[發明專利]基于SVD數字濾波器的電力系統諧波分析方法

有效

• 申請號: 201210220014.5
• 申請日: 2012-06-29
• 公開（公告）號: CN102721870A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 王翀;王浩;崔恒志;趙俊峰;何金陵
• 申請（專利權）人: 江蘇省電力公司信息通信分公司
• 主分類號: G01R23/167
• 分類號: G01R23/167
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

技術領域

本發明涉及數字信號處理中的濾波器設計和電力系統中的諧波分析領域，具體涉及一種基于SVD（singular?value?decomposition，奇異值分解）數字濾波器的電力系統諧波分析技術。

背景技術

隨著電力電子技術的快速發展，電力系統的諧波污染日益嚴重，電能質量問題受到高度重視，因此有必要對電力系統中的諧波分量進行提取以進行后續分析。一方面，發電廠和變電站的高壓電能計量關系到發電、送電、用電三方的利益，這就對電能計量的準確度提出了更高的要求；另一方面，對電網電能質量和使用情況的在線監測對于電網的安全穩定運行和合理收費具有重要意義，可以根據監測結果進行相關分析，減少大量現場校驗工作。

目前，對于含有高次諧波情況下的電信號的分析，主要有基于FIR（Finite?Impulse?Response，有限沖擊響應）數字濾波算法、傅立葉變換法、小波變換法、Prony算法等。基于FIR數字濾波器的電力系統各次諧波分析及相應的電能參數計算是這些方法中原理簡單且較為有效的一種算法。然而該方法具有硬件執行復雜度（一般用算法硬件實現時所需乘法器個數來衡量）較高的缺點。

基于FIR數字濾波器的電力系統各次諧波分析算法通過設計若干符合指標要求的帶通FIR濾波器濾除電力系統信號中“不想要的信號”從而將需要分析的諧波信號提取出來以達到進行后續分析的目的。為了能從原信號中準確可靠的提取需要進行分析的諧波信號，所設計的帶通FIR濾波器應滿足窄通帶、陡過渡帶的幅度頻率響應特性。因此，基于FIR數字濾波器的電力系統各次諧波分析算法可歸結為窄通帶、陡過渡帶帶通FIR濾波器的設計。

采用傳統的Parks-McClellan最優數字濾波器設計算法可以很方便的設計滿足要求的窄通帶、陡過渡帶帶通FIR濾波器。然而，該濾波器設計算法所設計的濾波器具有很高的階數。較高的濾波器階數意味著較高的硬件執行復雜度，而且硬件系統工作時的功耗將會較高。

基于濾波器系數類周期性的低通FIR濾波器設計技術（外插法），具有硬件執行復雜度較低的優點。然而外插法僅適用于低通FIR濾波器設計，且外插法中各參數的選取都是通過觀察原型濾波器系數特點獲得，這是因為低通FIR濾波器系數具有類周期性，而基于FIR濾波器的諧波分析算法所需要的窄通帶、陡過渡帶帶通FIR濾波器系數卻不具有類周期性的特點。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是為了減少基于FIR數字濾波器的諧波分析算法的硬件執行復雜度，提出一種基于SVD的窄通帶、陡過渡帶帶通FIR濾波器設計算法。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種基于SVD數字濾波器的電力系統諧波分析方法，將奇異值分解應用到數字濾波器設計中，提取需要進行分析的電力諧波分量；所述數字濾波器為窄通帶、陡過渡帶帶通FIR濾波器，具體步驟如下：

步驟001，首先，設計得到窄通帶、陡過渡帶原型帶通FIR濾波器系數h(n)，該原型帶通FIR濾波器的長度為(2·N_F+1)，其中|n|≤N_F，N_F為任意正整數；

步驟002，選取參數M、d和R，使得所述原型帶通FIR濾波器系數h(n)組合成具有(R+1)個列向量的矩陣H，n≥(M+1)；其中，參數M為任意非負整數，參數d為任意正整數，參數R=[(N_F-M)/d-1]：

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