一種基于opgw光偏振態(tài)的輸電線路雷擊點定位新方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種輸電線路雷擊點故障定位方法，尤其是涉及一種基于OPGW光偏 振態(tài)的輸電線路雷擊點定位新方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)，電力傳輸網(wǎng)和通信網(wǎng)融合成為主要發(fā)展趨勢。光纖復(fù)合架 空地線（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire，0PGW)由于在原來普通地線的 基礎(chǔ)上添加了光單元，具有防雷保護(hù)兼電力系統(tǒng)通信的功能，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的 應(yīng)用。實際中，在雷擊OPGW時經(jīng)常發(fā)生損傷、斷股，甚至光纖損壞的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了電網(wǎng) 運(yùn)行及實時數(shù)據(jù)傳輸。
[0003] 目前現(xiàn)有的輸電線路故障定位方法從原理上來分，主要包括故障分析法和行波 法。故障分析法是在系統(tǒng)運(yùn)行方式和線路參數(shù)確定的條件下，依據(jù)測量電壓、電流是故障 距離的函數(shù)來建立方程進(jìn)行定位點求解，該方法受線路實際參數(shù)變化及工頻電氣量采集效 果的影響；行波法是利用輸電線路行波傳輸理論，根據(jù)故障后的暫態(tài)行波在經(jīng)過一系列折、 反射后到達(dá)測量端的時間差來進(jìn)行故障點定位。行波法由于較故障分析法有更高的定位精 度，目前被廣泛應(yīng)用于輸電線路測距中，但現(xiàn)場運(yùn)行經(jīng)驗表明，行波法有時不能準(zhǔn)確辨別故 障點和遠(yuǎn)端傳輸過來的高頻暫態(tài)行波，從而引起較大的定位誤差甚至定位失效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，為輸電線路雷擊故障點定位提供一種 新的技術(shù)，提供了一種利用法拉第效應(yīng)、采用迭代奇異值分解（SVD)算法結(jié)合廣義數(shù)學(xué)形 態(tài)學(xué)、小波分析等方法提取雷擊點處OPGW內(nèi)部傳輸光的偏振態(tài)突變量傳到偏振解調(diào)設(shè)備 中的時刻來進(jìn)行故障點精確定位的一種基于OPGW光偏振態(tài)的輸電線路故障測距方法。該 測距方法無需利用故障導(dǎo)線上的電氣量信息，僅需采集OPGW內(nèi)部傳輸光的偏振態(tài)信息即 可，避免了傳統(tǒng)故障測距方法中定位精度受過渡電阻、線路參數(shù)、系統(tǒng)運(yùn)行方式、行波傳輸 色散及行波波速等因素干擾的影響。通過多次實驗室環(huán)境測試，其測距誤差可控制在1 %以 內(nèi)，具有很尚的定位精度和可靠性。
[0005] 本發(fā)明涉及的技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的：
[0006] 一種基于OPGW光偏振態(tài)的輸電線路雷擊點定位新方法，其特征在于，包括以下步 驟：
[0007] 步驟1、現(xiàn)場采集光偏振態(tài)信號，并采用由半圓結(jié)構(gòu)元素組成的廣義形態(tài)學(xué)濾波器 對采樣信號進(jìn)行濾波預(yù)處理，具體方法是，在雷擊OPGW時，采用高速數(shù)據(jù)采集卡采集OPGW 內(nèi)部傳輸光的偏振態(tài)信息，并存入計算機(jī)中用于后續(xù)數(shù)據(jù)處理；然后用由若干半圓結(jié)構(gòu)元 素組成的廣義數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)濾波器對采集的偏振態(tài)信號進(jìn)行濾波；
[0008] 步驟2、采用db5尺度小波對步驟1中濾波后的偏振態(tài)波形進(jìn)行6層分解，分解后 產(chǎn)生波形的高頻系數(shù)和低頻系數(shù)，然后對其低頻系數(shù)采用db5尺度小波進(jìn)行6層重構(gòu)；
[0009] 步驟3、將步驟2重構(gòu)后的一維波形數(shù)據(jù)信號作為SVD處理前的輸入信號，構(gòu)造 Hankel矩陣；構(gòu)造時定義Hankel矩陣的列數(shù)為設(shè)定的一定值，從而能夠確定該矩陣的行 數(shù)，然后對矩陣進(jìn)行SVD分解，可知分解后產(chǎn)生的分量信號的個數(shù)與矩陣的列數(shù)一致，根據(jù) 各分量信號的能量占總能量的百分比趨勢來確定首次分解時的Hankel矩陣的維數(shù)；具體 涉及到：
[0010] 定義濾波重構(gòu)后的一維信號為X = [X1, χ2，…，xN]，N為采樣點數(shù)，則構(gòu)造如下的 Hankel 矩陣：
[0011]
【主權(quán)項】
1. 一種基于OPGW光偏振態(tài)的輸電線路雷擊點定位新方法，其特征在于，包括以下步 驟： 步驟1、現(xiàn)場采集光偏振態(tài)信號，并采用由半圓結(jié)構(gòu)元素組成的廣義形態(tài)學(xué)濾波器對采 樣信號進(jìn)行濾波預(yù)處理，具體方法是，在雷擊OPGW時，采用高速數(shù)據(jù)采集卡采集OPGW內(nèi)部 傳輸光的偏振態(tài)信息，并存入計算機(jī)中用于后續(xù)數(shù)據(jù)處理；然后用由若干半圓結(jié)構(gòu)元素組 成的廣義數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)濾波器對采集的偏振態(tài)信號進(jìn)行濾波； 步驟2、采用db5尺度小波對步驟1中濾波后的偏振態(tài)波形進(jìn)行6層分解，分解后產(chǎn)生 波形的高頻系數(shù)和低頻系數(shù)，然后對其低頻系數(shù)采用db5尺度小波進(jìn)行6層重構(gòu)； 步驟3、將步驟2重構(gòu)后的一維波形數(shù)據(jù)信號作為SVD處理前的輸入信號，構(gòu)造 Hankel 矩陣；構(gòu)造時定義Hankel矩陣的列數(shù)為設(shè)定的一定值，從而能夠確定該矩陣的行數(shù)，然后 對矩陣進(jìn)行SVD分解，可知分解后產(chǎn)生的分量信號的個數(shù)與矩陣的列數(shù)一致，根據(jù)各分量 信號的能量占總能量的百分比趨勢來確定首次分解時的Hankel矩陣的維數(shù)；具體涉及到： 定義濾波重構(gòu)后的一維信號為X = [XpXy "·，χν]，N為采樣點數(shù)，則構(gòu)造如下的Hankel 矩陳.
其中I < η < N，m = N-n+1，為確定Hankel矩陣的維數(shù)，首先定義矩陣的列數(shù)為一系列 不同的數(shù)值，這樣矩陣的行數(shù)也就分別確定了，然后對確定的矩陣分別進(jìn)行SVD分解；SVD 分解是指對任意的實矩陣H，存在正交矩陣U = (U1, U2，…，um) e RmXm，V = (Vl，V2，…， vm) e Rnxn，使得 H = USVt 成立，其中
;e RmXn，〇 為零矩陣，q = min (m，η)， 且滿足δ ρ δ 2多…彡δ q，δ」(j = 1，2，···，q)稱為矩陣H的奇異值； 每個矩陣進(jìn)行SVD分解后，會得到與矩陣列數(shù)相同的奇異值個數(shù)，根據(jù)各奇異值的能 量在所有奇異值的總能量中所占的百分比的趨勢來確定最終的Hankel矩陣； 步驟4、對構(gòu)造的Hankel矩陣進(jìn)行SVD分解，并利用分解產(chǎn)生的第1層分量信號作為步 驟3中的輸入信號重新構(gòu)造 Hankel矩陣進(jìn)行迭代分解，以此類推，迭代大于等于8次后結(jié) 束，具體操作方式如下： 對H進(jìn)行SVD分解后，得到其第j個分量組成：
令？=(叉』1，叉』2，*"，叉』11)，9=(叉』_，叉』 (11+2)，*"，叉講)1'，即可得到該他]11?51矩陣進(jìn)行 SVD分解后的第j層分量信號為： Cj= (P，Qt) 這樣濾波重構(gòu)后的信號就可以用SVD分解后的一系列分量信號的疊加來表不；第一次 進(jìn)行SVD分解后，利用產(chǎn)生的第1層分量信號繼續(xù)作為原始信號重復(fù)步驟3構(gòu)造 Hankel矩 陣，然后進(jìn)行SVD分解，以此類推，進(jìn)行大于等于8次迭代分解后結(jié)束； 步驟5、利用步驟4最終迭代分解后的第2層分量信號進(jìn)行雷擊點定位，具體方法是： 迭代結(jié)束后選擇第2層中分量信號進(jìn)行雷擊點定位，定位公式為： L = ( Δ t/2) *v 式中At為偏振解調(diào)設(shè)備檢測到的雷擊點處OPGW內(nèi)部兩根不同光纖中的傳輸光偏振 態(tài)突變信息的時間差，V為光在光纖中的速度，L為雷擊點距線路末端的距離。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種輸電線路雷擊點故障定位方法，尤其是涉及一種基于OPGW光偏振態(tài)的輸電線路雷擊點定位新方法。本發(fā)明通過進(jìn)行雷擊OPGW試驗，采用迭代奇異值分解（SVD）算法結(jié)合廣義數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)、小波分析等方法提取雷擊點處OPGW內(nèi)部傳輸光的偏振態(tài)突變信息傳到偏振解調(diào)設(shè)備中的時刻來進(jìn)行故障點精確定位。本發(fā)明將法拉第效應(yīng)用于輸電線路故障測距中，避免了傳統(tǒng)故障測距方法中定位精度受過渡電阻、線路參數(shù)、系統(tǒng)運(yùn)行方式、行波傳輸色散及行波波速等因素干擾的影響，具有極高的定位精度。定位時只需在線路兩端進(jìn)行監(jiān)測，降低了投入成本。
【IPC分類】G01R31-08
【公開號】CN104655987
【申請?zhí)枴緾N201510091290
【發(fā)明人】龔慶武, 馮瑞發(fā), 李偉, 徐高
【申請人】武漢大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年2月28日