【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术涉及电力系统领域,特别涉及一种基于变分模态分解(VariationalModeDecomposition,VMD)和维格纳威尔分布(Wigner-VilleDistribution,WVD)的行波时频分析方法。
技术介绍
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 ...
【技术保护点】
1.一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uα(t);S2:对电压行波线模分量uα(t)进行变分模态分解,产生K个固有模态分量{uk(t)}={u1,u2,u3,......,uK};S3:对得到的每个固有模态分量{uk(t)}进行维格纳威尔分析;S4:将各个固有模态分量{uk(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uα(t)的时‑频域分布。
【技术特征摘要】
1.一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uα(t);S2:对电压行波线模分量uα(t)进行变分模态分解,产生K个固有模态分量{uk(t)}={u1,u2,u3,......,uK};S3:对得到的每个固有模态分量{uk(t)}进行维格纳威尔分析;S4:将各个固有模态分量{uk(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uα(t)的时-频域分布。2.根据权利要求1的所述的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,其特征在于:所述步骤S1中,采用凯伦贝尔相模变换对三相电压行波信号进行变换,凯伦贝尔相模变换的过程为:式中uα、uβ为线模电压,u0为零模电压,ua、ub、uc为相电压。3.根据权利要求1的所述的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,其特征在于:所述步骤S2中,对电压行波线模分量uα(t)进行变分模态分解的算法流程按以下步骤进行:S201:假定原信号uα(t)被分为K个有限带宽的模态分量{uk(t)},对uα(t)进行傅里叶变换,将频谱搬移至频谱中心,得到频谱信号S202:初始化K个模态分量对应中心频率{ω1k},拉格朗日乘子迭代次数n,均设初始值为0,其中,表示为第k个模态分量的初始迭代值,ω1k表示第k个模态分量的中心频率初始迭代值,是拉格朗日乘子初始迭代值;S203:随着迭代次数n每增加一次,使用交替方向乘子法更新各个模态分量其更新方法:n←n+1其中,c是二次惩罚因子,表示带宽参数;是拉格朗日乘子;1≤i≤K,i≠k,当i<k,当i>k,表示第k个模态分量经过n次迭代后得到的更新值,并用于第n+1次迭代过程的更新计算,表示第k个模态分量经过(n-1)次迭代后得到的更新值,并用于第n次迭代过程的更新计算;更新各个模态分量对应中心频率{ωn+1k},其更新方法:表示第k个模态分量对应的中心频率经过n次迭代后得到的更新值,并用于第n+1次迭代过程的更新计算;更新拉格朗日乘子其更新方法:式中,γ表示噪声容限函数,表示经过n次迭代后得到的拉格朗日乘子更新值,并可用于第n+1次迭代过程的更新计算;S204:当迭代结果,满足:则停止迭代,否则返回步骤S203继续迭代,其中ε是判别条件给定精度;式中,1≤k≤K;S205:将获得的K个频域模态分量进行傅里叶逆变换,取实部即可得到时域模态分量{uk(t)}。4.根据权利要求3的所述的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,其特征在于:所述步骤S2中,对电压行波线模分量uα(t)进行变分模态分解的过程,分为对变分问题的构造和求解的过程,具体包括以下步骤:(1)构造变分问题:假定原信号uα(t)被分为K个有限带宽的模态分量{uk(t)},并使得每个模态函数的有限带宽之和最小,K个模态函数即为所求;具体包括以下构造步骤:1)通过Hilbert变换,得到k个模态函数的频谱:式中,*是q卷积,δ(t)是单位脉冲函数,t为时间;uk(t...
【专利技术属性】
技术研发人员:邓丰,曾祥君,李泽文,祖亚瑞,梅龙军,崔勇,赵乐,冯煜尧,冯楠,
申请(专利权)人:长沙理工大学,国网上海市电力公司,
类型:发明
国别省市:湖南,43
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