络函数与相位函数，k是整数。
[0061] 提取特高压电晕电流的变化趋势可以认为是解决包含约束条件的最小化问题，变 分模态分解的目标函数和约束条件分别为
[0063] 其中Uk (t)和cok分别为待优化的电晕电流信号的各个模态及相应的中心频率，f 为原始的电晕电流测量数据，约束条件保证了分解之后的各个模态可以重构出电晕电流。
[0064] 利用二次惩罚因子和拉格朗日乘子λ将⑵表示的最小化问题转化为无约束优 化问题，如（3)所示
[0066] f(t)为原始的电晕电流测量数据；λ⑴为拉格朗日乘子；
[0067] 在电晕电流信变分模态分解的迭代过程中，主要包含两个更新过程，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（4)和（5):
[0070] ω为频率；
[0071] 变分模态分解的计算误差为
[0072]
[0073] 当电晕电流信号的变分模态分解没有满足式（6)时，继续更新Uk(Co)以及中心频 率当变分模态分解满足终止条件（6)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。
[0074] 4)对变分模态分解得到的各个模态分量进行能量计算。
[0075] 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。
[0076] 5)将显著模态分量进行傅里叶反变换得到电晕电流的时域变化趋势，该变化趋势 滤除了电晕电流中的噪声成分，体现了特高压直流电晕电流的变化特征。
[0077] 具体过程如下：
[0078] (1)获取电晕电流测量数据的离散频谱。
[0079] 采用宽频域的特高压电晕电流测量系统获得电晕电流测量数据，在电压等级 为-800kV、采样率为62. 5MHz的条件下，测量系统采集的时域波形如图2所示，对该数据进 行离散傅里叶变换，获得其离散频谱如图3所示。
[0080] (2)配置变分模态分解的初始条件。
[0081] 选择电晕电流信号划分的总模态数目K = 8、模态带宽的限定条件α = 2000、计 算误差ε = 10 7和变分模态分解的终止条件--迭代次数N = 500。
[0082] (3)划分电晕电流离散频谱为若干模态分量。
[0083] 利用步骤（2)中的初始条件，执行变分模态分解，获得电晕电流的模态分量。图 4中的每种颜色曲线代表随着变分模态分解进行，电晕电流模态分量的中心频率的变化趋 势，当达到终止条件时，输出各个模态的频谱如图5所示。
[0084] (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。
[0085] 得到的8个模态分量计算其能量，时域波形如图6与7所示，8个模态分量占总能 量的比值分别为 99. 7%，0· 008%，0· 01%，0· 006%，0· 11%，0· 15%，0· 009%，0· 0008%，其 中第一个模态所占的能量比为99. 7%，大于95%，因此为显著模态，该显著模态既保留了 原始信号的主要能量，又滤除了电晕电流中的噪声分量。
[0086] (5)将显著模态分量进行傅里叶反变换，获得电晕电流信号的变化趋势。
[0087] 显著模态分量波形与电晕电流波形的对比如图8所示，浅色曲线是提取的_800kV 电晕电流变化趋势，它滤除了电晕电流的噪声成分。
[0088] 最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所 属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对本发明的【具体实施方式】 进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申 请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1. 一种高压直流线路电晕电流变化趋势提取方法，其特征在于：包括： 1) 获取电晕电流测量数据的离散频谱； 2) 配置变分模态分解的初始条件； 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； 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； 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。2. 如权利要求1所述的一种高压直流线路电晕电流变化趋势提取方法，其特征在于： 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。3. 如权利要求1所述的一种高压直流线路电晕电流变化趋势提取方法，其特征在于： 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。4. 如权利要求1所述的一种高压直流线路电晕电流变化趋势提取方法，其特征在于： 所述步骤3)划分电晕电流离散频谱过程包括： 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； 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； 获得电晕电流的模态分量。5. 如权利要求4所述的一种高压直流线路电晕电流变化趋势提取方法，其特征在于： 所述具有窄带带通特性的调频调幅信号，其表达式如下： uk (t) = Ak(t)cos(fk(t)) 其中，Ak(t)与&(〇分别为模态分量的包络函数与相位函数，k是整数。6. 如权利要求5所述的一种高压直流线路电晕电流变化趋势提取方法，其特征在于： 所述变分模态分解的目标函数和约束条件分别为：其中，Uk (t)和COk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； 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： I其中，t为时间； 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COk的更新，相应的更新公式分别为下述两式：L/1N 丄 丄 ? ? Λ ·* ， L·/ L· 火其中，./_(叻为待优化的电晕电流信号的离散频谱Λ(ω)和％为各个模态的离散频谱 及相应的中心频率，^O)为拉格朗日乘子； 变分模态分解的计算误差为：其中，ε为误差； 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。7. 如权利要求1所述的一种高压直流线路电晕电流变化趋势提取方法，其特征在于： 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。8. 如权利要求1所述的一种高压直流线路电晕电流变化趋势提取方法，其特征在于： 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。
【专利摘要】本发明涉及一种高压直流线路电晕电流变化趋势提取方法，包括：1)获取电晕电流测量数据的离散频谱；2)配置变分模态分解的初始条件；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；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；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。本发明技术方案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。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105160077
【申请号】CN201510484554
【发明人】刘元庆, 王秋生, 宋佳玲, 陆家榆, 袁海文
【申请人】中国电力科学研究院, 国家电网公司, 北京航空航天大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年8月7日