电子论文-DSP在暂态电能信号监测系统中的应用.pdf

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1、DSP在暂态电能信号监测系统中的应用苏变玲苏涛曾菊玲（1渭南师范学院渭南714000；2西安电子科技大学西安710071；3三峡大学宜昌443000）摘要：提出一种以高速运算性能的运行平台作为基础的电力暂态信号监测系统，该系统以ADI公司的TS101S为中央处理器，利用小波变换快速算法与DSP芯片强大的计算功能相结合，进行暂态电能信号的实时监测。文中详细介绍了该监测系统的监测原理、整体结构和软硬件设计思路。关键词：DSP小波变换暂态电能信号中图分类号：TM933文献标识码：A1、引言随着电力系统非线性负荷的日益增加，特别是大型

2、敏感性电力电子设备在电力系统的广泛应用，使得暂态电能质量问题引起了广泛的重视。由于非线性负荷所引起的电力故障信号属于非平稳的暂态信号，若要实现对电力这一暂态信号的监测，必须采用具有实时处理能力的系统及算法。而传统的FFT方法，由于不具备局部性，无时间局部信息，本文以高速运算性能的DSP为运行平台，利用小波对非平稳信号的敏感性，可以快速准确地实现暂态电能信号的定位，分类和分析，完成暂态电能指标的实时检测。[1][2]2、暂态电能信号监测原理①小波分解与重构（快速小波变换）-j/2-jt若尺度函数Φj,k（t）=2Φ（2-k）和小

3、波函数ψj,k(t)分别为Vj和Wj的标准正交基，则任意信号x2（t）∈L（R）可用多分辨率信号分解公式表示为Jx(t)=∑Cj(k)ΦJ,k(t)+∑∑dj(k)ψj,k(t)（1）kjk=1式中分解系数Cj+1(k)=∑h0(m−2k)Cj(m)（2）mdj+1(k)=∑h1(m−2k)Cj(m)（3）m式（1）右边第一部分是x（t）在尺度空间Vj（j=J）的投影，它是x（t）的平滑近似；第二部分是x（t）在小波空间Wj的投影，它是对x（t）的细节补充，dj（k）为离散细节信号。式（2）、（3）是小波分解系数的递推计算公式

4、，式中h0（k）和h1（k）分别为低通数字滤波器单位取样响应和高通数字滤波器取样响应。也可以看到离散平滑近似信号Cj+1（k）和离散细节信号dj+1（k）分别是信号序列Cj（k）与滤波器单位取样响应h0(-k)和h1（k）卷积后二抽取得到的信号序列，所以小波多分辨率信号分解也可以用子带滤波器组来实现。②模极大值（定位）∞设一个光滑函数θ（x），满足条件：∫θθ()1lim()0xx=和=−∞且定义:θθ(x)(==1x),ψθ(xx)(d)ssdsx收稿日期：陕西省教育厅科研资助项目（04JK310），渭南师范学院科研资助项目

5、（03YKS009）。111ddθθ()xxss()d则:ψψ()x====()xsxθ()sssssd()xdxdxs信号f(x)在尺度s上对(x)的规范小波变换为ψdd（4）Wf()xfxfs=×ψθ()=.[()]xsfxx=[().()]θSsssdxdx由式（4）可知f（x）关于Ψ（x）的规范小波变换，变成与光滑函数θ（x）的卷积关于x的一阶导数乘s。这样Wsf（x）对应fθ（x）的拐点，即f（x）的突变点。所以当小波取为光滑函数的一阶导数时，小波变换Wsf（x）模极大值点就对应于信号f（x）的突变点。定义在某一尺度

6、a0下，如果存在一点（a0，b0），对b0的某一邻域内的任意点b，有｜Wf（a0，b）｜≤｜Wf（a0，b0）｜，则称（a0，b0）为小波变换的模极大值点。定理设n为一严格的整数，Ψ为n阶消失矩、n次连续可微和具有紧支集的小波，f（t）∈L1（c，d）（［c，d］为某一实数区间），若存在尺度a0＞0，使得∀a

7、Wf（a,b）

8、没有局部极大值点，则在区间（c＋ε，d－ε）上是一致Lipschitzα（ε为一任意小的正数）。定理表明奇异点的存在与每一尺度都具有模极大值有关，一般尺度从大到小，模极大值点汇聚为

9、奇异点。因而可利用多分辨分析，对信号进行多尺度分解，小波系数在信号的突变点具有模极大值，通过对模极大值点的检测可确定故障发生的时刻和持续时间，实现暂态故障的定位。其暂态电能质量信号定位流程图如图1所示。一般突变点的定位是在多分辨率分析的第一层和第二层高频系数中进行判断的。③特征提取通过对小波分解系数最小尺度上提取幅值最大的两点可确定暂态信号的开始和结束点，从而可获得暂态电能质量的特征量---持续时间，以及在此持续时间内的暂态信号的电压幅值，再根据暂态电能质量的划分，便可判断暂态电能质量信号的类型。暂态电能采样选定小波基多分质量

10、信号及分解尺度辨率暂态持续时间∆=−TTT21，分解T1为暂态开始时刻，T2为暂态在最小尺度提取幅值最大两点找出各尺度上小波变换确定暂态信号的开始和结束点模极大值点结束时刻暂态电压幅值为∆U=(UT-UN),UT为特征电压，UN为额定电压。图1暂态电能质量信号定位流程图3、系