采用小波包分析和擬同步檢波的電壓閃變信號(hào)檢測(cè)新方法

提出了用小波包分析和擬同步檢波的電壓閃變信號(hào)檢測(cè)新方法。該方法用軟件來(lái)模擬硬件的同步檢波，大大減少了投資成本；用小波包子帶濾波器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的低通濾波器，不僅能夠?qū)?a class="contentlabel" href="http://www.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/電壓">電壓閃變信號(hào)進(jìn)行不失真的包絡(luò)檢測(cè)，而且能夠檢測(cè)出電壓閃變信號(hào)發(fā)生的時(shí)間、頻率以及幅值。仿真結(jié)果表明，該方法對(duì)電壓閃變信號(hào)檢測(cè)和時(shí)頻分析性能良好，特別適用于突變的、非平穩(wěn)的電壓波動(dòng)與閃變信號(hào)的檢測(cè)。
關(guān)鍵詞：電壓閃變；小波包；擬同步檢波

Detection of voltage using wavelet package analysis and sinualting synchronous detection

ZHANG Yu-hui， CHEN Xiao-dong， LIU Si-ge

(North East of China Electric Power Institue, JiLin 132012)

Abstract: This paper proposes a new method for the detection of voltage flicker , which uses wavelet packet analysis and simulating envelope detection. It uses soft program to take the place of the hard device for synchronous detector, which decrease the cost greatly; uses wavelet package instead of traditional low-pass filter, which not only can achieve the real envelope detection of voltage flicker, but also can detect the time, frequency and amplitude of the signal. The result of simulation show that this method has good performance of detection and time-frequency analysis, and it can be used in detection of the sharp non-stationary and flicking signal changes.
Key Words: voltage flicker, Wavelet Packet, simulating envelope detection

0 引言
電壓閃變是衡量電能質(zhì)量的一個(gè)重要方面[1]。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)負(fù)荷快速增長(zhǎng)，其中沖擊性負(fù)荷(諸如電弧爐、軋機(jī)、電焊機(jī)以及電力機(jī)車(chē)等)的廣泛使用，使得某些供電系統(tǒng)的電壓波動(dòng)達(dá)到了不能容忍的程度。
目前，國(guó)內(nèi)外采用的電壓閃變測(cè)試方法主要有三種：半波有效值法、平方解調(diào)法和全波整流法[2]。但就實(shí)際電路而言，使用半波有效值法，即要將均方根值的計(jì)算時(shí)間準(zhǔn)確地整定在半個(gè)工頻周期上，實(shí)現(xiàn)起來(lái)相當(dāng)困難；平方解調(diào)法和全波整流法檢出的信號(hào)幅值與調(diào)制頻率無(wú)關(guān)，因而必將引入檢測(cè)誤差，檢測(cè)誤差大小隨調(diào)制頻率增高而增大。另外，這三種測(cè)試方法都不適用于時(shí)變的電壓閃變信號(hào)的檢測(cè)與時(shí)頻分析。本文提出了采用小波包分析和擬同步檢波的電壓閃變信號(hào)檢測(cè)新方法。擬同步檢波指的是用軟件來(lái)模擬傳統(tǒng)方法中的硬件電壓同步跟蹤設(shè)備，在這里使用兩點(diǎn)法來(lái)確定采樣信號(hào)的初相角，從而產(chǎn)生與采樣信號(hào)同步的工頻信號(hào)。小波包分析能夠?yàn)樾盘?hào)提供一種更精細(xì)的分析方法，它將頻帶進(jìn)行多層次劃分，對(duì)多分辨分析沒(méi)有細(xì)分的高頻部分進(jìn)一步分解，并能夠根據(jù)被分析信號(hào)的特征，自適應(yīng)地選擇頻帶，使之與信號(hào)頻譜相匹配[3]。本文采用小波包子帶濾波器代替?zhèn)鹘y(tǒng)同步檢波器中的低通濾波器，既可以檢測(cè)出電壓閃變的包絡(luò)信號(hào)，又可以檢測(cè)出電壓閃變的高頻細(xì)節(jié)，從而檢測(cè)出電壓閃變信號(hào)的突變時(shí)間。

1 正交小波包變換原理
1.1 小波包定義


1.2 L2(IR) 的正交分解


頻帶被分割成2k個(gè)子頻帶。
1.3 小波包的分解算法及重構(gòu)算法

由式(3)的分解算法為：

小波包分解過(guò)程如圖1所示。其實(shí)際過(guò)程是通過(guò)一組低、高通組合的共軛正交濾波器 H、G不斷將信號(hào)分割到不同的頻帶上。濾波器組每作用一次，信號(hào)長(zhǎng)度減少一半。同樣，由重構(gòu)，其算法為：