基?于?labview?的?電?能?質?量?信?號?去?噪

在電能質量監(jiān)測系統(tǒng)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(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的信號，導致監(jiān)測系統(tǒng)無法正常工作。如何去除擾動信號中所含噪聲，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量信號去噪方法。然后利用Labview和數(shù)字濾波技術對電能質量信號去噪問題進行了一些探討。

1.電能質量信號去噪方法

隨著各種信號處理方法的發(fā)展，電能質量去噪技術已由原始的簡單線性和非線性濾波技術發(fā)展到現(xiàn)在的小波技術、神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法等各種先進技術。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行濾波去噪、自適應軟門限去噪的新方法、基于三角模融合算子的電能質量去噪算法等。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的電能質量信號去噪方法。

2.數(shù)字濾波技術簡介

數(shù)字濾波技術是信號分析與處理技術的重要分支。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，它對信號安全可靠和有效靈活地傳遞是至關重要的。在實際應用中，數(shù)字濾波技術通過數(shù)字濾波器來實現(xiàn)。數(shù)字濾波器是以數(shù)值計算的方法來實現(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，從而提高信號的質量，達到濾波或加工的目的。它是數(shù)字信號分析中最廣泛應用的工具之一。

數(shù)字濾波器按照離散系統(tǒng)的時域特性，可以分為無限沖擊響應濾波器(IntiNIte Impulse Resonse Digital Filter，IIR)和有限沖擊響應濾波器(Finite Impulse Response Digital Filter，F(xiàn)IR)兩大類。前者是指沖激響應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bk 全為零時，H(z)為多項式形式，此時h(n)為有限長，稱為FIR系統(tǒng);當bk不全為零時，H(z)為有理式形式，此時h(n)為無限長，稱為IIR 系統(tǒng)。

計算機中只能處理有限長度的信號，原始信號x(t)要以時間T(采樣時間或采樣長度)來截斷，即有限化，有限化也稱加“矩形窗”。加矩形窗導致信號突然被截斷，造成信號在截斷點的突變，時域內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采樣點數(shù)為無窮，這根本無法實現(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

在對電能質量信號監(jiān)測的過程中，從電網(wǎng)中提取的實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，嚴重時甚至會淹沒信號的重要特征，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行處理之前的一種必要的預處理手段，也是改善電能質量的一個關鍵環(huán)節(jié)。

現(xiàn)在假定有一加噪的正弦信號，先將其進行小波分析，再通過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從一個混有高頻白噪聲的正弦信號中濾波，提取正弦信號，來實現(xiàn)去噪的。

3.1 Butterworth Filter.vi 圖標及端口簡介

Butterworth Filter.vi 圖標及端口如圖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init/cont 為False 時， 初始狀態(tài)為0;當nit/cont 為True 時，初始狀態(tài)為上一次調用該VI的最后狀態(tài)。為了對一個數(shù)據(jù)量的序列進行濾波，可以將其分割為較小的塊，設置這個狀態(tài)為False處理第一塊數(shù)據(jù)，然后設置為True 繼續(xù)對其余的數(shù)據(jù)塊濾波。