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龙图腾网获悉西安理工大学申请的专利基于S变换的柔性直流输电线路区内外故障判别方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN118226192B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-11-28发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202410273990.X，技术领域涉及：G01R31/08；该发明授权基于S变换的柔性直流输电线路区内外故障判别方法是由王艳婷;樊顺跃;梁栋;白明远设计研发完成，并于2024-03-11向国家知识产权局提交的专利申请。

本基于S变换的柔性直流输电线路区内外故障判别方法在说明书摘要公布了：本发明公开了基于S变换的柔性直流输电线路区内外故障判别方法，通过波形延拓的方法将首波之后的行波用首波波尾进行覆盖，减小后续波头对频率特征的影响，利用S变换作出延拓后波形的模时频矩阵，对模时频矩阵的行向量进行积分，得到对应的幅频曲线，然后用能量算子对幅频曲线进行加权提升高频分量的占比，构造不同频段的能量积聚量，将高频段能量积聚量与总频段能量积聚量之比作为区内外故障识别判据，当比值大于门槛值时判定为区内故障，反之判定为区外故障。该方法满足柔性直流输电线路保护的快速性要求，具有较高的灵敏性，对柔性直流输电保护的发展具有重要的参考价值。

本发明授权基于S变换的柔性直流输电线路区内外故障判别方法在权利要求书中公布了：1.基于S变换的柔性直流输电线路区内外故障判别方法，其特征在于，具体包括如下步骤： 步骤1，保护启动元件启动后，选取保护时间窗，读取时间窗内的电压电流数据，计算求时间窗内的线模电压故障分量、线模电流故障分量； 所述步骤1的具体过程为：读取保护安装处正极电压、负极电压、正极电流、负极电流，分别与保护启动前的正极电压均值、负极电压均值、正极电流均值、负极电流均值相减，得到正极电压故障分量、负极电压故障分量、正极电流故障分量与负极电流故障分量，计算公式如式1所示： 1 根据公式1的计算结果计算时间窗内的线模电压故障分量、线模电流故障分量，计算公式如式2所示： 2 步骤2，根据反行波与前行波的幅值比Kd的大小判断故障方向，若反行波与前行波幅值比小于1则判别为反方向区外故障，保护返回；若反行波与前行波幅值比大于1，判别为正方向故障，进入步骤3； 所述步骤2的具体过程为： 步骤2.1，采样如下公式3计算时间窗内的线模电压反行波和线模电压前行波： 3 式中，为线路线模波阻抗； 步骤2.2，利用故障反行波与故障前行波的幅值比Kd进行故障方向的判别，Kd计算公式如式4所示： 4 式中，t代表时间窗内采样点，N为时间窗内总的采样点个数； 当比值Kd小于1时，判断为反方向故障，保护返回；当比值大于1时，判断为正方向故障，进入步骤3； 步骤3，利用小波模极大值提取时间窗内线模电压前行波的波头，取db4小波作为小波基，对线模电压前行波进行四层分解，取第一层分解数据，用小波模极大值对时间窗内的波头进行标定，若时间窗内只存在一个波头时保留时间窗内的原始线模电压反行波数据；若时间窗内存在一个以上波头时，取第二个波头前一个采样点为延拓点，记为h，将h点到时间窗结束的全部数据用h点的数据进行替换； 所述步骤3的具体过程为： 步骤3.1，对时间窗内的线模电压反行波进行离散小波变换，小波变换模极大值提取波头的过程为： 取db4小波作为小波基函数取尺度因子等于2，平移因子等于1，针对函数ft的离散小波变换为： 5 式5中，p为变换尺度，q为平移量； 步骤3.2，将时间窗内线模电压反行波带入中，选取四层分解中最高层，即取第一层小波系数，即p=1得到，求出时间窗内信号的模极大值点，若存在q0的某一邻域中所有q均满足式6则q0为小波变换模极大值： 6 步骤3.3，利用小波变换模极大值，从第一个采样点开始对时间窗内的波头进行标定，根据式6求出时间窗内的小波模极大值q0即为波头，若时间窗内只存在一个波头时，保留原始时间窗内的线模电压反行波数据；若时间窗内存在一个以上波头时，取第二个波头前一个点作为延拓点h，将h点到时间窗结束的全部数据用h点的数据进行替换，延拓公式如下： 7 式中，i=1，2，3，……，a-h；h点为延拓点； 步骤4，对经步骤3处理后的时间窗内的线模电压反行波进行离散S变换，得到对应的模时频矩阵，对模时频矩阵的行向量进行积分，求出对应的幅频曲线，并与能量算子加权，得到加权后的幅频曲线； 所述步骤4的具体过程为： 步骤4.1，将步骤3得到的线模电压反行波记为，其中t=1，2，3，……，N，对进行离散S变换，得到的复时频矩阵，离散S变换计算公式如公式8所示： 8 式中，1≤k≤N；T为采样时间间隔；m为离散的时间点，取值为：0≤m≤N-1；n为频率序号，取值为：1≤n≤N2；nNT表示其所对应的频率；表示：延拓后时间窗内数据的离散表达式进行傅里叶变换得到的离散信号； 步骤4.2，对复时频矩阵中的各元素求模值，得到的模时频矩阵； 步骤4.3，对模时频矩阵的行向量进行积分得到离散的幅频曲线，将幅频曲线与能量算子Lf相乘，能量算子的离散表达式为，式中nNT为f的离散形式，得到加权后的幅频曲线，其表达式如公式9所示： 9 步骤5，计算高频段能量积聚量Eh、总频段能量积聚量Eall，求出Eh与Eall之比K，将能量积聚量之比K与设定的门槛值Kset进行比较，根据比较结果进行故障判断；所述步骤5的具体过程为： 步骤5.1，计算加权后的幅频曲线不同频段的能量积聚量，选取1~10kHz作为全频段，计算公式如下： 10 11 式中，b为1~10kHz频率范围内的采样点总数，Eh为全频段能量积聚量；Eall为高频段能量积聚量；为高频段能量积聚量下边界； 计算高频段与总频段的能量积聚量之比K，作为识别判据，能量积聚量之比K的计算公式为： 12； 式11中的具体整定方法如下： 区内故障的理论频域表达式： 13 14 式中，为区内故障的频域表达式，l为故障点到保护测点的距离，为线路衰减常数，U0为输电线路正常工作电压；ZC1与ZC0为线模波阻抗与零模波阻抗；Rf为过渡电阻； 区外故障相较于区内故障在线路边界存在衰减，因此区外故障表达式要在式13的基础上乘以边界元件传输函数Hs，表达式如下： 15 16 式中，为区外故障的频域表达式，限流电抗器参数为Ldc； 将，带入式13与式16中，可以分别得到区内故障与区外故障的幅值与频率f的关系式，将f每隔100Hz取一个采样点，取至10kHz截止，共计100个采样点，计算出每个采样点下的幅值大小，得到离散的幅频曲线，记作区内故障幅频曲线与区外故障幅频曲线，将、与离散的能量算子分别相乘得到加权后的幅频曲线与，求能量积聚量之比随变化的曲线，计算公式如17所示： 17 式中，，s为复数频率，为角频率，f为频率； 将加权后的两个幅频曲线带入式17中，即为与，得到： 18 19 其中，表示区内故障能量积聚量之比随变化的曲线，表示区外故障能量积聚量之比随变化的曲线，将与带入式20中，计算两者之间的差值最大值点： 20 根据上式求得最大值所对应的，记为，为高频段能量积聚量下边界取值； 步骤5.2，将步骤5.1中所得结果与设定的门槛值Kset进行比较，判别K是否满足式21，根据判断结果确定故障位置，若满足式21则判断为区内故障，若不满足式21则判断为区外故障，判别公式如下： 21 其中，Kset为门槛值。

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