数学形态学在电能质量暂态扰动检测中的应用研究

摘要

经济水平的提高和科学技术的发展使社会现代化程度越来越高，非线性负荷在电力系统中所占的比例在日趋增加，由此造成的电能质量问题越来越严重，给各电力用户带来的不利影响日益显著，电能质量问题已经发展成一个备受关注的热点，很多专家、学者对此投入了极大的精力进行研究探索。电能质量暂态扰动，诸如电压暂升、电压暂降、电压短时中断、电磁脉冲、暂态振荡等给电网和电力设备带来了很多不利冲击，造成了巨大的经济损失。全面高效的检测和分析技术是提高和改进电能质量的依据和前提条件，实现对各种扰动发生时间的精确定位是实现快速恢复正常电能的基础，具有极大的研究意义。数学形态学是一种新兴起来的数学理论，具有计算量小、计算过程简单且快速有效的优点，在非线性信号分析领域得到了广泛的应用。本文的研究重点是针对电能质量暂态扰动信号的特点，应用数学形态学的优良特性结合其他先进的信号分析方法对扰动信号进行检测分析，实现扰动发生起止时刻的正确定位，主要内容包括：
　　首先，介绍了电能质量的定义，从不同的角度对电能质量扰动信号进行了分类，建立了暂态扰动信号的数学模型，并在 Matlab软件上进行了实验仿真，模拟了相应的电压波形信号，留做后期扰动信号分析时备用，对国内外暂态电能质量扰动分析领域有关滤波降噪和检测方法的研究现状进行了介绍；还对数学形态学的原理进行了介绍。
　　然后，结合数学形态学理论、希尔伯特变换（Hilbert）和差分算法设计了一种电能质量暂态扰动信号的检测方法。在广义形态滤波器的基础上，应用最小均方算法的特性，改进滤波器参数的选择，构建了一种性能更好的形态滤波器，大大提高了形态滤波器的滤波性能，用其对含噪声的电能质量扰动信号进行滤波处理后进行 Hilbert变换能得到幅值包络信号，通过对幅值包络信号进行差分运算，放大了扰动特征，可以定位扰动发生的起止时刻。
　　其次，柔性形态学是在数学形态学的基础上发展而来的一种性能更加优良的分析方法。利用柔性形态学的特性，构建一种柔性形态滤波器对电能质量扰动信号进行滤波处理，再结合形态梯度变换和信息熵的原理，对降噪后的扰动信号进行形态梯度变换后能够放大扰动特征，再求取各信号的信息熵，根据信息熵在扰动发生起止时刻会出现突变，可以对扰动进行准确定位。
　　最后，研究形态学基本运算的不同性能，运用基本形态算子的差值运算，构建一种形态差值滤波器，通过仿真实验证实了该滤波器在滤除噪声的同时还能保留住信号的主要特征。利用该滤波器对常见的电能质量暂态扰动信号进行滤波降噪后，结合局部均值算法在常规情况下求取信号瞬时频率的方法，通过进一步改进其不能凸显扰动频率突变的缺点后，利用该方法求取扰动信号的瞬时频率，根据瞬时频率在信号突变处的不同，可以对扰动进行定位，通过在不同噪声、突变幅值和复合扰动下的对比研究证实了该算法的有效性。

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主要符号说明

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 电能质量概论

1.3电能质量扰动的国内外研究现状

1.4 论文的重点和主要内容

第二章 数学形态学理论

2.1 数学形态学的形成与应用

2.2 数学形态学基本原理

2.3 数学形态学滤波器

2.4 本章小结

第三章 基于LMS形态滤波和Hilbert变换的电能质量暂态扰动定位

3.1 引言

3.2基于最小均方算法的形态滤波器

3.3 基于希尔伯特变换的扰动定位

3.4 算例仿真与分析

3.5 本章小结

第四章 基于柔性形态滤波与信息熵的电能质量暂态扰动定位分析

4.1 引言

4.2 柔性形态滤波器和形态梯度原理

4.3 信息熵原理

4.4 算例与仿真分析

4.5 本章小结

第五章 基于形态差值滤波与LMD瞬时频率法的电能质量扰动定位

5.1 引言

5.2形态差值滤波器

5.3 基于LMD的瞬时频率法

5.4 算例与仿真实验

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文

致谢