一种高压直流线路电晕电流变化趋势提取方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及特高压技术领域，更具体涉及一种高压直流线路电晕电流变化趋势提 取方法。
【背景技术】：
[0002] 我国能源资源具有总量巨大、人均量少和区域分布不平衡三大特点，为了实现全 国能源优化配置，决定了我国电网必须实施全国联网、西电东送、南北互共的发展战略。随 着我国西南水电的开发，西南地区将有大量的电力需要远距离输送到华中、华东、东南，而 采用特高压直流输电能够有效地节约线路走廊、有助于改善网络结构、减少输电瓶颈和实 现大范围的资源优化配置，经济和社会效益十分明显。因此，建设特高压直流输电工程是我 国电力工业发展的必由之路。
[0003] 当特高压直流输电线路上的输送电压达到一定等级时，导线放电产生电晕电流， 电晕电流会引起电力损耗。通常情况下电晕电流不是很大，因而每单位长度线路的电晕损 耗也不严重，但是在远距离输电过程中，电晕损失就不能忽视了。
[0004] 由于电晕电流在线测量数据中包含大量噪声，测量数据在时域中杂乱无章，而在 频域中占据很宽的带宽，因此需要对其降噪来进一步研究其特性。国内现有的电晕电流信 号降噪方法主要通过针对特定类型噪声进行降噪，以提取出电晕电流信号的变化趋势；或 者利用基于小波的降噪方法，但存在着小波基选择和阈值选择问题，且不能同时将多种噪 声滤除，以获得电晕信号的变化趋势。
【发明内容】
：
[0005] 本发明的目的是提供一种高压直流线路电晕电流变化趋势提取方法，能够在尽量 减小电晕电流信号能量损耗的同时，有效地抑制电晕电流测量数据中的各种噪声，最终将 电晕电流信号的变化趋势提取出来。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种高压直流线路电晕电流变化趋 势提取方法，包括：
[0007] 1)获取电晕电流测量数据的离散频谱；
[0008] 2)配置变分模态分解的初始条件；
[0009] 3)根据所述初始条件划分电晕电流离散频谱为若干模态分量；
[0010] 4)对各个模态分量的离散频谱进行能量计算，获得包含主要能量的显著模态分 量；
[0011] 5)将显著模态分量进行傅里叶反变换，获得电晕电流的变化趋势。
[0012] 利用宽频域特高压电晕电流测量系统获取步骤1)的电晕电流测量数据，并对所 述数据进行离散傅里叶变换得到其离散频谱。
[0013] 所述步骤2)中的配置变分模态分解的初始条件包括模态数目K、模态带宽限定条 件α、计算误差ε和变分模态分解的终止条件。
[0014] 所述步骤3)的划分过程包括：
[0015] 将特高压电晕电流数据的模态分量定义为具有窄带带通特性的调频调幅信号；
[0016] 根据所述初始条件，对电晕电流的离散数据执行变分模态分解；
[0017] 获得电晕电流的模态分量。
[0018] 所述具有窄带带通特性的调频调幅信号，其表达式如下：
[0019] uk (t) = Ak(t)cos(fk(t))
[0020] 其中，Ak(t)与fk(t)分别为模态分量的包络函数与相位函数，k是整数。
[0021] 所述变分模态分解的目标函数和约束条件分别为：
[0022]
[0023] 其中，uk(t)和％分别为待优化的电晕电流信号的各个模态和相应的中心频率， f为原始的电晕电流测量数据，S (t)为单位冲激函数；
[0024] 利用二次惩罚因子和拉格朗日乘子λ将上式表示的最小化问题转化为无约束优 化问题，如下式所示：
[0025]
[0026] 其中，t为时间；
[0027] 在电晕电流信变分模态分解的迭代过程中，包含两个更新过程，分别是模态更新 Uk(Co)以及中心频率co k的更新，相应的更新公式分别为下述两式：
[0028] _
[0029]
[0030] 其中，的为待优化的电晕电流信号的离散频谱，4(^和c〇k为各个模态的离散 频谱及相应的中心频率，为拉格朗日乘子；
[0031] 变分模态分解的计算误差为：
[0032]
[0033] 其中，ε为误差；
[0034] 当电晕电流信号的变分模态分解没有满足式上式计算误差时，继续更新Uk ( ω )以 及中心频率cok;当变分模态分解满足终止条件上式计算误差时，算法结束，输出电晕电流 信号的各个模态分量以及相应的中心频率。
[0035] 所述步骤4)的获得包含主要能量的显著模态，即计算变分模态分解后各个模态 的能量所占总能量的比例，限定范围在总能量95%以上的模态分量为显著模态，以此保证 提取电晕电流的有效性。
[0036] 所述步骤5)的电晕电流的变化趋势滤除了电晕电流中的噪声成分。
[0037] 和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果
[0038] 1、本发明技术方案充分利用变分模态分解的强大处理复杂信号的能力，将其应用 于电晕电流测量数据，能够在有效滤除噪声的同时，最大限度的保留了电晕电流信号的能 量；
[0039] 2、本发明技术方案通过获得电晕电流的显著模态分量，有效地提取出电晕电流的 变化趋势；
[0040] 3、本发明技术方案将特高压直流电晕电流变化趋势从含有大量噪声的测量数据 中提取出来，为评价电晕性能提供了必要的技术基础；
[0041 ] 4、本发明技术方案为进一步研究电晕放电特性、计算电晕放电损耗以及特为高压 输电线路配置提供必要的技术支持。
【附图说明】
[0042] 图1为本发明技术方案的方法流程图；
[0043] 图2为本发明实施例的用于电压等级为_800kV时直流电晕电流的时域波形图；
[0044] 图3为本发明实施例的直流电晕电流的离散频谱图；
[0045] 图4为本发明实施例的随着变分模态分解算法的迭代执行，对应各个模态分量的 中心频率变化图；
[0046] 图5为本发明实施例的变分模态分解算法结束后，对应各个模态的离散频谱图；
[0047] 图6为本发明实施例的执行变分模态分解后，对前四个模态进行傅里叶反变换得 到时域波形图；
[0048] 图7为本发明实施例的执行变分模态分解后，对后四个模态进行傅里叶反变换得 到时域波形图；
[0049] 图8为本发明实施例的执行变分模态分解后，显著模态分量的时域波形与直流电 晕电流的对比图，其中浅色线为显著模态的时域波形，深色线为直流电晕电流信号的时域 波形。
【具体实施方式】
[0050] 下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。
[0051] 实施例1 :
[0052] 本例的发明提供一种高压直流线路电晕电流变化趋势提取方法，包括如图1所 示，
[0053] 1)获取电晕电流测量数据的离散频谱。
[0054] 利用宽频域特高压电晕电流测量系统获取电晕电流测量数据，并对该数据进行离 散傅里叶变换得到其离散频谱。
[0055] 2)配置变分模态分解的初始条件包括：模态数目K、模态带宽限定条件α、计算误 差ε和变分模态分解的终止条件。
[0056] 3)划分电晕电流离散频谱为若干个模态分量。
[0057] 将特高压电晕电流数据的模态分量定义为具有窄带带通特性的调频调幅（AM-FM) 信号，并利用步骤（2)给出的初始条件，对电晕电流的离散数据执行变分模态分解，获得电 晕电流的模态分量。
[0058] 特高压电晕电流信号模态分量的定义为调频调幅（AM-FM)信号，该信号具有窄带 带通特性，其表达式如下：
[0059] uk (t) = Ak(t)cos(fk(t)) \*MERGEF0RMAT(1)
[0060] 其中Ak⑴与（K(t)分别为模态分量的包