CN113607992B - 一种直流配电保护装置的检测波生成方法及相关装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种直流配电保护装置的检测波生成方法及相关装置，包括：根据实际故障录波数据，用精细化仿真模型模拟对应故障场景并输出仿真故障录波数据，根据实际故障录波数据与对应的仿真故障录波数据构建故障波形对照组；对故障波形对照组进行波形特征提取，得到第一实际波形特征和第一仿真波形特征；基于特征差异计算公式，计算第一实际波形特征与第一仿真波形特征在多种故障工况下的差异信息，并提取特征差异信息中相同的特征信息，得到固有特征信息；将固有特征信息输入到检测波生成公式中，输出检测波。解决了现有技术只能验证保护装置本身的程序设定是否正确、是否存在偏差，未考虑到实际故障录波对其响应准确性的影响的技术问题。

Description

一种直流配电保护装置的检测波生成方法及相关装置
技术领域
本申请涉及电力技术领域，尤其涉及一种直流配电保护装置的检测波生成方法及相关装置。
背景技术
继电保护装置的检测通常有两个场景，一个是厂家或者检定中心对其标称功能的验证，另一个是设备停电检修的时候，对保护装置功能进行检查。通常检测需要根据保护功能进行单项目验证，耗费时间和人力。为了提高效率降低人的工作量，业界利用智能化、数字化的技术手段研发自动化流水检测、可移动式现场检测装置等设备，能够批量快速地检测保护装置。在直流配电领域，保护装置输出指令不仅仅是各类开关的动作，还包含多种电力电子设备的控制策略切换，其保护装置的功能更复杂，***对保护动作的响应可能会造成连锁效应，又因为直流配电工程通常是定制化的，产生的故障录波数据会具有每个工程的特点，因此在检测保护装置时需要一些贴近实际的检测波输入到保护装置的开入中，更好地检查验证保护装置的有效性，指导校验工作。
为了准确判断保护装置的功能是否符合其整定单的内容，现有检测技术方案一般采用与整定单要求一致的信号波形，通常为数值稳定、时长略超过整定时长的阶跃方波，通过记录保护装置的响应、开出信号的状态量、时间等进行对比验证，判断是否存在偏差或故障。然而现有技术只能验证保护装置本身的程序设定是否正确、是否存在偏差，未考虑到实际故障录波对其响应准确性的影响，因为实际故障录波会受到互感器性能、电磁干扰、***电压电流高频分量等因素作用，引发保护装置在部分实际工况中的误动作。这在定制化程度高的直流配电工程领域是有必要的，每个工程建成后都可能存在自身***响应的特点，保护装置需要通过多种工况的校验。
发明内容
本申请提供了一种直流配电保护装置的检测波生成方法及相关装置，用于解决现有技术只能验证保护装置本身的程序设定是否正确、是否存在偏差，未考虑到实际故障录波对其响应准确性的影响的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种直流配电保护装置的检测波生成方法，所述方法包括：
将实际故障录波数据输入到经过精细化处理得到的精细化仿真模型中，输出仿真故障录波数据，并根据所述实际故障录波数据与对应的所述仿真故障录波数据构建故障波形对照组；
对所述故障波形对照组进行波形特征提取，得到第一实际波形和第一仿真波形；
基于特征差异计算公式，计算所述第一实际波形与所述第一仿真波形在多种故障工况下的特征差异信息，并提取所述特征差异信息中相同的特征信息，得到固有特征信息；
将所述固有特征信息输入到检测波生成公式中，输出检测波。
可选地，所述对所述故障波形对照组进行波形特征提取，得到第一实际波形和第一仿真波形，具体包括：
对所述故障波形对照组进行归一化处理后，通过小波变换对所述故障波形对照组进行波形特征提取，得到第一实际波形和第一仿真波形。
可选地，所述精细化仿真模型的精细化处理，具体包括：
通过待测试的直流配电工程***的设备参数、保护装置的故障录波历史数据对直流配电工程***的仿真模型进行精细化训练，得到所述精细化仿真模型。
可选地，所述特征差异计算公式为：
式中，Ik,R为实际录波数据的第k种故障工况下波形，Ik,S为第k种故障工况下同一位置仿真波形，为分辨率为1/2n细节信号，其中，假设为n>m时，实测波形的细节信号将保留更多的信息，对于仿真波形有当j>n>m时，/>
可选地，所述检测波生成公式为：
Ly(t)＝Fy,m(t)+Gy,R-S；
式中，Fy,m(t)为仿真波形近似函数，Gy,R-S为所述固有特征信息。
本申请第二方面提供一种直流配电保护装置的检测波生成***，所述***包括：
构建模块，用于将实际故障录波数据输入到经过精细化处理得到的精细化仿真模型中，输出仿真故障录波数据，并根据所述实际故障录波数据与对应的所述仿真故障录波数据构建故障波形对照组；
第一提取模块，用于对所述故障波形对照组进行波形特征提取，得到第一实际波形和第一仿真波形；
第二提取模块，用于基于特征差异计算公式，计算所述第一实际波形与所述第一仿真波形在多种故障工况下的特征差异信息，并提取所述特征差异信息中相同的特征信息，得到固有特征信息；
生成模块，用于将所述固有特征信息输入到检测波生成公式中，输出检测波。
可选地，所述第一提取模块具体用于：
对所述故障波形对照组进行归一化处理后，通过小波变换对所述故障波形对照组进行波形特征提取，得到第一实际波形和第一仿真波形。
可选地，还包括：训练模块；
所述训练模块，用于通过待测试的直流配电工程***的设备参数、保护装置的故障录波历史数据对直流配电工程***的仿真模型进行精细化训练，得到所述精细化仿真模型。
本申请第三方面提供一种直流配电保护装置的检测波生成设备，所述设备包括处理器以及存储器：
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令，执行如上述第一方面所述的直流配电保护装置的检测波生成的方法的步骤。
本申请第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行上述第一方面所述的直流配电保护装置的检测波生成方法。
从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：
本申请提供了一种直流配电保护装置的检测波生成方法，将实际故障录波数据输入到经过精细化处理得到的精细化仿真模型中，输出仿真故障录波数据，并根据实际故障录波数据与对应的仿真故障录波数据构建故障波形对照组；对故障波形对照组进行波形特征提取，得到第一实际波形和第一仿真波形；基于特征差异计算公式，计算第一实际波形与第一仿真波形在多种故障工况下的特征差异信息，并提取特征差异信息中相同的特征信息，得到固有特征信息；将固有特征信息输入到检测波生成公式中，输出检测波。
本申请的直流配电保护装置的检测波生成方法，采用实际故障数据和仿真相结合的方法，能够生成多种工况下实际可能输入给保护装置的检测波，在检测直流配电保护装置时能够根据每个直流配电工程、每个保护点的特征，针对性地还原保护装置的保护作用过程。本申请的方法考虑到实际故障录波对直流配电保护装置响应准确性的影响，检测波形更加贴近实际，既可验证直流配电保护装置动作逻辑正确性，也可检验装置在实际故障波形下的性能。从而解决了现有技术只能验证保护装置本身的程序设定是否正确、是否存在偏差，未考虑到实际故障录波对其响应准确性的影响的技术问题。
附图说明
图1为本申请实施例中提供的一种直流配电保护装置的检测波生成方法实施例一的流程示意图；
图2为本申请实施例中提供的一种直流配电保护装置的检测波生成方法实施例二的流程示意图；
图3为本申请实施例中提供的一种直流配电保护装置的检测波生成***实施例的流程示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请目的是设计一种能够生成多种工况下实际可能输入给保护装置的检测波的获得方法，在检测直流配电保护装置时能够根据每个直流配电工程、每个保护点的特征，针对性地还原保护装置的保护作用过程。因为直流配电工程大多各具特点且各个工程***结构差异较大，积累的故障波形数据共同特征较少，单个工程故障数据积累不足，很多保护功能对应的故障工况甚至未发生过。为解决检测波的科学合理设计问题，本申请采用实际故障数据和仿真相结合的方法。
请参阅图1，本申请实施例一提供的一种直流配电保护装置的检测波生成方法，包括：
步骤101、将实际故障录波数据输入到经过精细化处理得到的精细化仿真模型中，输出仿真故障录波数据，并根据实际故障录波数据与对应的仿真故障录波数据构建故障波形对照组。
需要说明的是，对于某个特定的直流配电工程，首先需要从业主或相关厂家获取关于该工程一、二次***和设备的详实资料数据以及保护装置录波的历史数据(包含运行数据、调试数据等)。根据工程实际参数，将原有的工程仿真模型精细化，使仿真模型更接近实际***。
对于实际发生过或调试验证过并有故障录波数据的故障工况，先通过仿真模型进行仿真还原，记录对应录波点的仿真故障录波数据，经过时间长度、采样频率等处理后，与实际故障录波数据一一对应构成故障波形对照组，例如[Ik,R＝L(t)，Ik,S＝F(t)]。其中Ik,R为实际录波数据的第k种故障工况下波形，Ik,S为第k种故障工况下同一位置仿真波形。
步骤102、对故障波形对照组进行波形特征提取，得到第一实际波形和第一仿真波形。
步骤103、基于特征差异计算公式，计算第一实际波形与第一仿真波形在多种故障工况下的特征差异信息，并提取特征差异信息中相同的特征信息，得到固有特征信息
本实施例针对针对电压、电流互感器等测量设备可能产生的信号噪声、高频信号特性，通过小波变换对对故障波形对照组进行波形特征提取，需要说明的是，障波形特征提取的方法除了小波变换外，还可以用其他数据分析方法。具体的选取合适的小波基，包括小波函数ψ(t)(母小波)和尺度函数φ(t)(父小波)，对[Ik,R＝Lj(t),Ik,S＝Fj(t)]进行小波分解，其中波形数据的采样周期区间为[1/2j+1,1/2j]：
其中aL j,k，dL j,k分别为实际故障波的粗糙系数和细节系数，aF j,k，dF j,k分别为仿真故障波的粗糙系数和细节系数，Lj-1(t)、Fj-1(t)为分辨率为1/2j-1的近似信号，WL j-1(t)、WF j-1(t)为分辨率为1/2j-1的细节信号。
只要仿真模拟的工况是相同的，即对照组内应该有L0(t)＝F0(t)。但对于细节信号WFn(t)，仿真在分辨率高到一定程度，假设为n>m时,实测波形细节信号将保留更多的信息，对于仿真波形有当j>n>m时，WF n(t)＝0，由此得到第k种工况下实测波形与仿真波形相比包含的特征差异为：
当认为aL j,k，dL j,k与aF j,k，dF j,k的差异可以忽略时有：
除了模型考虑已知参数和理论上在故障工况中会产生的波形信息外，式子中包含实际录波的噪声信号和实际测量装置输出测量波形时保留的***响应固有信息，这些信息与具体故障工况无关，只与具体工程的二次装备固有特性、一次装备杂散参数有关。
接下来将同一测量装置在多个故障工况下的波形与仿真的特征差异ΔI1,R-S、ΔI2,R-S、ΔI3,R-S......ΔIk,R-S，进行相同特征信息提取，进一步地筛除因故障工况不同导致的波形信息差异，从而得到测量装置y输出给保护装置二次信号的固有特征信息Gy,R-S。
步骤104、将固有特征信息输入到检测波生成公式中，输出检测波。
需要说明的是，当开展运维工作时，需要检测某种故障工况下保护装置在实际情况中是否正确动作，需要相应的检测波输入到保护装置开入中。输入的检测波生成方法如下：
1)通过精细化的仿真模型，开展该故障工况仿真试验，记录仿真波形，设某个测量装置y的仿真故障波形为Fy(t)；
2)将仿真波形进行小波分解，分辨率是固有特征信息Gy,R-S的1/2即可，设Gy,R-S为分辨率为2m，则有：
3)将固有特征信息Gy,R-S与仿真波形近似函数Fy,m(t)求和，得到该工况下最接近y装置实际输出的检测波为：
Ly(t)＝Fy,m(t)+Gy,R-S
其他装置可用相同方式开展系列检测波的生成，系列检测波直接应用到保护装置运维工作中。
本申请的直流配电保护装置的检测波生成方法，采用实际故障数据和仿真相结合的方法，能够生成多种工况下实际可能输入给保护装置的检测波，在检测直流配电保护装置时能够根据每个直流配电工程、每个保护点的特征，针对性地还原保护装置的保护作用过程。本申请的方法考虑到实际故障录波对直流配电保护装置响应准确性的影响，检测波形更加贴近实际，既可验证直流配电保护装置动作逻辑正确性，也可检验装置在实际故障波形下的性能。从而解决了现有技术只能验证保护装置本身的程序设定是否正确、是否存在偏差，未考虑到实际故障录波对其响应准确性的影响的技术问题。
以上为本申请实施例中提供的一种直流配电保护装置的检测波生成方法的实施例一，以下为本申请实施例中提供的一种直流配电保护装置的检测波生成方法的实施例二。
请参阅图2，本申请实施例二提供的一种直流配电保护装置的检测波生成方法，包括：
步骤201、通过待测试的直流配电工程***的设备参数、保护装置的故障录波历史数据对直流配电工程***的仿真模型进行精细化训练，得到精细化仿真模型。
需要说明的是，对于某个特定的直流配电工程，首先需要从业主或相关厂家获取关于该工程一、二次***和设备的详实资料数据以及保护装置录波的历史数据(包含运行数据、调试数据等)。根据工程实际参数，将原有的工程仿真模型精细化，使仿真模型更接近实际***。本实施例通过待测试的直流配电工程***的设备参数、保护装置的故障录波历史数据对直流配电工程***的仿真模型进行精细化训练，得到精细化仿真模型。
步骤202、将实际故障录波数据输入到经过精细化处理得到的精细化仿真模型中，输出仿真故障录波数据，并根据实际故障录波数据与对应的仿真故障录波数据构建故障波形对照组。
步骤202与实施例一步骤101描述相同，请见步骤101描述，在此不再赘述。
步骤203、对故障波形对照组进行归一化处理后，通过小波变换对故障波形对照组进行波形特征提取，得到第一实际波形和第一仿真波形。
需要说明的是，本实施例在构建故障波形对照组后，对故障波形对照组进行归一化处理后，再通过通过小波变换对故障波形对照组进行波形特征提取。
步骤204、基于特征差异计算公式，计算第一实际波形与第一仿真波形在多种故障工况下的特征差异信息，并提取特征差异信息中相同的特征信息，得到固有特征信息。
步骤204与实施例一步骤103描述相同，请见步骤103描述，在此不再赘述。
步骤205、将固有特征信息输入到检测波生成公式中，输出检测波。
步骤205与实施例一步骤104描述相同，请见步骤104描述，在此不再赘述。
以上为本申请实施例中提供的一种直流配电保护装置的检测波生成方法的实施例一，以下为本申请实施例中提供的一种直流配电保护装置的检测波生成方法的实施例二。
请参阅图3，本申请实施例提供的一种直流配电保护装置的检测波生成***，包括：
构建模块301，用于将实际故障录波数据输入到经过精细化处理得到的精细化仿真模型中，输出仿真故障录波数据，并根据实际故障录波数据与对应的仿真故障录波数据构建故障波形对照组。
第一提取模块302，用于对故障波形对照组进行波形特征提取，得到第一实际波形和第一仿真波形。
第二提取模块303，用于基于特征差异计算公式，计算第一实际波形与第一仿真波形在多种故障工况下的特征差异信息，并提取特征差异信息中相同的特征信息，得到固有特征信息。
生成模块304，用于将固有特征信息输入到检测波生成公式中，输出检测波。
本申请的直流配电保护装置的检测波生成***，采用实际故障数据和仿真相结合的方法，能够生成多种工况下实际可能输入给保护装置的检测波，在检测直流配电保护装置时能够根据每个直流配电工程、每个保护点的特征，针对性地还原保护装置的保护作用过程。本申请的方法考虑到实际故障录波对直流配电保护装置响应准确性的影响，检测波形更加贴近实际，既可验证直流配电保护装置动作逻辑正确性，也可检验装置在实际故障波形下的性能。从而解决了现有技术只能验证保护装置本身的程序设定是否正确、是否存在偏差，未考虑到实际故障录波对其响应准确性的影响的技术问题。
进一步地，本申请实施例还提供了一种直流配电保护装置的检测波生成设备，其特征在于，所述设备包括处理器以及存储器：
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行上述方法实施例所述的直流配电保护装置的检测波生成方法。
进一步地，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行上述方法实施例所述的直流配电保护装置的检测波生成方法。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种直流配电保护装置的检测波生成方法，其特征在于，包括：
将实际故障录波数据输入到经过精细化处理得到的精细化仿真模型中，输出仿真故障录波数据，并根据所述实际故障录波数据与对应的所述仿真故障录波数据构建故障波形对照组；
对所述故障波形对照组进行波形特征提取，得到第一实际波形和第一仿真波形；
基于特征差异计算公式，计算所述第一实际波形与所述第一仿真波形在多种故障工况下的特征差异信息，并提取所述特征差异信息中相同的特征信息，得到固有特征信息；
将所述固有特征信息输入到检测波生成公式中，输出检测波。
2.根据权利要求1所述的直流配电保护装置的检测波生成方法，其特征在于，所述对所述故障波形对照组进行波形特征提取，得到第一实际波形和第一仿真波形，具体包括：
对所述故障波形对照组进行归一化处理后，通过小波变换对所述故障波形对照组进行波形特征提取，得到第一实际波形和第一仿真波形。
3.根据权利要求1所述的直流配电保护装置的检测波生成方法，其特征在于，所述精细化仿真模型的精细化处理，具体包括：
通过待测试的直流配电工程***的设备参数、保护装置的故障录波历史数据对直流配电工程***的仿真模型进行精细化训练，得到所述精细化仿真模型。
4.根据权利要求1所述的直流配电保护装置的检测波生成方法，其特征在于，所述特征差异计算公式为：
式中，Ik,R为实际录波数据的第k种故障工况下波形，Ik,S为第k种故障工况下同一位置仿真波形，为分辨率为1/2n细节信号，其中，假设为n>m时，实测波形的细节信号将保留更多的信息，对于仿真波形有当j>n>m时，/>
5.根据权利要求1所述的直流配电保护装置的检测波生成方法，其特征在于，所述检测波生成公式为：
Ly(t)＝Fy,m(t)+Gy,R-S；
式中，Fy,m(t)为仿真波形近似函数，Gy,R-S为所述固有特征信息。
6.一种直流配电保护装置的检测波生成***，其特征在于，包括：
构建模块，用于将实际故障录波数据输入到经过精细化处理得到的精细化仿真模型中，输出仿真故障录波数据，并根据所述实际故障录波数据与对应的所述仿真故障录波数据构建故障波形对照组；
第一提取模块，用于对所述故障波形对照组进行波形特征提取，得到第一实际波形和第一仿真波形；
第二提取模块，用于基于特征差异计算公式，计算所述第一实际波形与所述第一仿真波形在多种故障工况下的特征差异信息，并提取所述特征差异信息中相同的特征信息，得到固有特征信息；
生成模块，用于将所述固有特征信息输入到检测波生成公式中，输出检测波。
7.根据权利要求6所述的直流配电保护装置的检测波生成***，其特征在于，所述第一提取模块具体用于：
对所述故障波形对照组进行归一化处理后，通过小波变换对所述故障波形对照组进行波形特征提取，得到第一实际波形和第一仿真波形。
8.根据权利要求6所述的直流配电保护装置的检测波生成***，其特征在于，还包括：训练模块；
所述训练模块，用于通过待测试的直流配电工程***的设备参数、保护装置的故障录波历史数据对直流配电工程***的仿真模型进行精细化训练，得到所述精细化仿真模型。
9.一种直流配电保护装置的检测波生成设备，其特征在于，所述设备包括处理器以及存储器：
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行权利要求1-5任一项所述的直流配电保护装置的检测波生成方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行权利要求1-5任一项所述的直流配电保护装置的检测波生成方法。
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