基?于?labview?的?電?能?質(zhì)?量?信?號?去?噪

在電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)中，由于設(shè)備安裝位置、測量誤差、儀表精度、計(jì)算誤差甚至是某些人為因素，采集到的數(shù)據(jù)通常不可避免地存在各種噪聲。這些噪聲的存在會影響監(jiān)測系統(tǒng)的分辨率和穩(wěn)定性，且噪聲常常會淹沒真實(shí)的信號，導(dǎo)致監(jiān)測系統(tǒng)無法正常工作。如何去除擾動(dòng)信號中所含噪聲，提取有用成分，改善電力監(jiān)測裝置的性能，是一個(gè)急待解決而且非常有意義的課題。本文首先綜合分析了當(dāng)前各種電能質(zhì)量信號去噪方法。然后利用Labview和數(shù)字濾波技術(shù)對電能質(zhì)量信號去噪問題進(jìn)行了一些探討。

1.電能質(zhì)量信號去噪方法

隨著各種信號處理方法的發(fā)展，電能質(zhì)量去噪技術(shù)已由原始的簡單線性和非線性濾波技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在的小波技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等各種先進(jìn)技術(shù)。文獻(xiàn)[1-8]分別介紹了小波閾值法去噪、小波變換模極大值去噪、小波分解與重構(gòu)的方法進(jìn)行濾波去噪、自適應(yīng)軟門限去噪的新方法、基于三角模融合算子的電能質(zhì)量去噪算法等。以上這些去噪方法大多都是基于matlab 的，本文主要介紹的是一種基于labVIEW的電能質(zhì)量信號去噪方法。

2.數(shù)字濾波技術(shù)簡介

數(shù)字濾波技術(shù)是信號分析與處理技術(shù)的重要分支。無論是信號的獲得、傳輸，還是信號的處理和交換都離不開濾波技術(shù)，它對信號安全可靠和有效靈活地傳遞是至關(guān)重要的。在實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)字濾波技術(shù)通過數(shù)字濾波器來實(shí)現(xiàn)。數(shù)字濾波器是以數(shù)值計(jì)算的方法來實(shí)現(xiàn)對離散化信號的處理，以減小干擾信號在有用信號中所占的比例，從而提高信號的質(zhì)量，達(dá)到濾波或加工的目的。它是數(shù)字信號分析中最廣泛應(yīng)用的工具之一。

數(shù)字濾波器按照離散系統(tǒng)的時(shí)域特性，可以分為無限沖擊響應(yīng)濾波器(IntiNIte Impulse Resonse Digital Filter，IIR)和有限沖擊響應(yīng)濾波器(Finite Impulse Response Digital Filter，F(xiàn)IR)兩大類。前者是指沖激響應(yīng)h(n)無限長序列，后者是指h(n)是有限長序列。這兩種濾波器中都包含有低通、高通、帶通、帶阻等幾種類型。

一般離散系統(tǒng)可以用N 階差分方程來表示，如下式。

當(dāng)bk 全為零時(shí)，H(z)為多項(xiàng)式形式，此時(shí)h(n)為有限長，稱為FIR系統(tǒng);當(dāng)bk不全為零時(shí)，H(z)為有理式形式，此時(shí)h(n)為無限長，稱為IIR 系統(tǒng)。

計(jì)算機(jī)中只能處理有限長度的信號，原始信號x(t)要以時(shí)間T(采樣時(shí)間或采樣長度)來截?cái)?，即有限化，有限化也稱加“矩形窗”。加矩形窗導(dǎo)致信號突然被截?cái)啵斐尚盘栐诮財(cái)帱c(diǎn)的突變，時(shí)域內(nèi)的突變將會帶來很寬的附加頻率成分，這些附加頻率成分在原信號x(t)中其實(shí)是不存在的。一般將這種由有限化數(shù)據(jù)帶來的頻譜之間相互泄漏滲透的現(xiàn)象稱為“頻譜泄漏”。“頻譜泄漏”使得原來集中在f0上的能量分散到全部頻率軸上。

泄漏帶來許多問題，它使得頻率曲線上產(chǎn)生許多“波紋”(Ripple)，較大的波紋可能與小的共振峰值相互混淆。 為了減少泄漏，可以采用如下兩種方法。

(1)對周期信號做整周截?cái)啵@是很難做到的，因?yàn)榫_地確定信號周期并非易事，對非周期信號做整周截?cái)嘁馕吨蓸狱c(diǎn)數(shù)為無窮，這根本無法實(shí)現(xiàn)。

(2)降低離散傅里葉變換(DFT)等效濾波器幅頻特性的旁瓣，具體辦法是采樣序列x(n)加窗。即先使用窗函數(shù)ω(n)對x(n)進(jìn)行加權(quán)，然后再做離散傅里葉變換，這種方法是行之有效的。

3.基于labview的去噪

在對電能質(zhì)量信號監(jiān)測的過程中，從電網(wǎng)中提取的實(shí)際電信號通常都含有噪聲(Noise)。這些噪聲信號對有用信息的正確處理是有害的，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)蜎]信號的重要特征，給信號的分析帶來極大的困難，因此從被檢測信號中消除噪聲是對信號進(jìn)行處理之前的一種必要的預(yù)處理手段，也是改善電能質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

現(xiàn)在假定有一加噪的正弦信號，先將其進(jìn)行小波分析，再通過作用閥值抑噪聲信號，重建信號達(dá)到降噪的目的。本文是使用Butterworth Filter.vi從一個(gè)混有高頻白噪聲的正弦信號中濾波，提取正弦信號，來實(shí)現(xiàn)去噪的。

3.1 Butterworth Filter.vi 圖標(biāo)及端口簡介

Butterworth Filter.vi 圖標(biāo)及端口如圖1所示。

(1)輸入?yún)?shù)

濾波器類型(filter type)：有低通、高通、帶通、帶阻4 種濾波器類型可供選擇。

X：需要濾波的信號。

采樣頻率(Sampling freq)fs：(默認(rèn)值為1.0HZ)。高截止頻率(high cutoff freq)fh：對于低通和高通濾波器，此參數(shù)無效。低截止頻率(Low cutoff freq)fl：該頻率必須滿足采樣定理，“fl”的取值范圍為“0

初始化∕連續(xù)(init/cont (init：F))：，當(dāng)init/cont 為False 時(shí)， 初始狀態(tài)為0;當(dāng)nit/cont 為True 時(shí)，初始狀態(tài)為上一次調(diào)用該VI的最后狀態(tài)。為了對一個(gè)數(shù)據(jù)量的序列進(jìn)行濾波，可以將其分割為較小的塊，設(shè)置這個(gè)狀態(tài)為False處理第一塊數(shù)據(jù)，然后設(shè)置為True 繼續(xù)對其余的數(shù)據(jù)塊濾波。