數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)在電能質(zhì)量暫態(tài)擾動檢測中的應(yīng)用研究.pdf

1、經(jīng)濟(jì)水平的提高和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使社會現(xiàn)代化程度越來越高，非線性負(fù)荷在電力系統(tǒng)中所占的比例在日趨增加，由此造成的電能質(zhì)量問題越來越嚴(yán)重，給各電力用戶帶來的不利影響日益顯著，電能質(zhì)量問題已經(jīng)發(fā)展成一個備受關(guān)注的熱點(diǎn)，很多專家、學(xué)者對此投入了極大的精力進(jìn)行研究探索。電能質(zhì)量暫態(tài)擾動，諸如電壓暫升、電壓暫降、電壓短時中斷、電磁脈沖、暫態(tài)振蕩等給電網(wǎng)和電力設(shè)備帶來了很多不利沖擊，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。全面高效的檢測和分析技術(shù)是提高和改進(jìn)電能質(zhì)量的

2、依據(jù)和前提條件，實(shí)現(xiàn)對各種擾動發(fā)生時間的精確定位是實(shí)現(xiàn)快速恢復(fù)正常電能的基礎(chǔ)，具有極大的研究意義。數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)是一種新興起來的數(shù)學(xué)理論，具有計(jì)算量小、計(jì)算過程簡單且快速有效的優(yōu)點(diǎn)，在非線性信號分析領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文的研究重點(diǎn)是針對電能質(zhì)量暫態(tài)擾動信號的特點(diǎn)，應(yīng)用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的優(yōu)良特性結(jié)合其他先進(jìn)的信號分析方法對擾動信號進(jìn)行檢測分析，實(shí)現(xiàn)擾動發(fā)生起止時刻的正確定位，主要內(nèi)容包括：
　　首先，介紹了電能質(zhì)量的定義，從不同的角度對電

3、能質(zhì)量擾動信號進(jìn)行了分類，建立了暫態(tài)擾動信號的數(shù)學(xué)模型，并在 Matlab軟件上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)仿真，模擬了相應(yīng)的電壓波形信號，留做后期擾動信號分析時備用，對國內(nèi)外暫態(tài)電能質(zhì)量擾動分析領(lǐng)域有關(guān)濾波降噪和檢測方法的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹；還對數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的原理進(jìn)行了介紹。
　　然后，結(jié)合數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)理論、希爾伯特變換（Hilbert）和差分算法設(shè)計(jì)了一種電能質(zhì)量暫態(tài)擾動信號的檢測方法。在廣義形態(tài)濾波器的基礎(chǔ)上，應(yīng)用最小均方算法的特性，改進(jìn)濾波器參

4、數(shù)的選擇，構(gòu)建了一種性能更好的形態(tài)濾波器，大大提高了形態(tài)濾波器的濾波性能，用其對含噪聲的電能質(zhì)量擾動信號進(jìn)行濾波處理后進(jìn)行 Hilbert變換能得到幅值包絡(luò)信號，通過對幅值包絡(luò)信號進(jìn)行差分運(yùn)算，放大了擾動特征，可以定位擾動發(fā)生的起止時刻。
　　其次，柔性形態(tài)學(xué)是在數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種性能更加優(yōu)良的分析方法。利用柔性形態(tài)學(xué)的特性，構(gòu)建一種柔性形態(tài)濾波器對電能質(zhì)量擾動信號進(jìn)行濾波處理，再結(jié)合形態(tài)梯度變換和信息熵的原理，對降

5、噪后的擾動信號進(jìn)行形態(tài)梯度變換后能夠放大擾動特征，再求取各信號的信息熵，根據(jù)信息熵在擾動發(fā)生起止時刻會出現(xiàn)突變，可以對擾動進(jìn)行準(zhǔn)確定位。
　　最后，研究形態(tài)學(xué)基本運(yùn)算的不同性能，運(yùn)用基本形態(tài)算子的差值運(yùn)算，構(gòu)建一種形態(tài)差值濾波器，通過仿真實(shí)驗(yàn)證實(shí)了該濾波器在濾除噪聲的同時還能保留住信號的主要特征。利用該濾波器對常見的電能質(zhì)量暫態(tài)擾動信號進(jìn)行濾波降噪后，結(jié)合局部均值算法在常規(guī)情況下求取信號瞬時頻率的方法，通過進(jìn)一步改進(jìn)其不能凸顯擾動