一种基于OPGW光偏振态的输电线路雷击点定位新方法

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。

主权项

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＝[x₁，x₂，…，x_N]，N为采样点数，则构造如下的Hankel矩阵：$H=\left[\begin{array}{cccc}{x}_1& x_2& ...& x_n\\ x_2& x_3& ...& x_{n+1}\\ ·& ·& ·& ·\\ ·& ·& ·& ·\\ ·& ·& ·& ·\\ x_m& x_{m+1}& ...& x_N\end{array}\right]$其中1＜n＜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，…，u_m)∈R^m×m，V＝(v₁，v₂，…，v_m)∈R^n×n，使得H＝USV^T成立，其中$S=\left\{\begin{array}{c}{(\mathrm{diag}({\delta }_1,{\delta }_2,...,{\delta }_q),o)}^T,m>n\\ (\mathrm{diag}({\delta }_1,{\delta }_2,...,{\delta }_q),o),m<n\end{array}\right.,$S∈R^m×n，o为零矩阵，q＝min(m，n)，且满足δ₁≥δ₂≥…≥δ_q，δ_j(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：$H_j=\left[\begin{array}{cccc}{x}_{j1}& x_{j2}& ...& x_{\mathrm{jn}}\\ x_{j2}& x_{j3}& ...& x_{j(n+1)}\\ ·& ·& ·& ·\\ ·& ·& ·& ·\\ ·& ·& ·& ·\\ x_{\mathrm{jm}}& x_{j(m+1)}& ...& x_{\mathrm{jN}}\end{array}\right]$令P＝(x_j1，x_j2，…，x_jn)，Q＝(x_j(n+1)，x_j(n+2)，…，x_jN)^T，即可得到该Hankel矩阵进行SVD分解后的第j层分量信号为：C_j＝(P，Q^T)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示；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＝(Δt/2)*v式中Δt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。