基于数学形态学的牵引供电系统电能质量分析

摘要

随着世界经济和科学水平的不断发展，国内各相关行业对商品运输速度和运输量的要求也日益提升。电气化铁路因其行驶速度高、承载吨位重，能源消耗低等特点，在我国运输行业中占有越来越高的地位，成为交通运输体系中重要的基础设施。但是，牵引机车在运行过程中使公用配电网中的电压和电流波形发生畸变，降低了公用配电网和牵引供电系统的电能质量，为牵引供电系统的运行安全带来隐患。设计一种更为高效的电能质量分析方法，对提高我国牵引供电系统电能质量具有十分重要的意义。
　　本文以研究牵引供电系统电能质量为主题，详细介绍了牵引供电系统电能质量分析的研究意义和研究现状。针对现有谐波分析方法的不足，引入了数学形态学分析工具，系统性的介绍了数学形态学的基本原理、形态学结构元素的选择规律，并对几种常用形态学滤波器的功效进行仿真说明。为解决现有瞬时无功功率算法中低通滤波器影响谐波检测精度这一问题，提出采用数学形态学滤波器替代瞬时无功功率理论谐波分析方法中的低通滤波器，来对牵引供电系统电流波形进行谐波分析，并首次定义形态学谐波含量的概念来描述一个周期内的谐波含量。实验表明，结合瞬时无功功率算法和数学形态学滤波器的方案能准确检测出牵引供电系统中的谐波含量，当电流幅值发生波动时仍旧能够进行实时、精确的检测。
　　其次，采用不同的结构元素来对牵引供电系统中的噪声信号进行滤噪处理，并引入了除噪能力的概念来评估形态学滤波器的滤噪效果。然后使用形态学滤波器对牵引供电系统中的电压扰动信号进行检测。仿真发现，数学形态学滤波器能很好地滤除牵引供电系统中的噪声信号，并完成扰动信号检测定位和分类。
　　研究证明，上述方法均正确、有效。选择合适长度和形状的结构元素与数学形态学滤波器配合使用，能提高形态学精准分析波形局部特性的能力。数学形态学理论可以应用在电气化铁道牵引供电系统谐波分析和扰动检测领域，并具有计算量少，程序运行速度快等优点。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 牵引供电系统谐波和扰动问题

1．2．2 国内外电能质量分析方法

1．2．3 数学形态学在电力系统中的研究现状

1．3 本文的研究方向

1．4 论文的主要工作

第2章 数学形态学理论

2．1 数学形态学的产生和发展

2．2 数学形态学的基本原理

2．2．1 二值形态学基本原理

2．2．2 灰度形态学基本原理及仿真效果

2．2．3 常用数学形态学运算及仿真效果

2．3 形态学结构元素的选择

2．4 小结

第3章 基于数学形态学的牵引供电系统谐波分析

3．1 谐波的基本概念

3．2 瞬时无功功率理论

3．2．1 基于瞬时无功功率理论的p-q检测法

3．2．2 基于瞬时无功功率理论的ip-iq检测法

3．2．3 基于广义瞬时无功功率理论的dq0检测法

3．3 牵引供电系统谐波检测原理

3．3．1 谐波检测原理

3．3．2 数学形态学滤波器的设计

3．4 牵引供电系统谐波检测仿真

3．4．1 MATLAB简介

3．4．2 谐波检测仿真实验

3．5 小结

第4章 基于数学形态学的牵引供电系统扰动检测

4．1 牵引供电系统滤噪

4．1．1 噪声的定义

4．1．2 除噪能力

4．1．3 牵引供电系统滤噪仿真实验

4．2 牵引供电系统扰动检测

4．2．1 牵引供电系统中的扰动类型

4．2．2 牵引供电系统扰动检测原理

4．2．3 各级形态学滤波器的设计

4．2．4 牵引供电系统扰动检测仿真实验

4．3 小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果