避雷线断线位置计算方法、装置及定位方法、装置

技术领域

本发明涉及避雷设备领域，特别涉及避雷线断线位置计算方法、装置及定位方法、装置。

背景技术

风电是我国新能源和清洁能源的重要组成部分，但是风电资源充足的地区雷电活动也更加频繁。虽然风机内部设置了由叶片避雷器、接闪器、桨叶内的避雷线铜导体、风力发电机接地系统组成的防雷系统，但是风机内部避雷线铜导体在长期受到叶片的张力作用下会导致避雷线铜导体的断股甚至是断裂，而避雷线铜导体的完好对于风电机组防雷和机组的安全运行有着至关重要的作用。当避雷线铜导体出现断裂时就会在断线处发生燃弧现象，瞬间产生高温，对桨叶造成损伤，此时需要检修人员在故障点处切割叶片进行维修，若无法准确定位故障点则需要多次切割叶片外表皮，成本高、耗时长且严重损伤叶片强度，因此避雷线断线位置的准确定位是亟待解决的重要技术问题。

现有技术，公告号为CN111379674A的中国发明专利公开了一种风力发电机桨叶避雷线断线测试系统及方法，是一种采用行波法实现叶片避雷线的单端检测方法。该方法的原理是在叶根处安装一个发射和接收装置，发射装置向待测试的避雷线注入脉冲电流，通过检测传感器的回波时间，进而判断末端位置，因而间接判断避雷线的实际长度与设计长度是否相符，从而判断避雷线是否断线。该方法已被证实可行，且操作简单、成本低，并实现了检测误差范围在±0.5m左右，但以30m长的风力发电机桨叶为例，现有的定位精度略显不足。

发明内容

本发明的目的在于提供避雷线断线位置计算方法、装置及定位方法、装置，用以提高背景技术中定位精度。

本发明采用的技术方案如下：

本申请第一方面提供了一种避雷线断线位置计算方法，包括自相关函数计算单元和断线位置计算单元。

所述自相关函数计算单元建立过程如下：

首先，根据避雷线建立目标M序列码：

步骤S1、根据码元宽度最大值计算公式1计算码元宽度最大值t

公式1如下：

t

公式2如下：

P

步骤S2、根据公式3计算满足P

公式3如下：

步骤S3、根据公式4计算M序列码n

公式4如下：

步骤S4、根据n

步骤S5：通过上述步骤建立目标M序列码后，建立自相关函数如下公式5所示：

其中，a(n)表示发射M序列码，a(n-τ)表示避雷线断裂处或桨叶尖处反射后接收端收到的延迟M序列码，τ为发射到接收的双程延迟时间。

断线位置计算单元包括断线位置计算公式7，根据断线位置计算公式7计算断线位置L。

断线位置计算公式7如下：

其中，ν为电磁波在避雷线中的传播速度。

本申请第二方面提供了一种避雷线断线位置计算装置，包括自相关函数计算模块和断线位置计算模块；所述自相关函数计算模块用于根据避雷线建立目标M序列码，之后通过目标M序列码建立自相关函数；所述断线位置计算模块用于根据断线位置计算公式计算断线位置L。

本申请第三方面提供了一种避雷线断线位置计算装置，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行该计算机程序时实现上述避雷线断线位置计算方法。

本申请第四方面提供了一种避雷线断线位置定位方法，将电磁波传导到风力发电机桨叶根部的避雷线中；采集电磁波在断裂处或桨叶尖处产生反射波；通过避雷线断线位置计算方法获得避雷线的实际断线位置。

本申请第五方面提供了一种避雷线断线位置定位装置，包括激励发射模块、接收模块、信号上传模块和上位机数据处理模块；激励发射模块用于产生电磁波并传导到风力发电机桨叶根部的避雷线中；接收模块用于采集电磁波在断裂处或桨叶尖处产生的反射波；信号上传模块用于将采集的反射波上传至上位机数据处理模块；上位机数据处理模块包含自相关函数计算模块和断线位置计算模块，通过上位机数据处理模块进行相关函数计算从而得到避雷线的实际断线位置。

本发明的有益效果在于：本发明提供了避雷线断线位置计算方法、装置及定位方法、装置，将电磁波传导到风力发电机桨叶根部的避雷线中；采集电磁波在断裂处或桨叶尖处产生反射波；通过避雷线断线位置计算方法获得避雷线的实际断线位置；避雷线断线位置计算方法中包括自相关函数计算单元和断线位置计算单元；自相关函数计算单元根据避雷线建立目标M序列码，之后通过目标M序列码建立自相关函数；断线位置计算单元根据断线位置计算公式计算断线位置。经实际测试，本发明定位精度比背景技术中现有技术有所提高。

附图说明

图1是本发明自相关函数计算单元建立流程框图。

图2是本发明避雷线断线位置定位方法的流程框图。

图3是本发明避雷线断线位置定位装置的示意图。

图4是本发明实施例中7级线性反馈移位寄存器的示意图。

图5是发明实施例中生成的M序列图。

图6是发明实施例中断点反射后收到的M序列。

图7是发明实施例相关结果图。

图8是线性反馈移位寄存器的原理图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，本申请说明书和权利要求书中的词语第一、第二、第三等类似用语，仅用于区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。在以下的描述中，所涉及的表示步骤的标号，如S301、S302……等，并不表示一定会按此步骤执行，在允许的情况下可以互换前后步骤的顺序，或同时执行。

说明书和权利要求书中使用的术语“包括”不应解释为限制于其后列出的内容；它不排除其它的组成部分或步骤。因此，其应当诠释为指定所提到的所述特征、整体、步骤或部件的存在，但并不排除存在或添加一个或更多其它特征、整体、步骤或部件及其组群。因此，表述“包括A单元和B单元的装置”不应局限为仅由A单元和B单元组成的设备。

本说明书中提到的“一些实施例”或“实施例”意味着与该实施例结合描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一些实施例中。因此，在本说明书各处出现的用语“一些实施例中”或“在实施例中”并不一定都指同一实施例，但可以指同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，能够以任何适当的方式组合各特定特征、结构或特性，如从本公开对本领域的普通技术人员显而易见的那样。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。如有不一致，以本说明书中所说明的含义或者根据本说明书中记载的内容得出的含义为准。另外，本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。

为了准确地对本申请中的技术内容进行叙述，以及为了准确地理解本发明，在对具体实施方式进行说明之前先对本说明书中所使用的术语给出如下的解释说明或定义。

M序列码是伪随机码中使用最多的序列码，该序列仅由一个多位线性移位寄存器生成(如图8所示是线性反馈移位寄存器的原理图)，发射源结构非常简单、设备体积小、硬件成本低。伪随机序列自相关函数特有的“图钉”特性，为行波回波信号提供了极强的相关增益较准确的波达时间(TOA)估计性能，可以有效地提升行波法的抗噪能力并实现故障点的高精度定位。若应用于风力发电机避雷线断线定位，将会取得超过传统方法的性能。

首先，本发明利用伪随机序列—M序列良好的自相关特性，提供了一种避雷线断线位置计算方法，该方法包括自相关函数计算单元和断线位置计算单元。

其中，如图1所示，自相关函数计算单元建立过程如下：

首先，根据避雷线建立目标M序列码：

步骤S1、根据码元宽度最大值计算公式1计算码元宽度最大值t

公式1如下：

t

公式2如下：

P

根据公式1和公式2可以看出，期望的目标测距精度越高、避雷线越长，则M序列码序列最小值P

步骤S2、根据公式3计算满足P

公式3如下：

步骤S3、根据公式4计算M序列码n

公式4如下：

T＝p*t

步骤S4、根据n

如图8所示是线性移位寄存器的原理图，该移位寄存器由n个寄存器a

式中：a

n级移位寄存器共可以产生2

步骤S5：通过上述步骤建立目标M序列码后，建立自相关函数如下公式5所示：

其中，a(n)表示发射M序列码，a(n-τ)表示避雷线断裂处或桨叶尖处(接闪器)反射后接收端收到的延迟M序列码，τ为发射到接收的双程延迟时间。

当两个周期相同的M序列其对应码元完全对齐时，R

其他情况下按如下公式6计算：

n越大，就有R

本申请就是利用M序列良好的自相关特性使得所接收的M序列码与发射的M序列码达到对齐同步，进而获得准确的双程延时τ。之后通过断线位置计算单元计算断线位置。

断线位置计算单元包括断线位置计算公式7，根据断线位置计算公式7计算断线位置L。

断线位置计算公式7如下：

其中，ν为电磁波在避雷线中的传播速度，近似为光速c＝3*10

基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的避雷线断线位置计算装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个避雷线断线位置计算装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于避雷线断线位置计算方法的限定，在此不再赘述。

在一个实施例中，提供了一种避雷线断线位置计算装置，包括自相关函数计算模块和断线位置计算模块。

其中，自相关函数计算模块用于根据避雷线建立目标M序列码，之后通过目标M序列码建立自相关函数。断线位置计算模块用于根据断线位置计算公式计算断线位置L。

上述避雷线断线位置计算装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种避雷线断线位置计算方法。

在一个实施例中，在上述避雷线断线位置计算方法基础上本申请提供了一种避雷线断线位置定位方法，如图2所示，该方法包括：通过激励发射模块产生电磁波并传导到风力发电机桨叶根部的避雷线中；电磁波在断裂处或桨叶尖处(接闪器)产生反射波通过接收模块进行采集；通过信号上传模块上传到上位机进行相关函数计算回波时间，从而得到避雷线的实际断线位置，并与桨叶长度进行对比，给出避雷线通断的判断结果。

在一个实施例中，本申请提供了一种避雷线断线位置定位装置，如图3所示，该定位装置包括激励发射模块1、接收模块2、信号上传模块3和上位机数据处理模块4。激励发射模块用于产生电磁波并传导到风力发电机桨叶根部的避雷线5中；接收模块2用于采集电磁波在断裂处或桨叶尖处(接闪器)产生的反射波；信号上传模块3用于将采集的反射波上传至上位机数据处理模块4；上位机数据处理模块4包含自相关函数计算模块和断线位置计算模块，通过上位机数据处理模块进行相关函数计算回波时间，从而得到避雷线的实际断线位置，并与桨叶长度进行对比，给出避雷线通断的判断结果。

实施例

下面本发明举例说明本发明方法的具体应用。该具体示例中避雷线长度为30m，15.2m处设置断点；期望达到的测距精度为0.3m。

首先进行M序列的相关参数的计算，然后通过一系列的线性反馈寄存器(图4所示7级线性反馈移位寄存器)产生7级127个码元的M序列(图5所示)，通过激励发射模块将电磁波传导到风力发电机桨叶根部的避雷线中，电磁波在断裂处或桨叶尖处(接闪器)产生反射波通过接收模块进行采集，上传到上位机进行相关函数计算回波时间，从而得到避雷线的实际断线位置并与桨叶长度进行对比，给出避雷线通断的判断结果。

首先，计算码元宽度最大值为：

t

计算M序列码序列最小值为：

P

计算满足P

可得n

M序列的一个周期为：

T＝127*1ns＝0.127μs

生成M序列的递推方程可表示为：

生成的M序列如图5所示，断点反射后收到的M序列如图6所示，相关结果如图7所示。相关后计算得到τ＝1*10

补充说明如下：利用M序列的码元测距，时间上一定存在误差，误差的最大值为一个码宽，最小值为0。通过将每个测量的时间结果减去1/2个码元，可将最大的有效误差值减小到1/2个码元，测距误差最大值不大于0.15m。因此，提高测距精度需要不断缩小码元宽度。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。