基?于?labview?的?電?能?質(zhì)?量?信?號?去?噪

在電能質(zhì)量監測系統中，由于設備安裝位置、測量誤差、儀表精度、計算誤差甚至是某些人為因素，采集到的數據通常不可避免地存在各種噪聲。這些噪聲的存在會(huì )影響監測系統的分辨率和穩定性，且噪聲常常會(huì )淹沒(méi)真實(shí)的信號，導致監測系統無(wú)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前各種電能質(zhì)量信號去噪方法。然后利用Labview和數字濾波技術(shù)對電能質(zhì)量信號去噪問(wèn)題進(jìn)行了一些探討。

1.電能質(zhì)量信號去噪方法

隨著(zhù)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(jiǎn)單線(xiàn)性和非線(xiàn)性濾波技術(shù)發(fā)展到現在的小波技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、遺傳算法等各種先進(jìn)技術(shù)。文獻[1-8]分別介紹了小波閾值法去噪、小波變換模極大值去噪、小波分解與重構的方法進(jìn)行濾波去噪、自適應軟門(mén)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.數字濾波技術(shù)簡(jiǎn)介

數字濾波技術(shù)是信號分析與處理技術(shù)的重要分支。無(wú)論是信號的獲得、傳輸，還是信號的處理和交換都離不開(kāi)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)際應用中，數字濾波技術(shù)通過(guò)數字濾波器來(lái)實(shí)現。數字濾波器是以數值計算的方法來(lái)實(shí)現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，達到濾波或加工的目的。它是數字信號分析中最廣泛應用的工具之一。

數字濾波器按照離散系統的時(shí)域特性，可以分為無(wú)限沖擊響應濾波器(IntiNIte Impulse Resonse Digital Filter，IIR)和有限沖擊響應濾波器(Finite Impulse Response Digital Filter，FIR)兩大類(lèi)。前者是指沖激響應h(n)無(wú)限長(cháng)序列，后者是指h(n)是有限長(cháng)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(lèi)型。

一般離散系統可以用N 階差分方程來(lái)表示，如下式。

當bk 全為零時(shí)，H(z)為多項式形式，此時(shí)h(n)為有限長(cháng)，稱(chēng)為FIR系統;當bk不全為零時(shí)，H(z)為有理式形式，此時(shí)h(n)為無(wú)限長(cháng)，稱(chēng)為IIR 系統。

計算機中只能處理有限長(cháng)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(cháng)度)來(lái)截斷，即有限化，有限化也稱(chēng)加“矩形窗”。加矩形窗導致信號突然被截斷，造成信號在截斷點(diǎn)的突變，時(shí)域內的突變將會(huì )帶來(lái)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據帶來(lái)的頻譜之間相互泄漏滲透的現象稱(chēng)為“頻譜泄漏”。“頻譜泄漏”使得原來(lái)集中在f0上的能量分散到全部頻率軸上。

泄漏帶來(lái)許多問(wèn)題，它使得頻率曲線(xiàn)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斷，但這是很難做到的，因為精確地確定信號周期并非易事，對非周期信號做整周截斷意味著(zhù)采樣點(diǎn)數為無(wú)窮，這根本無(wú)法實(shí)現。

(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ω(n)對x(n)進(jìn)行加權，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)量信號監測的過(guò)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，嚴重時(shí)甚至會(huì )淹沒(méi)信號的重要特征，給信號的分析帶來(lái)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處理手段，也是改善電能質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節。

現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(guò)作用閥值抑噪聲信號，重建信號達到降噪的目的。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(lái)實(shí)現去噪的。

3.1 Butterworth Filter.vi 圖標及端口簡(jiǎn)介

Butterworth Filter.vi 圖標及端口如圖1所示。

(1)輸入參數

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

X：需要濾波的信號。

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

初始化∕連續(init/cont (init：F))：，當init/cont 為False 時(shí)， 初始狀態(tài)為0;當nit/cont 為T(mén)rue 時(shí)，初始狀態(tài)為上一次調用該VI的最后狀態(tài)。為了對一個(gè)數據量的序列進(jìn)行濾波，可以將其分割為較小的塊，設置這個(gè)狀態(tài)為False處理第一塊數據，然后設置為T(mén)rue 繼續對其余的數據塊濾波。