基于超声波传播路径识别的变压器局部放电源定位方法与流程

1.本发明涉及变压器局部放电定位技术领域，具体涉及一种基于超声波传播路径识别的变压器局部放电源定位方法。


背景技术：

2.变压器是电力系统中最为核心的设备之一，其运行状态直接影响着整个系统的安全稳定性，保障变压器的可靠性对电力系统的安全运行具有重要意义。大多数的变压器故障是由绝缘问题引起或诱发的，为避免发生严重故障，对变压器绝缘系统进行检测以获取其绝缘状态及变化信息尤为重要。局部放电分析是监测变压器绝缘状态的重要技术，利用超声波信号对局部放电源进行定位可为评估绝缘缺陷的风险提供更为充足的依据。
3.变压器内部局部放电所产生的超声波信号可以根据传播路径分为直达波和非直达波，直达波可以较为准确地反映超声波传感器与局部放电源之间的空间信息，非直达波的传播路径更长或存在切向移位，造成局部放电源定位的精度下降。因此，有效识别直达波与非直达波信号并根据识别结果做出相应处理以减弱非直达波的误差影响，对于提高局部放电源定位精度具有重要意义。


技术实现要素：

4.本发明提供一种基于超声波传播路径识别的变压器局部放电源定位方法，以提高局部放电源的定位精度。
5.本发明通过下述技术方案实现：
6.一种基于超声波传播路径识别的变压器局部放电源定位方法，包括：
7.s1、获取变压器内部局部放电所产生的若干超声波信号，所述超声波信号的数量必须大于等于4；
8.s2、提取若干所述超声波信号的特征参数；
9.s3、通过所述特征参数识别对应的所述超声波信号的传播路径；
10.s4、判断所述传播路径的类型并根据所述传输路径的类型的数量分配权重；
11.s5、根据所述权重对变压器内部局部放电源进行定位计算。
12.作为优化，s1中，通过若干超声波传感器获取变压器内部局部放电所产生的超声波信号。
13.作为优化，s2中，所述特征参数包括超声波信号的上升时间t
r,i
和频谱偏斜度s
k,i
。
14.作为优化，所述超声波信号的上升时间t
r,i
为超声波信号到达超声波传感器的达到时间和峰值时间之间的时间间隔。
15.作为优化，所述频谱偏斜度s
k,i
为超声波信号的频域三阶累加值，计算公式如下：
16.17.其中：ni是第i个超声波信号的频率点数量，a
i，j
是第i个超声波信号的第j个频率点幅值，是第i个超声波信号的所有频率点幅值平均值，a
rms
是第i个超声波信号的所有频率点幅值均方根值，
18.作为优化，s3的具体步骤为：
19.s3.1、使用已知超声波信号传播路径类型为直达波的a组超声波信号和已知超声波信号传播路径类型为非直达波的a组超声波信号对初始支持向量机模型进行训练；
20.s3.2、使用猎人猎物优化算法求解得到所述初始支持向量机模型的惩罚因子和径向基核函数宽度参数的最佳数值，利用求解得到的所述惩罚因子和径向基核函数宽度参数的最佳数值构建最终支持向量机模型，所述最终支持向量机模型称为超声波信号传播路径识别器；
21.s3.3、将所述超声波信号的特征参数输入至所述超声波信号传播路径识别器中，以识别所述超声波信号的传播路径为直达波或非直达波。
22.作为优化，根据预设规则获取超声波传感器的权重，所述预设规则为：
23.a.假如若干超声波传感器检测到的直达波超声波信号的个数大于等于4则舍弃所有非直达波超声波信号，只保留直达波超声波信号，令k1＝1，k2＝0，超声波信号传播路径为直达波的超声波信号的权重为k1，超声波信号传播路径为非直达波的超声波信号的权重为k2；
24.b.假如若干超声波传感器检测到的直达波超声波信号的个数为1～(x-1)，则令k1＝1，k2＝1/(a+b+c)，其中a、b、c为变压器的尺寸，单位为毫米，超声波信号传播路径为直达波的超声波信号的权重为k1，超声波信号传播路径为非直达波的超声波信号的权重为k2；
25.c.假如若干超声波传感器检测到的直达波超声波信号的个数为0，则令k1＝0，k2＝1，超声波信号传播路径为直达波的超声波信号的权重为k1，超声波信号传播路径为非直达波的超声波信号的权重为k2；
26.即所述超声波信号的权重表示为：
27.作为优化，s5的具体步骤为：
28.s5.1、构建若干所述超声波信号的权重矩阵；
29.s5.2、基于所述权重矩阵构建关于超声波传感器坐标与放电源坐标的目标函数；
30.s5.3、对所述目标函数求解，得到实施放电源的坐标。
31.作为优化，所述超声波信号的权重矩阵w表示为：
[0032][0033]
βi表示第i个超声波信号的权重。
[0034]
作为优化，关于超声波传感器坐标与放电源坐标的目标函数为：
[0035]
f(θ)＝(aθ-b)
t
w(aθ-b)；
[0036]
其中：
[0037]
v是超声波信号传播速度，是超声波信号从局部放电源传播至第1个超声波传感器的时间，是第i个超声波传感器与第1个超声波传感器之间的到达时间差测量值，i≥2，t
i1
是第i个传感器与参考传感器之间的到达时间差理论值，ei是测量误差，di是局部放电源和第i个超声波传感器之间的距离，定义为：
[0038][0039]
[xi,yi,zi]为第i个超声波传感器的坐标，[x,y,z]为放电源坐标。
[0040]
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0041]
本发明能够有效识别直达波与非直达波信号，并根据识别结果做出相应处理以减弱非直达波的误差影响，对于提高局部放电源定位精度具有重要意义。
附图说明
[0042]
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
[0043]
图1为本发明所述的一种基于超声波传播路径识别的变压器局部放电源定位方法的流程图。
具体实施方式
[0044]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
[0045]
实施例1
[0046]
一种基于超声波传播路径识别的变压器局部放电源定位方法，包括：
[0047]
s1、获取变压器内部局部放电所产生的若干超声波信号，所述超声波信号的数量必须大于等于4。
[0048]
本实施例中，通过若干超声波传感器获取变压器内部局部放电所产生的超声波信号，一个超声波传感器获取一个超声波信号。具体的，使用n(n≥4)个超声波传感器获取变压器内部局部放电源产生的n个超声波信号；设待求的局部放电源坐标为[x,y,z]；第i个超
声波传感器的坐标为[xi,yi,zi]，i＝1，2，3，
……
，n。n≥4，是由于在三维空间，4个信号才能求解。
[0049]
s2、提取若干所述超声波信号的特征参数。
[0050]
本实施例中，所述特征参数包括超声波信号的上升时间t
r,i
和频谱偏斜度s
k,i
(i＝1，2，3，
……
，n)。
[0051]
具体的，所述超声波信号的上升时间t
r,i
为超声波信号到达超声波传感器的达到时间和峰值时间之间的时间间隔，所述频谱偏斜度s
k,i
为超声波信号的频域三阶累加值，计算公式如下：
[0052][0053]
其中：ni是第i个超声波信号的频率点数量，a
i，j
是第i个超声波信号的第j个频率点幅值，是第i个超声波信号的所有频率点幅值平均值，a
rms
是第i个超声波信号的所有频率点幅值均方根值，
[0054]
s3、通过所述特征参数识别对应的所述超声波信号的传播路径；
[0055]
本实施例中，s3的具体步骤为：
[0056]
s3.1、使用已知超声波信号传播路径类型为直达波的a组超声波信号和已知超声波信号传播路径类型为非直达波的a组超声波信号对初始支持向量机模型进行训练；例如，使用已知超声波信号传播路径类型为直达波的50组超声波信号和已知超声波信号传播路径类型为非直达波的50组超声波信号进行支持向量机模型训练。
[0057]
s3.2、使用猎人猎物优化算法求解得到所述初始支持向量机模型的惩罚因子和径向基核函数宽度参数的最佳数值，利用求解得到的所述惩罚因子和径向基核函数宽度参数的最佳数值构建最终支持向量机模型，所述最终支持向量机模型称为超声波信号传播路径识别器；
[0058]
s3.3、将所述超声波信号的特征参数输入至所述超声波信号传播路径识别器中，以识别所述超声波信号的传播路径为直达波或非直达波。
[0059]
例如，构建第i个超声波信号的特征向量为xi＝[t
r,i
，s
k,i
]，将第i个超声波信号的特征向量xi输入到超声波信号传播路径识别器中，得到超声波信号传播路径的类型为直达波或非直达波。
[0060]
s4、判断所述传播路径的类型并根据所述传输路径的类型的数量分配权重；
[0061]
所述超声波传感器的权重表示为：
[0062]
例如，第i个超声波传感器的权重为βi，其赋值规则如下所示：
[0063][0064]
其中：1≥k1≥k2≥0。k1≥k2，是因为直达波的权重大于非直达波的权重，这样是因为直达波准，非直达波不准的原因，同时，由于一个超声波传感器对应接收一个超声波信号，因此，超声波信号的权重，可以理解为对应的超声波传感器的权重。
[0065]
根据预设规则获取超声波传感器的权重，所述预设规则为：
[0066]
a.假如若干超声波传感器检测到的直达波超声波信号(即超声波信号传播路径的类型为直达波)的个数大于等于4，则舍弃所有非直达波超声波信号(即超声波信号传播路径的类型为非直达波)，只保留直达波超声波信号，令k1＝1，k2＝0，超声波信号传播路径为直达波的超声波信号的权重为k1，超声波信号传播路径为非直达波的超声波信号的权重为k2；
[0067]
b.假如若干超声波传感器检测到的直达波超声波信号的个数为1～(x-1)，则令k1＝1，k2＝1/(a+b+c)，其中a、b、c为变压器的尺寸，单位为毫米，超声波信号传播路径为直达波的超声波信号的权重为k1，超声波信号传播路径为非直达波的超声波信号的权重为k2；
[0068]
c.假如若干超声波传感器检测到的直达波超声波信号的个数为0，则令k1＝0，k2＝1，超声波信号传播路径为直达波的超声波信号的权重为k1，超声波信号传播路径为非直达波的超声波信号的权重为k；
[0069]
s5、根据所述权重对变压器内部局部放电源进行定位计算。
[0070]
本实施例中，s5的具体步骤为：
[0071]
s5.1、构建若干所述超声波信号的权重矩阵；
[0072][0073]
βi表示第i个超声波信号的权重；
[0074]
s5.2、基于所述权重矩阵构建关于超声波传感器坐标与放电源坐标的目标函数；
[0075]
f(θ)＝(aθ-b)
t
w(aθ-b)；
[0076]
其中：其中：
[0077]
v是超声波信号传播速度，是超声波信号从局部放电源传播至第1个超声波传感器(可以理解为参考传感器)的时间，是第i个超声波传感器与第1个超声波传感器之间的到达时间差测量值，i≥2，t
i1
是第i个传感器与参考传感器之间的到达时间差理论值，ei是测量误差，di是局部放电源和第i个超声波传感器之间的距离，定义为：
[0078][0079]
[xi,yi,zi]为第i个超声波传感器的坐标，[x,y,z]为放电源坐标；
[0080]
s5.3、对所述目标函数求解，得到实施放电源的坐标。
[0081]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。