[发明专利]一种基于VMD的阀短路保护动作电流信号分解方法

权利要求书

1.一种基于VMD的阀短路保护动作电流信号分解方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：采集故障时换流器交、直流侧的电流信号，计算阀短路保护动作电流，供后续VMD分解使用；

步骤2：设置VMD分解参数二次惩罚因子，对阀短路保护动作电流进行不同模态个数的VMD分解，得到多组IMF分量；

步骤3：对每个IMF分量进行Hilbert变换，得到每个IMF分量的瞬时频率分布；

步骤4：求解IMF分量瞬时频率的绝对偏差，选择瞬时频率的绝对偏差在允许阈值范围内且分解个数最多的一组IMF分量为最佳VMD分解结果，完成阀短路保护动作电流信号的分解。

2.根据权利要求1所述的基于VMD的阀短路保护动作电流信号分解方法，其特征在于，步骤1中阀短路保护动作电流，取换流器交流侧三相电流i_A、i_B、i_C绝对值之和的一半与换流器直流侧正、负极电流i_P、i_N中的最大值之差，表达式如下

I_d＝I_acY-max(I_P,I_N) (1)

其中，I_d为阀短路保护动作电流；I_acY为换流器交流侧三相电流的绝对值之和的一半。

3.根据权利要求1所述的基于VMD的阀短路保护动作电流信号分解方法，其特征在于，步骤2中VMD分解看做约束变分问题，模型表示为：

其中，表示对时间求偏导数；δ(t)表示单位脉冲函数；{u_k}表示动作电流分解得到的K个IMF分量；{ω_k}表示分解得到的每个IMF分量的中心频率，k＝1,2,…,K；

通过公式(2)扩展的Lagrange方程求取约束变分问题，表达式如下：

其中，L表示公式(2)扩展的Lagrange方程表达式；α表示二次惩罚因子；λ表示Lagrange乘法算子；

采用乘子算子交替方向法计算公式(3)的鞍点问题，得到动作电流分解的K个IMF分量，具体方法为：

首先采用随机数初始化IMF分量及其中心频率满足IMF分量之和与动作电流相等，通过公式(4)、公式(5)、公式(6)不断更新求取公式(3)的最优解；

式中，表示的维纳滤波；表示模态功率谱重心；对进行傅里叶逆变换，得出结果的实部为u_k(t)；τ表示噪声耐受度；

更新过程中给定迭代终止条件如下：

其中，ε为收敛准则容差值，满足公式(7)即停止迭代过程，最终结果中，{u_k}为动作电流分解得到的K个IMF分量。

4.根据权利要求1所述的基于VMD的阀短路保护动作电流信号分解方法，其特征在于，步骤3中对每个IMF分量进行Hilbert变换具体如下：

动作电流IMF分量u_k(t)为连续信号，其Hilbert变换为

式中，H{u_k}为u_k(t)的Hilbert变换；

定义IMF分量u_k的解析信号为：

其中为IMF分量的瞬时幅值；为IMF分量的瞬时相位；

由IMF分量的瞬时相位得到瞬时频率

5.根据权利要求1所述的基于VMD的阀短路保护动作电流信号分解方法，其特征在于，步骤4所述求解IMF分量瞬时频率的绝对偏差，具体如下：

定义IMF分量瞬时频率的绝对偏差δ_k为IMF瞬时频率和中心频率之差绝对值的平均值与中心频率的比值，以此量化IMF分量瞬时频率分布与中心频率的偏差：

其中，N为时间采样点数。