智能电网的电力系统信号处理PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 简介 1

1.2 未来电网 2

1.3 动力和目标 3

1.4 信号处理框架 5

1.5 小结 8

参考文献 9

第2章 电力系统与信号处理 10

2.1 简介 10

2.2 动态过电压 11

2.2.1 持续过电压 11

2.2.2 雷击过电压 12

2.2.3 操作过电压 14

2.2.4 电容器组切换 16

2.3 故障电流与直流分量 19

2.4 电压跌落与电压骤升 23

2.5 电压波动 25

2.6 电压、电流不平衡 26

2.7 谐波与间谐波 27

2.8 电力变压器的励磁涌流 37

2.9 变压器过励 40

2.10 互感器的暂态过程 41

2.10.1 电流互感器饱和（保护措施） 41

2.10.2 电容式电压互感器暂态 46

2.11 铁磁谐振 49

2.12 频率波动 49

2.13 其他现象与对应信号 50

2.14 小结 50

参考文献 51

第3章 互感器与采样系统 52

3.1 简介 52

3.2 感应式电压互感器 53

3.3 电容式电压互感器 56

3.4 电流互感器 58

3.5 非传统互感器 62

3.5.1 电阻分压型电压互感器 62

3.5.2 光学电压互感器 63

3.5.3 罗氏线圈 63

3.5.4 光学电流互感器 64

3.6 模-数转换处理 66

3.6.1 监测与控制 67

3.6.2 保护 69

3.6.3 电能质量 69

3.7 噪声的数学模型 70

3.8 采样与抗混叠滤波 71

3.9 电力系统工程中的采样频率 73

3.10 智能电网的背景与结论 73

参考文献 74

第4章 离散变换 75

4.1 简介 75

4.2 用傅里叶级数表示周期信号 75

4.2.1 级数系数的计算 78

4.2.2 指数傅里叶级数 79

4.2.3 指数系数和三角系数的关系 80

4.2.4 电力系统中的谐波 81

4.2.5 傅里叶级数的性质 83

4.3 傅里叶变换 84

4.3.1 简介与实例 84

4.3.2 傅里叶变换的性质 88

4.4 采样定理 89

4.5 离散时间傅里叶变换 92

4.5.1 DTFT对 93

4.5.2 DTFT的性质 93

4.6 DFT 95

4.6.1 采样傅里叶变换 98

4.6.2 DFT定理 99

4.7 递归DFT 99

4.8 DFT的滤波解释 102

4.8.1 DFT滤波器的频率响应 104

4.8.2 非同步采样 105

4.9 z变换 107

4.9.1 有理z变换 109

4.9.2 有理传递函数的稳定性 111

4.9.3 一些常用的z变换对 111

4.9.4 z变换的性质 112

4.10 小结 113

参考文献 113

第5章 基本电力系统信号处理 114

5.1 简介 114

5.2 线性时不变系统 114

5.2.1 LTI系统的频率响应 117

5.2.2 线性相位FIR滤波器 118

5.3 基本数字系统和电力系统应用 120

5.3.1 移动平均系统：应用 120

5.3.2 RMS估计 121

5.3.3 梯形积分和双线性变换 123

5.3.4 微分滤波器：应用 125

5.3.5 简单微分器 128

5.4 电力系统应用中的参数滤波器 129

5.4.1 滤波器规格 130

5.4.2 一阶低通滤波器 131

5.4.3 一阶高通滤波器 131

5.4.4 带阻IIR数字滤波器（陷波滤波器） 131

5.4.5 时域中的总谐波畸变率 135

5.4.6 利用陷波滤波器进行信号分解 136

5.5 参数陷波FIR滤波器 137

5.6 用MATLAB？设计滤波器（FIR和IIR） 138

5.7 正弦和余弦FIR滤波器 139

5.8 智能电网的背景与结论 140

参考文献 140

第6章 多速率系统和样本变更 141

6.1 简介 141

6.2 采样速率变更的基本模块 141

6.2.1 频域演绎 142

6.2.2 频域中的向上采样器 142

6.2.3 频域中的向下采样器 142

6.3 插入器 144

6.3.1 插入器的输入、输出的关系 145

6.3.2 多速率系统的时变系统和其Noble恒等式 145

6.4 抽取滤波器 147

6.4.1 简介 147

6.4.2 抽取滤波器的输入、输出关系 147

6.5 分级采样率的改变 148

6.5.1 使用MATLAB？重新采样 148

6.6 实时采样率的改变 149

6.6.1 样条插值 150

6.6.2 三次B样条插值 152

6.7 小结 155

参考文献 155

第7章 电气参数的估计 156

7.1 简介 156

7.2 估计理论 156

7.3 最小二乘估计 158

7.3.1 线性最小二乘法 159

7.4 频率估计 161

7.4.1 基于过零点的频率估计（IEC 61000 -4-30） 161

7.4.2 基于过零点的短期频率估计 164

7.4.3 基于旋转相量的频率估计 166

7.4.4 改变DFT窗口大小 168

7.4.5 基于LSE的频率估计 170

7.4.6 IIR陷波滤波器 171

7.4.7 小系数和/或小计算误差 171

7.5 相量估计 172

7.5.1 简介 172

7.5.2 锁相环结构 174

7.5.3 卡尔曼滤波估计 176

7.5.4 使用卡尔曼滤波器来进行相量估计的例子 178

7.6 直流分量存在下的相量估计 179

7.6.1 直流衰减信号的数学模型 180

7.6.2 模拟方法 180

7.6.3 最小二乘估计器 181

7.6.4 改善DTFT的估计算法 182

7.7 小结 188

参考文献 188

第8章 谱估计 190

8.1 简介 190

8.2 谱估计 190

8.2.1 对频谱泄漏的理解 191

8.2.2 频域插值：单频信号 194

8.3 窗函数 198

8.3.1 频域窗 198

8.4 频域插值：多频信号 202

8.5 间谐波 202

8.5.1 典型间谐波源 205

8.5.2 IEC 61000-4-7标准 208

8.6 基于IEC标准的间谐波检测和估计 211

8.7 频谱估计的参数法 214

8.7.1 Prony法 214

8.7.2 信号和噪声子空间技术 219

8.8 小结 226

参考文献 226

第9章 时频信号分解 227

9.1 简介 227

9.2 STFT 230

9.2.1 STFT的滤波器组解释 231

9.2.2 窗函数的选取：不定原理 233

9.2.3 时频分布图 234

9.3 滑窗DFT 235

9.3.1 滑窗DFT的改进结构 236

9.3.2 电力系统中的应用 236

9.4 滤波器组 240

9.4.1 两通道正交镜像滤波器组 241

9.4.2 无混叠失真的实现 243

9.4.3 PR条件 243

9.4.4 由P（z）确定滤波形式 245

9.4.5 一般滤波器组 246

9.4.6 利用PR滤波器组进行谐波分解 247

9.4.7 采样频率 250

9.4.8 提取偶次谐波 251

9.4.9 综合滤波器组 251

9.5 小波 252

9.5.1 CWT 253

9.5.2 CWT的逆变换 256

9.5.3 DWT 256

9.5.4 DWT的逆变换 258

9.5.5 DTWT 258

9.5.6 小波变换的设计问题 263

9.5.7 小波变换在电力系统中的应用 266

9.5.8 实时小波变换的实现 268

9.6 小结 269

参考文献 269

第10章 模式识别 271

10.1 简介 271

10.2 模式识别的基础知识 271

10.2.1 数据集 273

10.2.2 有监督学习和无监督学习 273

10.3 贝叶斯决策理论 273

10.4 电力信号的特征提取 274

10.4.1 RMS 274

10.4.2 D FT 274

10.4.3 小波变换 274

10.4.4 高阶统计量的累积量 275

10.4.5 主成分分析 275

10.4.6 标准化 276

10.4.7 特征选择 277

10.5 分类器 278

10.5.1 最小距离分类器 278

10.5.2 最近邻分类器 278

10.5.3 感知器 279

10.5.4 最小二乘法 282

10.5.5 多层感知器 284

10.5.6 SVM 289

10.6 系统评估 296

10.6.1 分类错误概率的估计 296

10.6.2 规模有限的数据集 296

10.7 模式识别在电力系统中的例子 297

10.7.1 电能质量扰动分类 297

10.7.2 电力系统负荷预测 298

10.7.3 电力系统安全评估 298

10.8 小结 299

参考文献 299

第11章 信号检测 301

11.1 简介 301

11.2 为什么要进行电力系统的信号检测 301

11.3 检测的理论基础 302

11.3.1 贝叶斯框架下的检测 302

11.3.2 Newman-Pearson准则 303

11.3.3 接收机工作特性 303

11.3.4 高斯白噪声下的确定信号检测 305

11.3.5 含有未知参数的确定信号 308

11.4 电力系统干扰的检测 312

11.4.1 电力系统信号 313

11.4.2 最优检测 313

11.4.3 特征提取 314

11.4.4 常用的检测算法 315

11.5 举例 315

11.5.1 输电线路保护 315

11.5.2 基于估计的检测算法 317

11.5.3 电流互感器中的饱和检测 320

11.6 智能电网背景和结论 323

参考文献 323

第12章 小波变换在电网波动中的应用 325

12.1 简介 325

12.2 基本理论 326

12.3 小波变换在时变发电与负载曲线分析中的应用 327

12.3.1 利用FFT进行功率波动分析 327

12.3.2 方法论 327

12.3.3 负载波动 328

12.3.4 风电场发电量波动 330

12.3.5 智能微网 331

12.4 小结 333

参考文献 334

第13章 时变谐波和不对称平衡 335

13.1 简介 335

13.2 序分量计算 336

13.3 时变不平衡和谐波频率 337

13.4 谐波频率处的时变不平衡和不对称计算 337

13.5 实例 340

13.5.1 励磁涌流 340

13.5.2 电压跌落 343

13.5.3 变换器中的不平衡 345

13.6 小结 349

参考文献 349