一种基于opgw光偏振态的输电线路雷击点定位新方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种输电线路雷击点故障定位方法，尤其是涉及一种基于OPGW光偏 振态的输电线路雷击点定位新方法。
【背景技术】
[0002] 随着智能电网的建设，电力传输网和通信网融合成为主要发展趋势。光纤复合架 空地线（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire，0PGW)由于在原来普通地线的 基础上添加了光单元，具有防雷保护兼电力系统通信的功能，在电力系统中得到了广泛的 应用。实际中，在雷击OPGW时经常发生损伤、断股，甚至光纤损坏的现象，严重影响了电网 运行及实时数据传输。
[0003] 目前现有的输电线路故障定位方法从原理上来分，主要包括故障分析法和行波 法。故障分析法是在系统运行方式和线路参数确定的条件下，依据测量电压、电流是故障 距离的函数来建立方程进行定位点求解，该方法受线路实际参数变化及工频电气量采集效 果的影响；行波法是利用输电线路行波传输理论，根据故障后的暂态行波在经过一系列折、 反射后到达测量端的时间差来进行故障点定位。行波法由于较故障分析法有更高的定位精 度，目前被广泛应用于输电线路测距中，但现场运行经验表明，行波法有时不能准确辨别故 障点和远端传输过来的高频暂态行波，从而引起较大的定位误差甚至定位失效。
【发明内容】
[0004] 本发明主要是解决现有技术所存在的问题，为输电线路雷击故障点定位提供一种 新的技术，提供了一种利用法拉第效应、采用迭代奇异值分解（SVD)算法结合广义数学形 态学、小波分析等方法提取雷击点处OPGW内部传输光的偏振态突变量传到偏振解调设备 中的时刻来进行故障点精确定位的一种基于OPGW光偏振态的输电线路故障测距方法。该 测距方法无需利用故障导线上的电气量信息，仅需采集OPGW内部传输光的偏振态信息即 可，避免了传统故障测距方法中定位精度受过渡电阻、线路参数、系统运行方式、行波传输 色散及行波波速等因素干扰的影响。通过多次实验室环境测试，其测距误差可控制在1 %以 内，具有很尚的定位精度和可靠性。
[0005] 本发明涉及的技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
[0006] 一种基于OPGW光偏振态的输电线路雷击点定位新方法，其特征在于，包括以下步 骤：
[0007] 步骤1、现场采集光偏振态信号，并采用由半圆结构元素组成的广义形态学滤波器 对采样信号进行滤波预处理，具体方法是，在雷击OPGW时，采用高速数据采集卡采集OPGW 内部传输光的偏振态信息，并存入计算机中用于后续数据处理；然后用由若干半圆结构元 素组成的广义数学形态学滤波器对采集的偏振态信号进行滤波；
[0008] 步骤2、采用db5尺度小波对步骤1中滤波后的偏振态波形进行6层分解，分解后 产生波形的高频系数和低频系数，然后对其低频系数采用db5尺度小波进行6层重构；
[0009] 步骤3、将步骤2重构后的一维波形数据信号作为SVD处理前的输入信号，构造 Hankel矩阵；构造时定义Hankel矩阵的列数为设定的一定值，从而能够确定该矩阵的行 数，然后对矩阵进行SVD分解，可知分解后产生的分量信号的个数与矩阵的列数一致，根据 各分量信号的能量占总能量的百分比趋势来确定首次分解时的Hankel矩阵的维数；具体 涉及到：
[0010] 定义滤波重构后的一维信号为X = [X1, χ2，…，xN]，N为采样点数，则构造如下的 Hankel 矩阵：
[0011]
【主权项】
1. 一种基于OPGW光偏振态的输电线路雷击点定位新方法，其特征在于，包括以下步 骤： 步骤1、现场采集光偏振态信号，并采用由半圆结构元素组成的广义形态学滤波器对采 样信号进行滤波预处理，具体方法是，在雷击OPGW时，采用高速数据采集卡采集OPGW内部 传输光的偏振态信息，并存入计算机中用于后续数据处理；然后用由若干半圆结构元素组 成的广义数学形态学滤波器对采集的偏振态信号进行滤波； 步骤2、采用db5尺度小波对步骤1中滤波后的偏振态波形进行6层分解，分解后产生 波形的高频系数和低频系数，然后对其低频系数采用db5尺度小波进行6层重构； 步骤3、将步骤2重构后的一维波形数据信号作为SVD处理前的输入信号，构造 Hankel 矩阵；构造时定义Hankel矩阵的列数为设定的一定值，从而能够确定该矩阵的行数，然后 对矩阵进行SVD分解，可知分解后产生的分量信号的个数与矩阵的列数一致，根据各分量 信号的能量占总能量的百分比趋势来确定首次分解时的Hankel矩阵的维数；具体涉及到： 定义滤波重构后的一维信号为X = [XpXy "·，χν]，N为采样点数，则构造如下的Hankel 矩陈.
其中I < η < N，m = N-n+1，为确定Hankel矩阵的维数，首先定义矩阵的列数为一系列 不同的数值，这样矩阵的行数也就分别确定了，然后对确定的矩阵分别进行SVD分解；SVD 分解是指对任意的实矩阵H，存在正交矩阵U = (U1, U2，…，um) e RmXm，V = (Vl，V2，…， vm) e Rnxn，使得 H = USVt 成立，其中
;e RmXn，〇 为零矩阵，q = min (m，η)， 且满足δ ρ δ 2多…彡δ q，δ」(j = 1，2，···，q)称为矩阵H的奇异值； 每个矩阵进行SVD分解后，会得到与矩阵列数相同的奇异值个数，根据各奇异值的能 量在所有奇异值的总能量中所占的百分比的趋势来确定最终的Hankel矩阵； 步骤4、对构造的Hankel矩阵进行SVD分解，并利用分解产生的第1层分量信号作为步 骤3中的输入信号重新构造 Hankel矩阵进行迭代分解，以此类推，迭代大于等于8次后结 束，具体操作方式如下： 对H进行SVD分解后，得到其第j个分量组成：
令？=(叉』1，叉』2，*"，叉』11)，9=(叉』_，叉』 (11+2)，*"，叉讲)1'，即可得到该他]11?51矩阵进行 SVD分解后的第j层分量信号为： Cj= (P，Qt) 这样滤波重构后的信号就可以用SVD分解后的一系列分量信号的叠加来表不；第一次 进行SVD分解后，利用产生的第1层分量信号继续作为原始信号重复步骤3构造 Hankel矩 阵，然后进行SVD分解，以此类推，进行大于等于8次迭代分解后结束； 步骤5、利用步骤4最终迭代分解后的第2层分量信号进行雷击点定位，具体方法是： 迭代结束后选择第2层中分量信号进行雷击点定位，定位公式为： L = ( Δ t/2) *v 式中At为偏振解调设备检测到的雷击点处OPGW内部两根不同光纤中的传输光偏振 态突变信息的时间差，V为光在光纤中的速度，L为雷击点距线路末端的距离。
【专利摘要】本发明涉及一种输电线路雷击点故障定位方法，尤其是涉及一种基于OPGW光偏振态的输电线路雷击点定位新方法。本发明通过进行雷击OPGW试验，采用迭代奇异值分解（SVD）算法结合广义数学形态学、小波分析等方法提取雷击点处OPGW内部传输光的偏振态突变信息传到偏振解调设备中的时刻来进行故障点精确定位。本发明将法拉第效应用于输电线路故障测距中，避免了传统故障测距方法中定位精度受过渡电阻、线路参数、系统运行方式、行波传输色散及行波波速等因素干扰的影响，具有极高的定位精度。定位时只需在线路两端进行监测，降低了投入成本。
【IPC分类】G01R31-08
【公开号】CN104655987
【申请号】CN201510091290
【发明人】龚庆武, 冯瑞发, 李伟, 徐高
【申请人】武汉大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年2月28日