CN104483547A - 电力信号的滤波方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力信号的滤波方法及系统，所述方法包括：根据预设的信号离散采样频率对电力信号进行采样，获得采样数据序列；对所述采样数据序列进行一级数字滤波，生成一级滤波数据序列；对所述一级滤波数据序列进行二级数字滤波，生成二级滤波数据序列；对所述二级滤波数据序列进行三级数字滤波，生成三级滤波数据序列；对所述三级滤波数据序列进行四级数字滤波，生成滤波输出数据序列。实施本发明的方法及系统，可对电力信号中的噪声、直流分量、次谐波分量、谐波分量进行滤除或衰减，进而将滤波后的数据信号用于电力系统频率测量，以提高电力系统频率测量精度。

Description

电力信号的滤波方法及系统

技术领域

本发明涉及电力技术领域，特别是涉及一种电力信号的滤波方法及系统。

背景技术

电力频率测量对电力系统具有重要意义，电网运行额定工频通常为50Hz，属于较低的频率。测量低频信号频率的通常方法是一种零交法(zero-crossingalgorithm)。该方法通过检测信号波形的过零点，利用1个或数个周期过零点的时间间隔来推算出此段波形的频率。

然而，在电力信号中存在直流干扰、次谐波干扰、谐波干扰等干扰时，该测量低频信号频率方法测量出的频率值精确度较低。在干扰抑制上，对信号进行带通滤波处理虽然能够有效衰减干扰，但带通滤波输出信号频率随时间变化，不利于频率测量精度的提高。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种电力信号的滤波方法及系统。

一种电力信号的滤波方法，包括以下步骤：

根据预设的信号离散采样频率对电力信号进行采样，获得采样数据序列；

通过第一梳状滤波器对所述采样数据序列进行一级数字滤波，生成一级滤波数据序列；

通过第二梳状滤波器对所述一级滤波数据序列进行二级数字滤波，生成二级滤波数据序列；

通过第一低通滤波器对所述二级滤波数据序列进行三级数字滤波，生成三级滤波数据序列；

通过第二低通滤波器对所述三级滤波数据序列进行四级数字滤波，生成滤波输出数据序列。

一种电力信号的滤波系统，包括：

采样模块，用于根据预设的信号离散采样频率对电力信号进行采样，获得采样数据序列；

一级滤波模块，用于通过第一梳状滤波器对所述采样数据序列进行一级数字滤波，生成一级滤波数据序列；

二级滤波模块，用于通过第二梳状滤波器对所述一级滤波数据序列进行二级数字滤波，生成二级滤波数据序列；

三级滤波模块，用于通过第一低通滤波器对所述二级滤波数据序列进行三级数字滤波，生成三级滤波数据序列；

四级滤波模块，用于通过第二低通滤波器对所述三级滤波数据序列进行四级数字滤波，生成滤波输出数据序列。

上述电力信号的滤波方法及系统，可根据预设的信号离散采样频率对电力信号进行采样，获得采样数据序列，先后对所述采样数据序列进行一级数字滤波、二级数字滤波、三级数字滤波和四级数字滤波，生成滤波输出数据序列，可对电力信号中的噪声、直流分量、次谐波分量、谐波分量进行滤除或衰减，进而将滤波后的数据信号用于电力系统频率测量，以提高电力系统频率测量精度。

附图说明

图1是本发明电力信号的滤波方法第一实施方式的流程示意图；

图2是本发明电力信号的滤波方法中第一梳状滤波器和所述第二梳状滤波器的频域特性示意图；

图3是本发明电力信号的滤波方法中第一低通滤波器的频域特性示意图；

图4是本发明电力信号的滤波方法中第二低通滤波器的频域特性示意图；

图5是本发明电力信号的滤波方法中一级数字滤波、二级数字滤波、三级数字滤波、四级数字滤波的总滤波的频域特性示意图；

图6是本发明电力信号的滤波系统第一实施方式的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明中的步骤虽然用标号进行了排列，但并不用于限定步骤的先后次序，除非明确说明了步骤的次序或者某步骤的执行需要其他步骤作为基础，否则步骤的相对次序是可以调整的。

请参阅图1，图1是本发明的电力信号的滤波方法第一实施方式的流程示意图。

本实施方式的所述电力信号的滤波方法，可包括以下步骤：

步骤S101，根据预设的信号离散采样频率对电力信号进行采样，获得采样数据序列。

步骤S102，通过第一梳状滤波器对所述采样数据序列进行一级数字滤波，生成一级滤波数据序列。

步骤S103，通过第二梳状滤波器对所述一级滤波数据序列进行二级数字滤波，生成二级滤波数据序列。

步骤S104，通过第一低通滤波器对所述二级滤波数据序列进行三级数字滤波，生成三级滤波数据序列。

步骤S105，通过第二低通滤波器对所述三级滤波数据序列进行四级数字滤波，生成滤波输出数据序列。

本实施方式，可根据预设的信号离散采样频率对电力信号进行采样，获得采样数据序列，先后对所述采样数据序列进行一级数字滤波、二级数字滤波、三级数字滤波和四级数字滤波，生成滤波输出数据序列，可对电力信号中的噪声、直流分量、次谐波分量、谐波分量进行滤除或衰减，进而将滤波后的数据信号用于电力系统频率测量，以提高电力系统频率测量精度。

其中，对于步骤S101，所述预设的信号离散采样频率远大于电力信号的信号频率，可获得良好的频率分析特性和减小频谱混叠问题的影响。

优选地，电网运行额定工频为50Hz(电力信号的信号频率)，所述预设的信号离散采样频率可为5000Hz。

在一个实施例中，可通过电网领域惯用的采样设备，根据预设的信号离散采样频率对电力信号进行采样。

对于步骤S102，优选地，第一梳状滤波器的滤波表达为式(1)：

$\begin{array}{c}{X}_1\left(n\right)=X_i\left(n\right)-X_i[n+\left(\mathrm{int}\right)\left(\frac{f_n}{4f_o}\right)-1]\\ n=\mathrm{0,1,2,3},........,\∞\end{array}---\left(1\right);$

其中，f_o为额定工频50Hz，f_n为所述预设的信号离散采样频率，单位Hz，X₁(n)为所述一级滤波数据序列，X_i(n)为所述采样数据序列，(int)(f_n/4f_o)为数据序列在额定工频50Hz产生π/2移相对应的序列间隔数。所述第一梳状滤波器的频域特性如图2所示。

对于步骤S103，优选地，第二梳状滤波器的滤波表达为式(2)：

$\begin{array}{c}{X}_2\left(n\right)=X_1\left(n\right)-X_1[n+\left(\mathrm{int}\right)\left(\frac{f_n}{4f_o}\right)-1]\\ n=\mathrm{0,1,2,3}........,\∞\end{array}---\left(2\right);$

式(2)中，X₂(n)为所述二级滤波数据序列，X₁(n)为所述一级滤波数据序列，(int)(f_n/4f_o)为数据序列在额定工频50Hz产生π/2移相对应的序列间隔数。所述第二梳状滤波器的频域特性如图2所示。

对于步骤S104，优选地，第一低通滤波器的滤波表达为式(3)：

$\begin{array}{c}{X}_3\left(n\right)=X_2\left(n\right)+X_2(n+1)+...+X_2[n+\left(\mathrm{int}\right)\left(\frac{f_n}{2f_o}\right)-1]\\ n=\mathrm{0,1,2,3},........,\∞\end{array}---\left(3\right);$

式(3)中，X₃(n)为所述三级滤波数据序列，X₂(n)为所述二级滤波数据序列，(int)(f_n/2f_o)为数据序列在额定工频50Hz产生π移相对应的序列间隔数。所述第一低通滤波器的频域特性如图3所示。

对于步骤S105，优选地，第二低通滤波器的滤波表达为式(4)：

$\begin{array}{c}{X}_4\left(n\right)=X_3\left(n\right)+X_3(n+1)+...+X_3[n+\left(\mathrm{int}\right)\left(\frac{2f_n}{3f_o}\right)-1]\\ n=\mathrm{0,1,2,3},........,\∞\end{array}---\left(4\right);$

式(4)中，X₄(n)为所述四级滤波数据序列，X₃(n)为所述三级滤波数据序列，(int)(2f_n/3f_o)为数据序列在额定工频50Hz产生2π/3移相对应的序列间隔数。所述第二低通滤波器的频域特性如图4所示。

所述一级数字滤波、二级数字滤波、三级数字滤波、四级数字滤波的总滤波的频域特性图5所示。

在另一个实施例中，在通过第二低通滤波器对所述三级滤波数据序列进行四级数字滤波，生成滤波输出数据序列的步骤之后，还包括以下步骤：

通过滤波输出数据序列生成滤波信号，并根据所述滤波信号进行电力系统频率测量。

本实施方式，将滤波后的信号用于电力系统频率测量能够显著提高电力系统频率测量精度。

请参阅图6，图6是本发明的电力信号的滤波系统第一实施方式的结构示意图。

本实施方式的所述电力信号的滤波系统，可包括采样模块100、一级滤波模块200、二级滤波模块300、三级滤波模块400和四级滤波模块500，其中：

采样模块100，用于根据预设的信号离散采样频率对电力信号进行采样，获得采样数据序列。

一级滤波模块200，用于通过第一梳状滤波器对所述采样数据序列进行一级数字滤波，生成一级滤波数据序列。

二级滤波模块300，用于通过第二梳状滤波器对所述一级滤波数据序列进行二级数字滤波，生成二级滤波数据序列。

三级滤波模块400，用于通过第一低通滤波器对所述二级滤波数据序列进行三级数字滤波，生成三级滤波数据序列。

四级滤波模块500，用于通过第二低通滤波器对所述三级滤波数据序列进行四级数字滤波，生成滤波输出数据序列。

本实施方式，可根据预设的信号离散采样频率对电力信号进行采样，获得采样数据序列，先后对所述采样数据序列进行一级数字滤波、二级数字滤波、三级数字滤波和四级数字滤波，生成滤波输出数据序列，可对电力信号中的噪声、直流分量、次谐波分量、谐波分量进行滤除或衰减，进而将滤波后的数据信号用于电力系统频率测量，以提高电力系统频率测量精度。

其中，对于采样模块100，所述预设的信号离散采样频率远大于电力信号的信号频率，可获得良好的频率分析特性和减小频谱混叠问题的影响。

优选地，电网运行额定工频为50Hz(电力信号的信号频率)，所述预设的信号离散采样频率可为5000Hz。

在一个实施例中，可通过电网领域惯用的采样设备，根据预设的信号离散采样频率对电力信号进行采样。

对于一级滤波模块200，优选地，第一梳状滤波器的滤波表达为式(1)：

$\begin{array}{c}{X}_1\left(n\right)=X_i\left(n\right)-X_i[n+\left(\mathrm{int}\right)\left(\frac{f_n}{4f_o}\right)-1]\\ n=\mathrm{0,1,2,3},........,\∞\end{array}---\left(1\right);$

其中，f_o为额定工频50Hz，f_n为所述预设的信号离散采样频率，单位Hz，X₁(n)为所述一级滤波数据序列，X_i(n)为所述采样数据序列，(int)(f_n/4f_o)为数据序列在额定工频50Hz产生π/2移相对应的序列间隔数。所述第一梳状滤波器的频域特性如图2所示。

对于二级滤波模块300，优选地，第二梳状滤波器的滤波表达为式(2)：

$\begin{array}{c}{X}_2\left(n\right)=X_1\left(n\right)-X_1[n+\left(\mathrm{int}\right)\left(\frac{f_n}{4f_o}\right)-1]\\ n=\mathrm{0,1,2,3}........,\∞\end{array}---\left(2\right);$

式(2)中，X₂(n)为所述二级滤波数据序列，X₁(n)为所述一级滤波数据序列，(int)(f_n/4f_o)为数据序列在额定工频50Hz产生π/2移相对应的序列间隔数。所述第二梳状滤波器的频域特性如图2所示。

对于三级滤波模块400，优选地，第一低通滤波器的滤波表达为式(3)：

$\begin{array}{c}{X}_3\left(n\right)=X_2\left(n\right)+X_2(n+1)+...+X_2[n+\left(\mathrm{int}\right)\left(\frac{f_n}{2f_o}\right)-1]\\ n=\mathrm{0,1,2,3},........,\∞\end{array}---\left(3\right);$

式(3)中，X₃(n)为所述三级滤波数据序列，X₂(n)为所述二级滤波数据序列，(int)(f_n/2f_o)为数据序列在额定工频50Hz产生π移相对应的序列间隔数。所述第一低通滤波器的频域特性如图3所示。

对于四级滤波模块500，优选地，第二低通滤波器的滤波表达为式(4)：

$\begin{array}{c}{X}_4\left(n\right)=X_3\left(n\right)+X_3(n+1)+...+X_3[n+\left(\mathrm{int}\right)\left(\frac{2f_n}{3f_o}\right)-1]\\ n=\mathrm{0,1,2,3},........,\∞\end{array}---\left(4\right);$

式(4)中，X₄(n)为所述四级滤波数据序列，X₃(n)为所述三级滤波数据序列，(int)(2f_n/3f_o)为数据序列在额定工频50Hz产生2π/3移相对应的序列间隔数。所述第二低通滤波器的频域特性如图4所示。

所述一级数字滤波、二级数字滤波、三级数字滤波、四级数字滤波的总滤波的频域特性图5所示。

在另一个实施例中，以上所述的电力信号的滤波系统还包括频率测量模块，用于：

通过滤波输出数据序列生成滤波信号，并根据所述滤波信号进行电力系统频率测量。

本实施方式，将滤波后的信号用于电力系统频率测量能够显著提高电力系统频率测量精度。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电力信号的滤波方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据预设的信号离散采样频率对电力信号进行采样，获得采样数据序列；

通过第一梳状滤波器对所述采样数据序列进行一级数字滤波，生成一级滤波数据序列；

通过第二梳状滤波器对所述一级滤波数据序列进行二级数字滤波，生成二级滤波数据序列；

通过第一低通滤波器对所述二级滤波数据序列进行三级数字滤波，生成三级滤波数据序列；

通过第二低通滤波器对所述三级滤波数据序列进行四级数字滤波，生成滤波输出数据序列。

2.根据权利要求1所述的电力信号的滤波方法，其特征在于，所述第一梳状滤波器的滤波表达式以下公式所述：

n＝0,1,2,3,........,∞  ；

其中，f_o为额定工频50Hz，f_n为所述预设的信号离散采样频率，单位Hz，X₁(n)为所述一级滤波数据序列，X_i(n)为所述采样数据序列，(int)(f_n/4f_o)为数据序列在额定工频50Hz产生π/2移相对应的序列间隔数。

3.根据权利要求1所述的电力信号的滤波方法，其特征在于，所述第二梳状滤波器的滤波表达式如以下公式所述：

 n＝0,1,2,3........,∞ ；

其中，X₂(n)为所述二级滤波数据序列，X₁(n)为所述一级滤波数据序列，(int)(f_n/4f_o)为数据序列在额定工频50Hz产生π/2移相对应的序列间隔数。

4.根据权利要求1所述的电力信号的滤波方法，其特征在于，所述第一低通滤波器的滤波表达式如以下公式所述：

n＝0,1,2,3,........,∞；

其中，X₃(n)为所述三级滤波数据序列，X₂(n)为所述二级滤波数据序列，(int)(f_n/2f_o)为数据序列在额定工频50Hz产生π移相对应的序列间隔数。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的电力信号的滤波方法，其特征在于，所述第二低通滤波器的滤波表达式如以下公式所述：

n＝0,1,2,3,........,∞；

其中，X₄(n)为所述四级滤波数据序列，X₃(n)为所述三级滤波数据序列，(int)(2f_n/3f_o)为数据序列在额定工频50Hz产生2π/3移相对应的序列间隔数。

6.一种电力信号的滤波系统，其特征在于，包括：

采样模块，用于根据预设的信号离散采样频率对电力信号进行采样，获得采样数据序列；

一级滤波模块，用于通过第一梳状滤波器对所述采样数据序列进行一级数字滤波，生成一级滤波数据序列；

二级滤波模块，用于通过第二梳状滤波器对所述一级滤波数据序列进行二级数字滤波，生成二级滤波数据序列；

三级滤波模块，用于通过第一低通滤波器对所述二级滤波数据序列进行三级数字滤波，生成三级滤波数据序列；

四级滤波模块，用于通过第二低通滤波器对所述三级滤波数据序列进行四级数字滤波，生成滤波输出数据序列。

7.根据权利要求6所述的电力信号的滤波系统，其特征在于，所述第一梳状滤波器的滤波表达式以下公式所述：

n＝0,1,2,3,........,∞ ；

其中，f_o为额定工频50Hz，f_n为所述预设的信号离散采样频率，单位Hz， X₁(n)为所述一级滤波数据序列，X_i(n)为所述采样数据序列，(int)(f_n/4f_o)为数据序列在额定工频50Hz产生π/2移相对应的序列间隔数。

8.根据权利要求6所述的电力信号的滤波系统，其特征在于，所述第二梳状滤波器的滤波表达式如以下公式所述：

n＝0,1,2,3........,∞  ；

其中，X₂(n)为所述二级滤波数据序列，X₁(n)为所述一级滤波数据序列，(int)(f_n/4f_o)为数据序列在额定工频50Hz产生π/2移相对应的序列间隔数。

9.根据权利要求6所述的电力信号的滤波系统，其特征在于，所述第一低通滤波器的滤波表达式如以下公式所述：

n＝0,1,2,3,........,∞；

其中，X₃(n)为所述三级滤波数据序列，X₂(n)为所述二级滤波数据序列，(int)(f_n/2f_o)为数据序列在额定工频50Hz产生π移相对应的序列间隔数。

10.根据权利要求6至9中任意一项所述的电力信号的滤波系统，其特征在于，所述第二低通滤波器的滤波表达式如以下公式所述：

n＝0,1,2,3,........,∞；

其中，X₄(n)为所述四级滤波数据序列，X₃(n)为所述三级滤波数据序列，(int)(2f_n/3f_o)为数据序列在额定工频50Hz产生2π/3移相对应的序列间隔数。