[发明专利]基于多超声波传感器的局部放电非线性模型转换求解与优化方法

说明书

基于多超声波传感器的局部放电非线性模型转换求解与优化方法，包括以下步骤：(1)在变压器内建立空间直角坐标系，设置各超声波传感器位置；(2)基于到达时间定位法建立定位模型，得到求解局部放电源位置的非线性定位方程组；(3)通过消除二阶项将非线性定位方程组转换为线性方程组；(4)得到局部放电源坐标的多样本初值；(5)筛选得到有效的多样本初值；(6)采用改进的K‑means算法对有效的多样本初值进行聚类处理；(7)选取聚类元素最多的类，对该类元素求平均值，最终确定最优局部放电源坐标。本发明有效解决目前非线性模型求解时出现的迭代算法的选择困难、迭代不收敛、运算时间长、对到时误差敏感等问题。

技术领域

本发明属于高电压技术领域，涉及一种基于多超声波传感器的局部放电非线性模型转换求解与优化方法。

背景技术

电网绝大多数故障是由电气绝缘缺陷引起的，局部放电(Partial Discharge,PD)是电气绝缘缺陷产生的一种放电现象。PD定位检测是设备绝缘状态评估的重要手段，确定PD源的准确位置能更精确地反映设备的绝缘状况并制定维修策略，从而延长设备的使用寿命及运行可靠性。PD定位的检测通常可以通过电气法、特高频电磁波、超声波等方法实现。电气法确定的是PD发生的电气位置而非空间位置，因此在实际中很少采用；电磁波的传播速度极快，仅稍低于真空中的光速，获得直达波并对时延精确测量十分困难；超声波抗电磁干扰能力强，声速较慢，对到达时间的精确度要求不是很高，超声波传感器价格低廉，易用于在线监测。目前，基于超声波的PD定位法是在到达时间定位法的基础上建立定位模型，得到求解PD源位置的非线性定位方程组。非线性方程组的求解难度与迭代算法的选择有关，求解过程含有平方根运算导致解不唯一，运算时间长，迭代不收敛导致方程组无解。而在实际监测中，测量超声波信号到达传感器的时间受到各种干扰因素的影响，会导致不能精确获取超声波信号到达传感器的时间，进一步影响定位的精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有局部放电超声波定位方法存在的上述不足，提供了一种基于多超声波传感器的局部放电非线性模型转换求解与优化方法，满足更高定位精度的要求，该方法通用性强，避免了求解方程组对迭代算法选择的依赖，运算时间短，不会出现迭代不收敛；有效解决了因到时误差导致定位结果较差的难题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

基于多超声波传感器的局部放电非线性模型转换求解与优化方法，包括以下步骤：

(1)在变压器内建立空间直角坐标系，设置各超声波传感器位置；

(2)基于到达时间定位法建立定位模型，得到求解局部放电源位置的非线性定位方程组；

(3)通过消除二阶项将非线性定位方程组转换为线性方程组；

(4)获取超声波从局部放电源到达各超声波传感器的时间，将超声波从局部放电源到达各超声波传感器的时间和各传感器坐标代入线性方程组并求解，得到局部放电源坐标的多样本初值；

(5)将多样本初值进行筛选，去除不合理的数据，得到有效的多样本初值；

(6)采用改进的K-means算法对有效的多样本初值进行聚类处理；

(7)选取聚类元素最多的类，对该类元素求平均值，最终确定最优的局部放电源坐标。

按上述方案，所述步骤(1)中，建立空间直角坐标系是指以变压器底部的一个顶点为空间直角坐标系的原点，以与该顶点相连的三条棱为空间直角坐标系的x轴、y轴和z轴；

设置各超声波传感器的位置是指在已建立的空间直角坐标系下，在变压器内部放置多个超声波传感器，多个超声波传感器中，参考传感器的位置在原点，其他超声波传感器的位置满足，所有超声波传感器不全部在一个平面上。