[发明专利]基于电磁波天线阵列信号处理的变电站局部放电定位方法

摘要

一种基于电磁波天线阵列信号处理的变电站局部放电定位方法，它由局部放电检测装置完成，该装置由安装在变电站内的全向天线阵列、内置放大器、超高速数据采样单元以及数据处理单元构成；该定位方法基于L型天线阵列信号处理，利用旋转不变技术求取信号波达方向的思想，构造矩阵，得到局部放电源到达天线的方位角，实现变电站局部放电源的平面定位。本发明不需要计算信号的时延序列，故可以降低对采集系统采样率的要求，且通过求解两个波达方向上的直线交点，即求解二元一次方程组，得到局部放电源的平面坐标，避免了求解非线性方程组。

主权项

1.一种基于电磁波天线阵列信号处理的变电站局部放电定位方法，它由局部放电检测装置完成，该装置由安装在变电站内的全向天线阵列、内置放大器、超高速数据采样单元以及数据处理单元构成；全向天线用来接收局部放电激发的电磁波，该全向天线阵列的带宽为300M-2000M，并由同带宽的前置放大器对所接受到的信号放大后传输至超高速数据采集单元；超高速数据采集单元对输出信号进行同步采集后，由数据处理单元对采集后的信号进行处理，最后得到局部放电的准确位置，所述的全向天线阵列是由4根天线围成的矩形阵列构成，其特征在于，该定位方法的具体步骤如下：①以第一根天线为原点，第一根天线和第二根天线为x轴，第一根天线和第三根天线为y轴，建立三维直接坐标系xoy，其中，第一根天线、第二根天线和第三根天线组成第一个L-型天线阵列；②根据L-型天线阵列接收的信号，计算互协方差矩阵：C1=E[X1Y1H]=Ax1RsAy1H+N1---(9)]]>C2=E[X2Y1H]=Ax1ΦxRsAy1H+N2---(10)]]>C3=E[X1Y2H]=Ax1RsΦyAy1H+N3---(11)]]>C4=E[X2Y2H]=Ax1ΦxRsΦyAy1H+N4---(12)]]>其中，E[·]表示数学期望，N_i,i＝1,2,3,4为噪声的互协方差矩阵，R_s＝E[SS^H]∈C^K×K为信号的互协方差矩阵，由假设K个信号相互独立，R_s为对角矩阵，Φ_x和Φ_y为旋转矩阵：构造矩阵C＝(C₁,C₂,C₃,C₄)^T；③计算R_C＝CC^H：对矩阵R_C进行特征值分解，可得信号子空间，用矩阵表示为，其最大的K个特征值为{f_k|k＝1,2,.,K}，以对应特征值f_k的特征向量为列向量组成的矩阵，分块表示为：E=E1E2E3E4=Ax1Ax1ΦxAx1ΦyHAx1ΦxΦyHT---(15)]]>其中T为可逆矩阵；④记计算Ω_y和Ω_x的最小二乘解，公式如下：上标表示矩阵的Moore-Penrose Pseudo逆，的K个特征值分别为：的K个特征值分别为：k＝1,2,…,K；⑤计算信号S_k到达第一根天线的二维方位角为：θk=arcsinuk2+vk2---(18)]]>其中，和⑥以第四根天线为原点，第四根天线和第三根天线为x轴，第四根天线和第二根天线为y轴，建立第二个三维直接坐标系x’o’y’，其中，第四根天线、第二根天线和第三根天线组成第二个L-型天线阵列；⑦计算信号Sk到达第四根天线的二维方位角：⑧计算局部放电源在xoy坐标平面内的投影的坐标，实现局部放电源的平面定位，公式如下：其中，(x，y)为变电站内局部放电源的平面坐标，d_x，d_y分别为天线阵列x轴和y轴天线的间距。