[发明专利]基于变分模态分解和维格纳威尔分布的行波时频分析方法

说明书

本发明公开了一种基于变分模态分解和维格纳威尔分布的行波时频分析方法，包括以下步骤：检测故障行波信号，将三相电压行波信号进行凯伦贝尔相模变换，获得行波线模分量；对行波线模分量进行变分模态分解，产生K个固有模态分量；对每个固有模态分量进行Wigner‑Ville分析；将各个固有模态分量的Wigner‑Ville分布进行线性叠加，得到原始行波线模信号的时‑频域分布。本发明可有效抑制Wigner‑Ville分布中交叉项的干扰，保留VMD良好的噪声抑制作用，保留Wigner‑Ville分布较高的时频分辨率和良好的时频聚集性，真实、准确的展现行波时‑频域信息特征，实现故障行波完全可观测，对故障行波保护和定位的实用化具有很重要的理论与现实意义。

技术领域

本发明涉及电力系统领域，特别涉及一种基于变分模态分解(Variational ModeDecomposition，VMD)和维格纳威尔分布(Wigner-Ville Distribution，WVD)的行波时频分析方法。

背景技术

随着电力系统规模的不断扩大，输电线路的负荷量逐年增加，电力客户对电网安全维护和运行的要求越来越高。如何快速切除故障线路并准确查找故障点位置，成为电力系统安全稳定运行的重要保障。

故障行波具有响应速度快，不受分布式电容、系统振荡、互感器饱和等因素的影响，具有较为明显的技术优势，故障行波保护和定位技术在理论上具有较高的定位精度和可靠性，在输电线路中获得了广泛的应用。目前，故障行波保护和定位方法主要分为以下两种：基于时域信息和基于频域信息；基于时域信息的行波保护和定位方法，需要准确检测初始行波波头的幅值、极性和到达时刻，并正确辨识后续折、反射波形的性质，对采样率要求较高，特别在高阻接地故障或电压过零点故障时，波头信息检测困难；基于频域信息的行波保护和定位方法，依据线路边界阻抗特性，根据区内、外行波信号局部高频与低频频段的比值，构成保护判据；该方法仅利用行波信号中的某两个频段信号，所包含的故障信息不充分，且当故障位置距离检测点较远时，高频信号衰减严重，可能导致保护难以正确区分线路末端故障与对端母线故障。现有的行波保护和定位方法仅基于时域信息或频域某两个频段信息，导致行波保护和定位可靠性较低，在高阻接地故障、电压过零点故障和基于单端测量的行波定位方法，实际应用定位误差较大，甚至失败。

故障行波是宽频带信号，即包含高频分量，也包含低频分量，特别是工频分量，融合故障行波时-频域全景信息，实现基于行波时-频域全景信息的保护和定位方法，有望解决现有方法存在可靠性和准确度不高的难题。但是到目前为止，还没有完整的行波时-频分析方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种行波全波形真实、可靠的时频分析方法：基于变分模态分解和维格纳威尔分布的行波时频分析方法。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种基于变分模态分解和维格纳威尔分布的行波时频分析方法，包括以下步骤：

S1：在线路上安装行波传感器，检测故障行波信号；将三相电压行波信号进行变换，获得电压行波线模分量u_α(t)；

S2：对电压行波线模分量u_α(t)进行变分模态分解，产生K个固有模态分量{u_k(t)}＝{u₁，u₂，u₃，......，u_K}；

S3：对得到的每个固有模态分量{u_k(t)}进行维格纳威尔分析；

S4：将各个固有模态分量{u_k(t)}的维格纳威尔分析结果进行线性叠加，最终得到原始信号行波线模分量u_α(t)的时-频域分布。