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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 DFT95

4.6.1 采样傅里叶变换98

4.6.2 DFT定理99

4.7 递归DFT99

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 STFT230

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DFT235

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 CWT253

9.5.2 CWT的逆变换256

9.5.3 DWT256

9.5.4 DWT的逆变换258

9.5.5 DTWT258

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 RMS274

10.4.2 D FT274

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 SVM289

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