有关于信号处理“电力工程信号处理及运用”国家级精品课程建设实践学术

摘要：介绍了“数字信号处理”这门课程在电气专业高年级本科生以及研究生中开设的必要和意义，以及其改革的必要性，并且以昆明理工大学电力工程学院为例介绍了“电力工程信号处理及应用”国家级精品课程建设中的具体实践内容，并且举出实例说明。
关键词：电气工程及其自动化专业；电力工程信号处理及应用；精品课程；建设实践
信号处理技术是随着信息学科和计算机学科的发展而快速发展的一门学科，它的重要性日益在各个领域的应用中彰显出来。随着信息技术的不断发展和信息技术应用领域的不断扩展，“数字信号处理”课程已经从电子信息工程类专业的专业基础课程扩展成电子信息、自动控制、电子技术、电气工程、计算机技术、生物医学工程等众多电类专业的专业基础课程。电气系统和自动化系统都广泛地涉及信号分析和处理技术，自动化系统中按一定的控制规则得出的控制信号，系统状态的估计，控制对象数学模型的确定，系统测量噪声的剔除，直至自适应控制、智能控制等都通过信号的分析与处理来实现。电力系统的故障分析和诊断、电力系统的微机保护，谐波抑制等更是信号分析与处理技术直接应用的例子。随着电力系统的进一步发展，信号处理技术对它的作用和影响必将越来越大。昆明理工大学电力工程学院就是在信号处理技术日益重要的前提下率先开设了“电力工程信号处理及应用”国家级精品课程。在不突破总学时的前提下，根据人才培养要求以及各门课程所包含的知识结构、层面和相互关联，对原有课程进行科学地整合和取舍，拓宽课程设置范围，并适当增加反应科学技术发展的新知识。

一、课程内容改革的必要性

“数字信号处理”课程在电气工程专业的教学中有着很重要的地位，是“自动控制原理”等课程的非常重要的先修课程。它的教学目摘自：本科毕业论文答辩www.618jyw.com
的是让学生掌握信号和线性系统分析的基本理论、基本原理和方法，能够在后续课程的学习和工作中灵活应用这些方法解决学生遇到的问题。它在电气电气工程专业的教学体系上起到了非常重要的作用，其重要性是其他课程不可替代的。“数字信号处理”是通信和其他电子电气工程专业本科生的专业基础主干课程，课程主要内容为：离散时间信号和系统在时域、频域和z域的分析；离散傅里叶变换的概念、计算及其应用；信号的取样理论及其应用；数字滤波器的结构、设计原理和常用数字系统；数字系统的有限字长效应分析等，内容涉及大量的数学课程。对于电气工程专业来说，系统的时域、频域、复频域分析方法和设计方法等内容在其他的课程中都有涉及，传统的“数字信号处理”课程中信号与系统部分的内容并重就造成了教学内容之间的重叠，很容易导致知识体系的混乱。而且电气工程专业开设的“数字信号处理”课程并没有强调其在电力系统中的应用，大部分都是大篇幅讲述数学内容，学起来没有针对性，更加不懂得应用在所学的专业知识上。所以对于电气工程专业“数字信号处理”课程内容的改革迫在眉睫。

二、课程内容的改革实践

“电力工程信号处理应用”是昆明理工大学电力学院（以下简称“我院”）首先提出的针对电气专业高年级本科生和研究生的国家级精品课程，它是“数字信号处理”和“信号分析与处理”的后续课程。电力系统暂态量中包含非常丰富的信息，在电力系统的各个领域都有极高研究和应用价值，但是，信息提取与区分的难度随着信号的复杂程度明显增大，没有先进的数学工具作为支撑，显然非常困难。所以对于电气专业的高年级本科生来说只是学习了信号处理的各种方法是远远不够的，更应该掌握信号处理各种方法在电力工程中的应用。所以我院提出了“电力工程信号处理应用”课程来帮助高年级本科学生和研究生学习和应用信号处理技术。
课程开设之初，主要介绍傅氏算法、最小二乘算法、卡尔曼滤波、相关分析法、Prony算法、数学形态学以及分形理论等及其在电力系统中的应用，包括傅氏算法在微机保护、故障测距、频率跟踪检测等方面的应用；最小二乘算法用于实现故障测距和负荷预测；卡尔曼滤波算法在负荷预测、变压器保护等方面的应用；相关分析用于配电网故障选线、输电线路故障选相、变压器励磁涌流鉴别等相关方面；利用Prony算法完成参数辨识、低频振荡曲线的拟合等工程应用问题；数学形态学在电能质量检测、故障选相以及设备局部放电信号检测等方面的应用；分形算法来实现电力系统中的配电网故障选线、输电网故障选相、变压器涌流鉴别、电力电缆局部放电信号检测以及负荷预测等应用问题。
通过总结多年来的教学实践和科研心得，研究同行学者成果，补充了小波变换、相量测量单元（Phasor Measurement Unit，PMU）、希尔伯特-黄（Hilbert-Huang Tranorm HHT）、S变换等内容，主要包括小波变换用于电力系统在线检测、故障诊断、变压器保护、负荷预测等工程课题；希尔伯特-黄变换在配电网故障选线、电力系统低频振荡检测、设备局部放电信号检测等问题的算法实现步骤和算例分析；S变换其在电力系统的应用研究主要集中在对电能质量扰动特征的提取、（间）谐波检测、配电网故障选线、低频振荡模态分解、行头识别等范围。
“电力工程信号处理应用”是数字信号处理和信号分析与处理的后续课程，只占用少量课时，所以我院在信号处理技术的理论与公式的讲解方面进行了适当简略，突出讲解一些在电力工程中应用广泛、且在信号处理课程中也较重要的部分。例如，典型的滤波算法有傅里叶变换、最小二乘法和卡尔曼滤波。卡尔曼滤波中又包含着相关分析、s变换、HHT变换、小波分析、数学形态学、分形和PRONY方法等。这样电气专业的本科生以及研究生的学习就很有明确性，不会对一大堆的理论与公式感觉无从下手。
我院开设的“电力工程信号处理应用”课程安排了32个学时，占2个学分。在少课时少学分的情况下要做到让学生有兴趣，学习有目的就要重点突出，精选教学内容。具体在课程内容安排上，我院把重点放在信号分析方法在处理电力工程信号方面的实际应用上。例如，在线检测技术，远动与自动化技术，继电保护，电能质量分析与控制，PMU数字算法等。这样学生既不会感觉内容枯燥难懂还节省了学习时间，学习更有针对性，更具实际价值。摘自：本科毕业论文致谢词www.618jyw.com