一種基于opgw光偏振態的輸電線路雷擊點定位新方法
【技術領域】
[0001] 本發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 振態的輸電線路雷擊點定位新方法。
【背景技術】
[0002] 隨著智能電網的建設，電力傳輸網和通信網融合成為主要發展趨勢。光纖復合架 空地線（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire，0PGW)由于在原來普通地線的 基礎上添加了光單元，具有防雷保護兼電力系統通信的功能，在電力系統中得到了廣泛的 應用。實際中，在雷擊OPGW時經常發生損傷、斷股，甚至光纖損壞的現象，嚴重影響了電網 運行及實時數據傳輸。
[0003] 目前現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運行方式和線路參數確定的條件下，依據測量電壓、電流是故障 距離的函數來建立方程進行定位點求解，該方法受線路實際參數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，根據故障后的暫態行波在經過一系列折、 反射后到達測量端的時間差來進行故障點定位。行波法由于較故障分析法有更高的定位精 度，目前被廣泛應用于輸電線路測距中，但現場運行經驗表明，行波法有時不能準確辨別故 障點和遠端傳輸過來的高頻暫態行波，從而引起較大的定位誤差甚至定位失效。
【發明內容】
[0004] 本發明主要是解決現有技術所存在的問題，為輸電線路雷擊故障點定位提供一種 新的技術，提供了一種利用法拉第效應、采用迭代奇異值分解（SVD)算法結合廣義數學形 態學、小波分析等方法提取雷擊點處OPGW內部傳輸光的偏振態突變量傳到偏振解調設備 中的時刻來進行故障點精確定位的一種基于OPGW光偏振態的輸電線路故障測距方法。該 測距方法無需利用故障導線上的電氣量信息，僅需采集OPGW內部傳輸光的偏振態信息即 可，避免了傳統故障測距方法中定位精度受過渡電阻、線路參數、系統運行方式、行波傳輸 色散及行波波速等因素干擾的影響。通過多次實驗室環境測試，其測距誤差可控制在1 %以 內，具有很尚的定位精度和可靠性。
[0005] 本發明涉及的技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：
[0006] 一種基于OPGW光偏振態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、現場采集光偏振態信號，并采用由半圓結構元素組成的廣義形態學濾波器 對采樣信號進行濾波預處理，具體方法是，在雷擊OPGW時，采用高速數據采集卡采集OPGW 內部傳輸光的偏振態信息，并存入計算機中用于后續數據處理；然后用由若干半圓結構元 素組成的廣義數學形態學濾波器對采集的偏振態信號進行濾波；
[0008] 步驟2、采用db5尺度小波對步驟1中濾波后的偏振態波形進行6層分解，分解后 產生波形的高頻系數和低頻系數，然后對其低頻系數采用db5尺度小波進行6層重構；
[0009] 步驟3、將步驟2重構后的一維波形數據信號作為SVD處理前的輸入信號，構造 Hankel矩陣；構造時定義Hankel矩陣的列數為設定的一定值，從而能夠確定該矩陣的行 數，然后對矩陣進行SVD分解，可知分解后產生的分量信號的個數與矩陣的列數一致，根據 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；具體 涉及到：
[0010] 定義濾波重構后的一維信號為X = [X1, χ2，…，xN]，N為采樣點數，則構造如下的 Hankel 矩陣：
[0011]
【主權項】
1. 一種基于OPGW光偏振態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、現場采集光偏振態信號，并采用由半圓結構元素組成的廣義形態學濾波器對采 樣信號進行濾波預處理，具體方法是，在雷擊OPGW時，采用高速數據采集卡采集OPGW內部 傳輸光的偏振態信息，并存入計算機中用于后續數據處理；然后用由若干半圓結構元素組 成的廣義數學形態學濾波器對采集的偏振態信號進行濾波； 步驟2、采用db5尺度小波對步驟1中濾波后的偏振態波形進行6層分解，分解后產生 波形的高頻系數和低頻系數，然后對其低頻系數采用db5尺度小波進行6層重構； 步驟3、將步驟2重構后的一維波形數據信號作為SVD處理前的輸入信號，構造 Hankel 矩陣；構造時定義Hankel矩陣的列數為設定的一定值，從而能夠確定該矩陣的行數，然后 對矩陣進行SVD分解，可知分解后產生的分量信號的個數與矩陣的列數一致，根據各分量 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；具體涉及到： 定義濾波重構后的一維信號為X = [XpXy "·，χν]，N為采樣點數，則構造如下的Hankel 矩陳.
其中I < η < N，m = N-n+1，為確定Hankel矩陣的維數，首先定義矩陣的列數為一系列 不同的數值，這樣矩陣的行數也就分別確定了，然后對確定的矩陣分別進行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； 每個矩陣進行SVD分解后，會得到與矩陣列數相同的奇異值個數，根據各奇異值的能 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、對構造的Hankel矩陣進行SVD分解，并利用分解產生的第1層分量信號作為步 驟3中的輸入信號重新構造 Hankel矩陣進行迭代分解，以此類推，迭代大于等于8次后結 束，具體操作方式如下： 對H進行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矩陣進行 SVD分解后的第j層分量信號為： Cj= (P，Qt) 這樣濾波重構后的信號就可以用SVD分解后的一系列分量信號的疊加來表不；第一次 進行SVD分解后，利用產生的第1層分量信號繼續作為原始信號重復步驟3構造 Hankel矩 陣，然后進行SVD分解，以此類推，進行大于等于8次迭代分解后結束； 步驟5、利用步驟4最終迭代分解后的第2層分量信號進行雷擊點定位，具體方法是： 迭代結束后選擇第2層中分量信號進行雷擊點定位，定位公式為： L = ( Δ t/2) *v 式中At為偏振解調設備檢測到的雷擊點處OPGW內部兩根不同光纖中的傳輸光偏振 態突變信息的時間差，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光偏振態的輸電線路雷擊點定位新方法。本發明通過進行雷擊OPGW試驗，采用迭代奇異值分解（SVD）算法結合廣義數學形態學、小波分析等方法提取雷擊點處OPGW內部傳輸光的偏振態突變信息傳到偏振解調設備中的時刻來進行故障點精確定位。本發明將法拉第效應用于輸電線路故障測距中，避免了傳統故障測距方法中定位精度受過渡電阻、線路參數、系統運行方式、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行監測，降低了投入成本。
【IPC分類】G01R31-08
【公開號】CN104655987
【申請號】CN201510091290
【發明人】龔慶武, 馮瑞發, 李偉, 徐高
【申請人】武漢大學
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年2月28日