基于广义形态学的滤波算法研究.pdf

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1、·52·煤矿机电2014年第3期基于广义形态学的滤波算法研究田书，李凯，王泾良(河南理工大学电气工程与自动化学院，河南焦作454000)摘要：广义形态滤波算法基于数学形态学，针对电力信号噪声特点，选取结构元素。仿真结果表明，广义形态滤波算法能够有效地除各种噪声干扰，保持信号的主要特征，减少输出偏差、提高信噪比和降低误差，为继电保护信号消噪提供了有效方法。关键词：继电保护；信号；数学形态学；滤波算法中图分类号：TM773+．9文献标识码：A文章编号：1001—0874(2014)03—0052一04StudyOfFiIter

2、ingAIgOrithmBasedonGeneralizedMOrphoIOgy死on鼽“，乜‰i，耽增^昭玩愕(SchoolofElectricalEngineeringandAutomation，HenanP01ytechnicUniversity，Jiaozuo454000，China)Abstract：Setsupthegeneralizedmo印holo舀calfilteringalgorithmbasedonthemathematicalmorph0109yandselectsitsstmcturaleleme

3、ntaccordingtothenoisefeatureinthepowersignal．ThesimulationresultsshowthatthealgodthmeliminatesefkctivelytheinteIferenceofvariousnoisekeepingthemaincharacteristicsofthesignal，and10werestheoutputen．or．ThegeneralizednorphologicalfilteringalgorithmgiVesabetterSNR(Sign

4、altoNoiseRatio)f而mminorerrorandpmvidesanefkctivede—noisingmethodforrelayprotection．Keywords：relaypmtection；signal；mathematicalmorphology；filteringalgodthmO引言干扰，减少一般形态滤波算法的偏差。随着超高压输电线路的大量增加，电力系统对输电容量和稳定性的要求更高。传统的工频保护的动作速度很难再提高。暂态保护⋯理论上可以提高保护速度，但由于传感器带宽和信号分析技术的制约，暂态

5、保护得不到很好实现。有效消噪是实现继电保护准确动作的关键f2’3J。基于时频域分析的数字滤波算法(如FFT，小波)，存在幅值衰减、相位偏移等缺点，当信号和噪声的频带混叠时，不能有效消除噪声干扰。数学形态学Ho是通过改变输入信号波形的几何特征对信号进行变换运算，避免相位偏移和幅值衰减的问题。数学形态学处理速度快、延时短，能够保持信号的主要特征并有效抑制噪声干扰，广泛应用于电力系统信号处理∞剖。本文针对电力系统信号特点，采用广义形态滤波算法一1进行滤波处理。仿真结果表明，该滤波算法能较好保持信号的几何形态特征，有效滤除噪声1数

6、学形态学数学形态学的基本运算包括膨胀运算和腐蚀运算。灰度形态运算是将形态学算子作用于定义在n维欧氏空间上的实值函数的情况。用集合的方式表示电力系统保护一维信号处理，设八n)是采样得到的一维多值信号，其定义域为D，={o，1，2，⋯，Ⅳ一1}；结构元素为g(n)(信号)，其定义域为D。={O，1，2，⋯，M一1}；其中Ⅳ和M都为整数，且Ⅳ≥M。．厂(n)关于g(n)的灰度膨胀和腐蚀分别定义为：(厂臼≥g)(n)=max{八n—m)+g(m)l(n—m)∈D，且m∈D。}(1)(／@留)(几)=min{以n+，n)一g(，n)

7、I(凡+m)∈D，且m∈D。}(2)膨胀和腐蚀运算只包含加减运算和取极值运算，不涉及乘除，因而计算简单，对实时信号的计算速度快，时延短。肘是结构元素函数的长度，其取值和采样频率及噪声的特性有关。当最大脉冲宽度2014年第3期煤矿机电·53·为丁，采样周期为t时，则需要M>熹。考虑滤除』8需要平稳噪声，可适当增大M值。膨胀运算和腐蚀运算是一对对偶运算，不是互逆运算。由膨胀和腐蚀的级联组合运算可得到灰度形态学变换的开闭运算，分别定义为：(厂。g)(n)=(／Dg①g)(凡)(3)(／·g)(n)=(厂og魄)(n)(4)形态学

8、的开运算可以除去毛刺及小桥结构，抑制信号上方的峰值(正脉冲)噪声；而闭运算可以填平小沟结构，滤除信号下方的波谷(负脉冲)噪声。利用不同的算子组合可以滤除不同的噪声。2研究方法2．1广义形态滤波算法数学形态学的开闭运算都具有低通特性。Ma—ragos采用的形态开一闭滤波算法和闭．开滤波算法¨则分别为：[(