng)前，發(fā)展電力設(shè)備的狀態(tài)維修已經(jīng)成為一種必然趨勢(shì)，而準(zhǔn)確的局部放電定位不僅對(duì)局部放電的危害程度的評(píng)估有著重要的輔助作用，而且也可以為變壓器的狀態(tài)檢修提供科學(xué)的指導(dǎo)，以便維護(hù)人員有的放矢進(jìn)行設(shè)備維修，迅速排除故障，提高維修水平，同時(shí)也對(duì)改進(jìn)變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、提高制造工藝水平具有指導(dǎo)意義。變壓器局部放電的傳統(tǒng)檢測(cè)方法主要有脈沖電流法、氣相色譜法、超聲波法、超高頻法和光測(cè)法。其中，超聲波法因具有可以避免電磁干擾的影響、定位方便、在線檢測(cè)與離線檢測(cè)的結(jié)果相同等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛應(yīng)用。在利用超聲波法檢測(cè)變壓器局部放電源位置的各算法中，準(zhǔn)確辨識(shí)局放源個(gè)數(shù)是一個(gè)關(guān)鍵問題。在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合，局放源數(shù)往往是個(gè)未知數(shù)，需要先辨識(shí)局放源的數(shù)目或假設(shè)已知，才能估計(jì)局放源的方位。例如空間譜估計(jì)技術(shù)中的大部分算法均需要知道信號(hào)源數(shù)，當(dāng)辨識(shí)的局放源數(shù)目與真實(shí)的數(shù)目不一致時(shí)，空間譜曲線中的峰值個(gè)數(shù)與實(shí)際源數(shù)不相同，造成漏警或虛警，從而對(duì)真實(shí)信號(hào)方位的確定產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此，電力變壓器局放源的個(gè)數(shù)辨識(shí)是一項(xiàng)十分重要的研究工作。目前，信號(hào)源個(gè)數(shù)辨識(shí)的常用方法主要包括AIC準(zhǔn)則、平滑秩法，蓋氏圓準(zhǔn)則、正則相關(guān)技術(shù)，等等。由Akaike提出的AIC準(zhǔn)則和由khwartz及Rissanen提出的MDL準(zhǔn)則是為了解決模式選擇問題而提出的?；贏IC和MDL準(zhǔn)則，M. Wax和T. Kailath提出一種信號(hào)源數(shù)目估計(jì)方法，并證明由MDL準(zhǔn)則得到的估計(jì)是信源數(shù)目真實(shí)值的一致性估計(jì)，而AIC準(zhǔn)則得到的不是一致估計(jì)。該方法利用的是陣列協(xié)方差矩陣的特征值，根據(jù)信號(hào)特征值和噪聲特征值來進(jìn)行信號(hào)源數(shù)目辨識(shí)。優(yōu)點(diǎn)是不需要人為事先設(shè)定一個(gè)檢測(cè)門限，從而避免了人的主觀因素對(duì)信源數(shù)目估計(jì)的影響。AIC準(zhǔn)則不是一致性估計(jì)，即在大快拍數(shù)的場(chǎng)合，它仍然有較大的誤差概率；而MDL準(zhǔn)則相對(duì)較好；HQ準(zhǔn)則居于兩者之間，主要原因是由準(zhǔn)則中的罰函數(shù)項(xiàng)引起的。MDL準(zhǔn)則是一致性估計(jì)，也就是在高信噪比情況下該準(zhǔn)則有較好的性能，但在低信噪比情況下該準(zhǔn)則相比AIC有較高的誤差概率。平滑秩法是基于解相干基礎(chǔ)的信號(hào)源數(shù)估計(jì)問題，根據(jù)得到的平滑秩序列判斷源數(shù)及結(jié)構(gòu)，平滑秩中最大的數(shù)即為信號(hào)源數(shù)。它與信息論法相比有如下優(yōu)點(diǎn)當(dāng)信噪比較大、快拍數(shù)較大時(shí)，平滑秩序列法比AIC及HQ算法的性能要好；當(dāng)入射信號(hào)包括幾個(gè)相干源群時(shí)，信息論法只能辨識(shí)信號(hào)源數(shù)，無法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行辨識(shí)。而平滑秩算法不但可以辨識(shí)出信號(hào)源總數(shù)，而且還可辨識(shí)出信號(hào)源結(jié)構(gòu)。但平滑秩法的運(yùn)算過程較為繁雜，不易編程。蓋氏圓準(zhǔn)則(GDE)不是利用自相關(guān)矩陣的特征值，而是利用它的蓋氏圓半徑來進(jìn)行信號(hào)源數(shù)目估計(jì)。根據(jù)蓋氏圓定理，信號(hào)對(duì)應(yīng)的蓋氏圓半徑較大，而噪聲對(duì)應(yīng)的蓋氏圓半徑為零。實(shí)際上，由于自相關(guān)矩陣是估計(jì)的，噪聲對(duì)應(yīng)的蓋氏圓半徑并不一定為零。兩類蓋氏圓盤分開的程度決定于估計(jì)協(xié)方差矩陣的樣本數(shù)，樣本數(shù)越大，協(xié)方差矩陣估計(jì)越精確， 越能將蓋氏圓盤分開，因而就可以從蓋氏圓盤中確定局放源個(gè)數(shù)。目前，蓋氏圓準(zhǔn)則已有多種改進(jìn)，其中最常見的改進(jìn)算法(MGDE)基本原理是對(duì)陣元間相關(guān)函數(shù)進(jìn)行替換并加權(quán)綜合來提高辨識(shí)精度。蓋氏圓準(zhǔn)則在高信噪比情況下性能很好，低信噪比下性能不太理想。正則相關(guān)技術(shù)(CCT)是假設(shè)獨(dú)立的窄帶信號(hào)入射到兩個(gè)空間分離的陣列，對(duì)整個(gè)陣列的協(xié)方差矩陣進(jìn)行一定的變換并對(duì)其進(jìn)行奇異值分解，然后將奇異值降序排列，再利用奇異值構(gòu)造一個(gè)序列，通過此序列與一個(gè)由已知虛警概率所得到的判決門限比較，就可以判斷出信源數(shù)。該算法在高信噪比下性能很好，低信噪比下也明顯比平滑秩法和AIC準(zhǔn)則好，在色噪聲下可以設(shè)定不同的門限值，具有魯棒性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能方便、準(zhǔn)確地辨識(shí)電力變壓器局部放電源個(gè)數(shù)的方法，本發(fā)明同時(shí)還給出了辨識(shí)系統(tǒng)。本發(fā)明所述問題是以下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種變壓器局放源個(gè)數(shù)辨識(shí)方法，它采用超聲陣列傳感器接收局放源發(fā)出的超聲寬頻信號(hào)，并形成陣列模型，然后應(yīng)用寬頻陣列信號(hào)處理算法中的TCT算法將超聲陣列傳感器所接收的寬帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成窄帶信號(hào)，再應(yīng)用改進(jìn)蓋氏圓方法對(duì)變壓器局部放電源個(gè)數(shù)進(jìn)行辨識(shí)。上述變壓器局放源個(gè)數(shù)辨識(shí)方法，它包括以下步驟
a、將超聲陣列傳感器緊貼于變壓器表面接收局放源發(fā)出的超聲寬頻信號(hào)；
b、采用TCT寬帶聚焦算法，將不同頻率下的方向矩陣
4C//)變換到最優(yōu)參考頻率f 0 :f 0的確定方法如下 根據(jù)聚焦誤差最小的準(zhǔn)則
權(quán)利要求
1.一種變壓器局放源個(gè)數(shù)辨識(shí)方法，其特征是，它利用超聲陣列傳感器接收局放源發(fā)出的超聲寬頻信號(hào)，并形成陣列模型，然后應(yīng)用寬頻陣列信號(hào)處理算法中的TCT算法將超聲陣列傳感器所接收的寬帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成窄帶信號(hào)，再應(yīng)用改進(jìn)蓋氏圓方法對(duì)變壓器局部放電源個(gè)數(shù)進(jìn)行辨識(shí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述變壓器局放源個(gè)數(shù)辨識(shí)方法，其特征是，它按以下步驟進(jìn)行a、將超聲陣列傳感器緊貼于變壓器表面接收局放源發(fā)出的超聲寬頻信號(hào)；b、采用TCT寬帶聚焦算法，將不同頻率下的方向矩陣MJi)變換到最優(yōu)參考頻率f。f。的確定方法如下 根據(jù)聚焦誤差最小的準(zhǔn)則采用搜索的方法獲得最優(yōu)參考頻率·Λ ；式中，M = · q (Py) , ^勵(lì)和g購(gòu)分別表示玲和&的奇異值，線和$分別表示陣列輸出數(shù)據(jù)去噪后的中心參考頻率和第j段數(shù)據(jù)的頻率的協(xié)方差矩陣；c、采用改進(jìn)蓋氏圓算法對(duì)聚焦后的窄帶信號(hào)進(jìn)行個(gè)數(shù)辨識(shí)，確定局部放電源的個(gè)數(shù)； 假設(shè)均勻陣列由I個(gè)等間距的基元組成，有i個(gè)局放信號(hào)入射，陣列接收的超聲寬頻信號(hào)經(jīng)聚焦后可以通過如下公式表示Χ{ =+ Ars(I)當(dāng)噪聲為空間高斯白噪聲時(shí)，該信號(hào)的協(xié)方差矩陣為K = 5(x(l)x(if) = A(@) RssAief+σ2Ι其中， 是信號(hào)源協(xié)方差矩陣ι是高斯白噪聲的能量，/是Ifxif的單位陣，在實(shí)際應(yīng)用中，I是通過各次快拍得到的信號(hào)協(xié)方差矩陣作平均來逼近的，後R欲的各列向量為~，j = Wz-If，則局放個(gè)數(shù)辨識(shí)按下述步驟進(jìn)行①對(duì)^^進(jìn)行奇異值分解并假定奇異值降序排列 P、= U1^Pm其中，是奇異值分解所得到的特征向量空間；②取巧=|巧5^|,7 = 1義…Af ,并分別對(duì)每一個(gè)『利用下述方法對(duì)信源數(shù)進(jìn)行辨識(shí)k依次取1，2，…，M，計(jì)算下式的值其中Af是通過各次快拍得到的信號(hào)協(xié)方差矩陣作平均來逼近^5f的快拍數(shù)， ￡)(約<0，1]是況的遞減函數(shù)，根據(jù)具體情況設(shè)定，如果當(dāng)A = Ab時(shí)，A(Aq)為第一個(gè)比零小的值，則信源數(shù)的辨識(shí)值取岣-i ；③將M次估計(jì)結(jié)果進(jìn)行加權(quán)平均，所得到的結(jié)果即為最終辨識(shí)出的信源數(shù)。
3.一種變壓器局放源個(gè)數(shù)辨識(shí)系統(tǒng)，其特征是，所述系統(tǒng)由超聲陣列傳感器、多通道高速數(shù)據(jù)同步采集裝置(13)及筆記本電腦(14)構(gòu)成，所述超聲陣列傳感器緊貼于變壓器 (11)外殼，其輸出信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大器(12)接多通道高速數(shù)據(jù)同步采集裝置(13)的輸入端， 所述多通道高速數(shù)據(jù)同步采集裝置(13)的信號(hào)輸出端接筆記本電腦(14)的輸入接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述變壓器局放源個(gè)數(shù)辨識(shí)系統(tǒng)，其特征是，所述超聲陣列傳感器為16陣元、4行X4列的平面結(jié)構(gòu)，單個(gè)陣元為水平截面直徑為7. 8mm，高18mm的圓柱體， 陣元中心間距8mm，材質(zhì)為壓電陶瓷。
全文摘要
一種變壓器局放源個(gè)數(shù)辨識(shí)方法與系統(tǒng)，用于對(duì)變壓器局部放電進(jìn)行監(jiān)測(cè)和定位。其技術(shù)方案是它采用超聲陣列傳感器接收局放源發(fā)出的超聲寬頻信號(hào)，并形成陣列模型，然后應(yīng)用寬頻陣列信號(hào)處理算法中的TCT算法將超聲陣列傳感器所接收的寬帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成窄帶信號(hào)，再應(yīng)用改進(jìn)蓋氏圓方法對(duì)變壓器局部放電源個(gè)數(shù)進(jìn)行辨識(shí)。本發(fā)明同時(shí)還給出了辨識(shí)系統(tǒng)。該方法不僅可對(duì)變壓器內(nèi)部局部放電源個(gè)數(shù)實(shí)施在線精確的辨識(shí)，而且所用個(gè)數(shù)辨識(shí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方法簡(jiǎn)單易行。
文檔編號(hào)G01R31/12GK102183710SQ201110050128
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月2日
發(fā)明者律方成, 李燕青, 王子建, 王永強(qiáng), 謝慶, 趙濤 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)(保定)