[發明專利]一種基于VMD的閥短路保護動作電流信號分解方法

在審

• 申請號: 201911098008.5
• 申請日: 2019-11-12
• 公開（公告）號: CN110826014A
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 王寶華;李銘;蔣海峰;張曼
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06F17/14
• 分類號: G06F17/14
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

1.一種基于VMD的閥短路保護動作電流信號分解方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：采集故障時換流器交、直流側的電流信號，計算閥短路保護動作電流，供后續VMD分解使用；

步驟2：設置VMD分解參數二次懲罰因子，對閥短路保護動作電流進行不同模態個數的VMD分解，得到多組IMF分量；

步驟3：對每個IMF分量進行Hilbert變換，得到每個IMF分量的瞬時頻率分布；

步驟4：求解IMF分量瞬時頻率的絕對偏差，選擇瞬時頻率的絕對偏差在允許閾值范圍內且分解個數最多的一組IMF分量為最佳VMD分解結果，完成閥短路保護動作電流信號的分解。

2.根據權利要求1所述的基于VMD的閥短路保護動作電流信號分解方法，其特征在于，步驟1中閥短路保護動作電流，取換流器交流側三相電流i_A、i_B、i_C絕對值之和的一半與換流器直流側正、負極電流i_P、i_N中的最大值之差，表達式如下

I_d＝I_acY-max(I_P,I_N) (1)

其中，I_d為閥短路保護動作電流；I_acY為換流器交流側三相電流的絕對值之和的一半。

3.根據權利要求1所述的基于VMD的閥短路保護動作電流信號分解方法，其特征在于，步驟2中VMD分解看做約束變分問題，模型表示為：

其中，表示對時間求偏導數；δ(t)表示單位脈沖函數；{u_k}表示動作電流分解得到的K個IMF分量；{ω_k}表示分解得到的每個IMF分量的中心頻率，k＝1,2,…,K；

通過公式(2)擴展的Lagrange方程求取約束變分問題，表達式如下：

其中，L表示公式(2)擴展的Lagrange方程表達式；α表示二次懲罰因子；λ表示Lagrange乘法算子；

采用乘子算子交替方向法計算公式(3)的鞍點問題，得到動作電流分解的K個IMF分量，具體方法為：

首先采用隨機數初始化IMF分量及其中心頻率滿足IMF分量之和與動作電流相等，通過公式(4)、公式(5)、公式(6)不斷更新求取公式(3)的最優解；

式中，表示的維納濾波；表示模態功率譜重心；對進行傅里葉逆變換，得出結果的實部為u_k(t)；τ表示噪聲耐受度；

更新過程中給定迭代終止條件如下：

其中，ε為收斂準則容差值，滿足公式(7)即停止迭代過程，最終結果中，{u_k}為動作電流分解得到的K個IMF分量。

4.根據權利要求1所述的基于VMD的閥短路保護動作電流信號分解方法，其特征在于，步驟3中對每個IMF分量進行Hilbert變換具體如下：

動作電流IMF分量u_k(t)為連續信號，其Hilbert變換為

式中，H{u_k}為u_k(t)的Hilbert變換；

定義IMF分量u_k的解析信號為：

其中為IMF分量的瞬時幅值；為IMF分量的瞬時相位；

由IMF分量的瞬時相位得到瞬時頻率

5.根據權利要求1所述的基于VMD的閥短路保護動作電流信號分解方法，其特征在于，步驟4所述求解IMF分量瞬時頻率的絕對偏差，具體如下：

定義IMF分量瞬時頻率的絕對偏差δ_k為IMF瞬時頻率和中心頻率之差絕對值的平均值與中心頻率的比值，以此量化IMF分量瞬時頻率分布與中心頻率的偏差：

其中，N為時間采樣點數。