[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

说明书

本发明公开了一种基于VMD的阀短路保护动作电流信号分解方法。该方法为：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；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；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；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。本发明适用于电力系统继电保护的换流器阀短路保护动作电流信号分析，能够寻找最佳模态分解个数，以提升信号分解效果。

技术领域

本发明涉及非平稳信号处理及电力系统故障诊断技术，特别是一种基于VMD的阀短路保护动作电流信号分解方法。

背景技术

电力系统故障诊断的一个发展方向是对经验模态分解(EMD)方法的改进。Huang NE等提出的EMD能够根据信号的局部时变特性来分解信号，但是在分解低信噪比信号时会发生模态混叠现象。为了解决模态混叠的问题，出现了EEMD和CEEMD等改进算法，但是经过EMD或者改进EMD分解后的IMF分量丧失了真实的物理意义。于是2014年Dragomiretskiy K等提出变分模态分解(VMD)，是一种准正交的信号分解方法，将信号分解为一系列围绕各自中心频率分布的窄带宽信号，对噪声有很好的鲁棒性。但是模态分解个数对分解效果有很大的影响，分解个数过少会导致在IMF中存在不同频率的分量分布，发生模态混叠现象，而分解个数过多，导致IMF中存在虚假分量分布。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于VMD的阀短路保护动作电流信号分解方法，确定信号进行VMD分解时的最佳模态分解个数，提升VMD算法分解效果，更好地分析电力系统继电保护故障信息。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于VMD的阀短路保护动作电流信号分解方法，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。

进一步地，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。

进一步地，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：