信号处理结课论文与作业

数字信号处理技术在电力系统中的发展现状和趋势

摘要：为了适应现代电力系统的要求，先进的数字信号处理技术被应用到电力系

统中，充分发挥了其快速强大的运算和处理能力以及并行运行的能力，满足了电

力系统监控的实时性和处理算法的复杂性等更高的要求。本文首先简要介绍了电

力系统和数字信号处理技术；然后详细阐述了数字信号处理技术在电力系统中的

应用，包括傅里叶变换、小波变换、现代谱分析、相关分析、数学形态学，并介

绍了数字信号处理技术在电力系统应用中的现状和趋势。

关键词：数字信号处理，电力系统

Abstract: In order to meet the requirements of modern electric power system, the

advanced digital signal processing technology is applied to the electric power system.

this technology has gave full play to its fast computation and processing capacity and

the ability to run in parallel, and it satisfies some higher requirements, such as the real

time monitoring of electric power system and the complexity of handle algorithm.

This article first briefly introduced the electric power system and digital signal

processing technology; And then expounds the application of digital signal processing

technology in power system, including Fourier transform, wavelet transform, the

modern spectrum analysis, correlation analysis and mathematical morphology, and

digital signal processing technology is introduced in the present situation and trend of

power system applications.

Keywords: digital signal processing, electric power system

1、引言

现代电力系统通过联网已经发展成供电区域辽阔和容量巨大的系统，作为国民经济发展的源动力，我国的电力系统正以空前的规模和速度扩大。随着互联电力系统的增长，尤其是长江三峡工程的崛起，超远距离输电的互联大电网的安全成为更加关心和突出的问题。电力系统是一个庞大的、瞬变的多输入输出的系统，为了保证其安全运行，需要实时地监视各节点的运行状况，及时发现电力系统的不正常状态及故障状态通知运行人员，或快速地进行控制和处理。这要求在电网各节点都要有数据采集单元，将测得的电力系统运行参数转化为数字量，进行分析和控制就地解决问题，或者通过远方通信送往调度中心进行处理。电力系统监视和控制的参数要求实时性较强，不仅包括频率、电压、电流、有功、无功、谐波分量、序分量等，还有些采集的特征量频率变化快而且复杂，如暂态突变量，高频的故障行波等，普通的采集处理方法对多路进行采样计算时，就会显得吃力甚至难以实现。为了克服以上不足，适应现代电力系统的要求，将先进的数字信号处理技术应用到电力系统中来，充分发挥其快速强大的运算和处理能力以及并

行运行的能力，满足了电力系统监控的实时性和处理算法的复杂性等更高的要求，并为不断发展的新理论和新算法应用于电力系统的实践奠定了技术基础。

2、数字信号处理技术简介

数字信号处理是20世纪60年代，随着信息学科和计算机学科的高速发展而迅速发展起来的一门新兴学科。数字信号处理（Digital Signal Processing）是以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别、参数提取、频谱分析等处理。自然界中存在的各种各样的信息和信号都可以通过传感器转换为电信号，例如：声音、语言和音乐可以通过传声器（如话筒）转换成音频信号；人体器官的运动信息（如心电、脑电、血压和血流）可转换成不同类型的生物医学信号；机器运转产生的一些物理变（如温度、压力、转速、振动和噪声等）可用不同类型的传感器转换成对应于各种物理量的电信号；在人造卫星上用遥感技术可得到地面上的地形、地貌，甚至农田水利和各种建筑设施的信息；雷达、声纳能探测远方飞机和潜艇的距离、方位和运行速度等信息。总之，在现代社会里，信息和信号与人民生活、经济建设、国防建设等很多方面都有着密切的关系。

3、电力系统简介

现代电力系统通过联网已经发展成供电区域辽阔和容量巨大的系统，作为国民经济发展的源动力，我国的电力系统正以空前的规模和速度扩大。为了提高联网效益，超高压电力系统的规模不断扩大，电压等级也在不断提高，目前，我国西北电网的特高压系统(750kV)建设已经提上日程。特、超高压、大电网互联和跨国联网带来的各种复杂问题将是对现有电力系统运行的严峻考验。如北美电网2003年9月发生大面积停电事故，充分表明这种类型事故是当前及未来电网运行安全的最大威胁[1-3]。随着互联系统的网络和容量的增大及电压等级的提高，故障所影响的地域范围和用户数量将越来越大。在众多可能给电力系统安全带来突破的潜在因素中，始终不应忽视信号处理技术的存在。近年来，信号处理的理论和方法获得了迅速发展。几年前，被研究的对象还限于较简单的线性、因果最小相位系统，而现在，非线性、非因果、非最小相位系统已经成为研究热点。同时，由于高阶统计量、小波变换和数学形态学等数学工具的新发展，现在已能对非高斯信号和非平稳信号进行有效的分析与处理。从根本上说，信息的识别、处理和利用是电力系统发展的基础。特别是国家提出建设坚强智能电网以来，数字信号处理技术在电力系统中应用越来越广泛。

4、数字信号处理技术在电力系统中的发展现状与趋势

现代数字信号处理技术是分析电力系统故障信息的有力工具，已经在电力系统各个领域取得了广泛应用，目前，在电力系统中采用的几个主要数字信号处理技术有下面几种。