继电保护中的形态滤波技术应用

继电保护中的形态滤波技术应用

彭钢

彭钢

（江西省萍乡市供电公司江西萍乡337000）

摘要：电力系统中的噪声影响继电保护的保护动作。本文介绍了数字形态学在电力系统中暂态行波的滤除噪声的应用。首先阐述数字形态学的基本概念，并简单介绍一种基于数学形态学的超高速方向保护的判据，其实质是使用形态开闭运算的数字滤波器，滤除暂态行波中的噪声干扰，对继电保护的超高速动作研究提供一定学术参考价值。

关键词：继电保护；形态学；滤波技术；超高速方向保护

0引言

继电保护能够快速且有选择性的切除特高压和超高压线路故障，对保障电力系统的暂态稳定性有着至关重要的作用。运用行波原理在特高压的应用使得保护反应速度更快、系统振荡和CT饱和等造成的影响较小等特点[1]。但行波信号上的噪声干扰造成信号提取的困难，使得行波保护的准确率降低。

小波分析能够有效地进行信噪分离，通过小波分析可以有效地提高和改善了行波保护的性能。但小波分析存在着计算量大的局限性，分层越多计算量剧增。而数学形态学在信号处理的运用，可以大幅度减小计算量，同时强噪声背景下行波信号噪声消除效果更好[2]。介绍一种基于数学形态学的超高速方向保护的判据，可有效滤除暂态行波中的噪声干扰。

1数字形态学的概述

数学形态学（MathematicsMorphology）形成于1964年，法国巴黎矿业学院马瑟荣（G.Matheron）和其学生赛拉（J.Serra）从事铁矿核的定量岩石学分析，提出了该理论[2]。数学形态学是分析几何形状和结构的数学方法，它建立在集合代数的基础上，是用集合论方法定量描述目标几何结构的学科。其基本思想和方法对图像处理的理论和技术产生了重大的影响。目前，形态学图像处理已成为数字图像处理的一个主要研究领域。在文字识别、显微图像分析、医学图像、工业检测、机器人视觉都有很成功的应用。

数学形态学是由一组形态学的代数运算组成，它的基本运算有4个：膨胀（或扩张）、腐蚀（或侵蚀）、开启和闭合。本文利用开启和闭合算子进行组合，完成滤波功能。

开运算用符号表示，其定义为：。

闭运算用符号表示，其定义为：。

由结构A中与结构元素B全等的子集的并所组成，即中的每一点x，都能在找到结构A中的某个结构元素的平移，使得，即A在x的近旁具有不小于B的几何结构。所以开运算可以使目标的轮廓变得光滑，断开狭窄的间断和消除细的突出物，去掉了毛刺和孤立点，锐化了角[3]。其开运算的几何解释如图1（a）所示。对于闭运算的几何意义同样使目标的轮廓变得光滑，但与开运算相反，它能消除狭窄的间断和长细的鸿沟，消除小的孔洞，弥合了孔洞和裂缝。其闭运算的几何解释如图1（b）所示。

4总结

本文简单介绍了数字形态学在电力系统中暂态行波的滤除噪声的应用。阐述数字形态学的基本概念，并简单介绍一种基于数学形态学的超高速方向保护的判据，对继电保护的超高速动作研究提供一定学术参考价值。

参考文献：

[1]龚炜，石青云，程德民.数字空间中的数学形态学理论及其应用[M].北京：科学出版社，1997.

[2]唐长青，黄诤.数学形态学方法及其应用[M]北京：科学出版社，1990.

[3]刘云鹏，律方成，李成榕等.局部放电灰度图像数学形态谱的研究[J].中国电机工程学报2004，24（5），179~183.

[4]郑涛，刘万顺，肖仕武等.一种基于数学形态学提取电流波形特征的变压器保护新原理[J].中国电机工程学报，2004，24（7），18~24.