基于卡尔曼滤波的输电线路继电保护算法研究

摘要

微机继电保护在电力系统中得到了广泛应用，其核心技术是信号处理。微机保护装置普遍采用傅里叶算法提取测量信号的基波分量。但是，傅里叶算法无法反应信号的时域特性，处理具有局部特性的非平稳信号能力较弱，性能受衰减直流分量和分数次谐波分量影响较大等不足之处，大大降低了传统微机保护算法的快速性和准确性。因此，基于信号处理技术研究新的微机保护算法具有十分重要的意义。本文基于卡尔曼滤波、无迹卡尔曼滤波、小波变换、数学形态学滤波这几种经典的信号处理方法，研究了输电线路微机保护新算法。
　　首先提出了小波-卡尔曼滤波和形态学-卡尔曼滤波两种微机保护算法。该算法利用小波或数学形态学的多尺度变换功能对采集信号进行分解，得到滤除了部分暂态噪声的平滑信号和包含测量噪声的细节信号。平滑信号用于更新卡尔曼滤波器的测量值，提高了滤波器的收敛速度，细节信号用于计算测量噪声的统计特性，提高了滤波器的收敛精度。再利用卡尔曼对滤除暂态噪声的信号进行处理，实时估计出信号的基波分量。
　　然后，针对基于线性卡尔曼滤波的微机保护算法对信号频率偏移敏感的问题，提出了基于无迹卡尔曼滤波的输电线路微机保护算法。算法考虑故障信号的频率和直流偏移量，建立了非线性的数学模型。采用无迹卡尔曼滤波基于非线性模型估计出信号频率、直流偏移量以及基波分量。最后，将数学形态学滤波和无迹卡尔曼滤波结合提出了形态学-无迹卡尔曼滤波算法。在MATLAB/Simulink环境下进行多个算例的仿真，仿真结果证实了所提出滤波算法的有效性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题相关背景与意义

1．2 国内外研究现状及发展趋势

1．2．1 正弦量信号模型算法

1．2．2 傅里叶及其改进算法

1．2．3 最小二乘法及其改进算法

1．2．4 小波变换算法

1．2．5 数学形态学算法

1．2．6 卡尔曼滤波算法及其改进算法

1．3 论文的主要工作和章节安排

第二章 微机继电保护基本算法

2．1 引言

2．2 傅里叶算法

2．2．1 俘里叶变换

2．2．2 全波傅里叶算法原理

2．2．3 半波傅里叶算法原理

2．3 卡尔曼滤波算法

2．3．1 算法原理

2．3．2 状态方程与观测方程

2．4 算例仿真

2．4．1 仿真模型

2．4．2 仿真结果

2．5 本章小结

第三章 电力故障信号暂态噪声抑制算法

3．1 引言

3．2 小波变换

3．2．1 算法原理

3．2．2 多尺度分析

3．2．3 模极大值

3．3 多尺度形态滤波

3．3．1 数学形态学基本运算

3．3．2 形态滤波器

3．3．3 多尺度分析

3．4 算例仿真

3．4．1 小波多尺度分析仿真

3．4．2 多尺度形态滤波仿真

3．5 本章小结

第四章 基于卡尔曼滤波的微机保护算法

4．1 引言

4．2 小波-卡尔曼滤波算法

4．2．1 算法原理

4．2．2 算法流程

4．3 形态学-卡尔曼滤波算法

4．3．1 算法原理

4．3．2 算法流程

4．4 算例仿真

4．4．1 小波-卡尔曼算法仿真

4．4．2 形态学-卡尔曼算法仿真

4．5 本章小结

第五章 基于无迹卡尔曼滤波的微机保护算法

5．1 引言

5．2 无迹卡尔曼滤波算法

5．2．1 算法原理

5．2．2 信号的非线性模型

5．2．3 参数提取

5．3 形态学-无迹卡尔曼滤波算法

5．3．1 算法原理

5．3．2 算法流程

5．4 算例仿真

5．4．1 无迹卡尔曼滤波算法仿真

5．4．2 形态学-无迹卡尔曼滤波算法仿真

5．4．3 滤波算法性能比较

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

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文