目前,随着清洁能源的大力推广使用,海上风电场的发展也越来越迅速,海上风机单机容量不断增加且整体规模也愈加庞大。随着海上风电场的发展,其集电系统因电气设备频繁操作或故障导致的内部高频瞬态过电压也愈加严重。过电压的长期积累将会对电气设备的绝缘保护造成损害,严重情况下甚至会损坏设备,影响系统的安全稳定运行,带来巨大的经济损失。为了防控和解决过电压造成的问题,对不同类型海上风电场内部瞬态过电压进行分类识别,对海上风电场整体绝缘配合和保护整定有着重要意义。为了对海上风电场内部瞬态过电压进行特征分析,本文基于广东省某个海上风电场的拓扑结构和设备参数进行简化,搭建了一个实验室试验平台来获取四种类型的瞬态过电压信号。但是出于现场试验的条件、成本和安全等多方面因素的考虑,所获取的实验样本的种类和数量有限,仅通过采集少量现场数据进行研究的可行性较低。为此本文根据实验室试验平台的结构和设备参数在PSCAD/EMTDC软件上搭建了能够复现该类过电压高频瞬态特性的仿真平台,用以扩充实验样本的规模和类型,提高研究的科学性和有效性。然后基于获取的仿真和实验样本能够更全面地挖掘出海上风电场瞬态过电压的特性,为识别多种瞬态过电压奠定基础。本文首先提出一种多尺度数学形态学信号特征提取方法,构建了一种新形态学结构元素,然后运用多尺度数学形态学分解方法提取瞬态过电压的高低频成分,构建适用于识别海上风电场内部瞬态过电压类型的时域特征量。再基于所构造的高频特征量和高低频能量比值识别特征量,结合支持向量机分类器模型对多种类型的内部瞬态过电压分类识别。除此之外,考虑到多尺度数学形态学存在的一些缺点,本文还提出了一种稀疏表示特征提取方法,首先采用过完备离散余弦字典和单位矩阵字典作为谐波字典和冲击字典,然后采用交替方向乘子法来进行多次迭代更新,基于字典提取出了原始过电压信号中的谐波成分和冲击成分。随后结合冲击成分和原始信号的能量值,构造了冲击特征量和冲击分量与原始信号的能量比值,再结合支持向量机分类模型对不同海上风电场瞬态过电压进行分类识别。经过仿真和实验结果表明,所提出的两种方法相对于传统的小波算法,所构造的特征量区分度更明显,有着更好的特征提取能力,能够准确识别多种类型的海上风电场瞬态过电压,为海上风电场电气设备的保护整定和绝缘配合奠定基础。