改进卡尔曼滤波方法及其在OCT谐波测量中的应用

摘要

现代电力系统正朝着数字化、网络化、智能化方向快速发展，这种发展要求依赖于与之匹配的测量、监视、控制、保护设备。光学电流互感器(OCT)相较于传统电磁式电流互感器，由于机理的优越性使其成为新型电流互感器中的研究热点，在电力系统量测领域具有广泛应用前景。但是，在实用化的征途中，OCT还存在着一些亟需解决的问题，其中一个就是如何处理信噪比低而且成分复杂的输入信号。
　　本文针对提出的问题，首先介绍了OCT的测量原理，详细分析了其传感机理，并对传感过程的频率特性、信噪特性进行分析。在此基础上，建立了OCT测量基波电流和各次谐波电流的线性卡尔曼滤波模型，但在测量验证中发现该模型存在对被测电流频率很敏感的缺陷，因此提出了改进的卡尔曼滤波方法。改进的卡尔曼滤波方法利用锁相环对频率的实时跟踪功能，先对被测电流的频率进行实时跟踪测量，线性卡尔曼利用该频率跟踪值完成稳态电流各分量的高精度测量，从而克服了所建立的线性测量模型的不足。
　　最后，在LabVIEW中编写基于改进卡尔曼方法的稳态电流各分量测量程序，并利用块状OCT、光源、光电转换器、光纤、数据采集卡等搭建实验平台，进行实验验证。实验结果证明本文提出的方法能够有效地测量稳态电流各分量，为OCT的信号处理尤其是谐波测量提供了一种新思路。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 OCT的研究现状

1．3 卡尔曼滤波在信号处理中的研究现状

1．4 LabVIEW简介

1．5 本文的主要工作

第2章 OCT传感过程的频率特性分析

2．1 OCT传感机理

2．2 OCT磁光传感系统的频率特性分析

2．2．1 OCT磁光传感系统的数学模型

2．2．2 OCT磁光传感过程的频率特性

2．3 OCT光电转换系统的频率特性分析

2．3．1 OCT光电转换系统的数学模型

2．3．2 OCT光电转换过程的频率特性

2．4 OCT的信噪特性分析

2．5 本章小结

第3章 基于卡尔曼滤波的OCT谐波信号测量研究

3．1 卡尔曼滤波算法的基本原理

3．2 谐波测量的卡尔曼滤波算法

3．2．1 状态方程

3．2．2 量测方程

3．3 线性卡尔曼滤波在电流测量中的问题

3．3．1 谐波测量的卡尔曼程序设计

3．3．2 算例测试及其结果分析

3．4 本章小结

第4章 改进卡尔曼滤波方法研究

4．1 锁相环的基本原理

4．2 频率跟踪的锁相环技术

4．2．1 锁相环的频率跟踪机理

4．2．2 多频率信号的锁相环的锁相机理

4．3 频率跟踪的锁相环技术在LabVIEW平台上的设计

4．3．1 待跟踪信号

4．3．2 锁相环的三大环节

4．3．3 锁相环的算例测试

4．4 改进的卡尔曼滤波方法

4．5 本章小结

第5章 改进卡尔曼滤波在OCT谐波测量中的实现

5．1 OCT谐波信号测量仿真分析

5．1．1 仿真算例

5．1．2 结果分析

5．2 OCT谐波信号测量实验研究

5．2．1 实验设计

5．2．2 测量结果及分析

5．3 本章小结

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢