一种基于坐标变换的低通滤波反馈解耦特征信号提取方法与流程

本发明涉及一种输入信号的特征提取方法，特别是输入信号基于坐标变换的低通滤波反馈解耦特征信号提取方法。

背景技术：

非接触测压在电力设备故障判断领域正在发挥着原来越重要的作，其核心就是对采样信号的特征提取方法。过去，科研人员在特征提取方面做了很多工作。就目前来说特征提取方法主要由两种：统计分析法和时频域分析法。统计分析法指的是利用采样信号的统计分布的特点和参数来提取能够代表其主要特征的提取方法，主要有统计算子、weibull参数、图像特征等。提取统计特征时间开销大且成功率低。

时频域分析法又称为波形分析法，主要由时域和频域特征，小波域特征以及混沌特征，但是在实际现场应用中，采样信号通常受到现场复杂电磁环境的影响，信噪比低，衰减畸变严重，使得上述方法难以准确的提取到特征量，且易受噪声干扰，识别效果不稳定。

技术实现要素：

本发明的目的是：针对现有技术的不足，提供了一种基于坐标变换的低通滤波反馈解耦特征信号提取方法，解决在采样信号在复杂电磁环境下易受噪声干扰的问题，提高输入信号幅值相角特征提取的准确度与稳定性。

本发明的目的是这样实现的：基于坐标变换的低通滤波反馈解耦特征信号提取方法，其具体步骤如下：

1)将采样信号vi与反馈信号v'β作为输入信号vα＝vi,vβ＝v'β；

2)虚拟出50hz频率的电网电压矢量角作为park变换的参考角度对vα,vβ进行park变换得到直流信号vd,vq；

3)将park变换后的直流信号vd,vq通过低通滤波器，滤除其中衰减高频分量获得直流分量v'd,v'q，所述v'd主要代表输入的电压幅值，v'q主要代表输入电压的相位差；

4)滤波后的直流分量v'd,v'q通过给定电网电压矢量角进行反park变化得到期望获得的工频信号和反馈信号v'α,v'β，所述v'α是期望的工频信号，v'β为反馈信号；

5)对特征信号v'α提取，对反馈信号v'β进行反馈，第一路输出与第一路输入的关系表现为带通特性，第二路输出与第一路输入的关系表现为低通特性；

所述vi为电网二次回路采样信号，利用反park变换后的第二路输出v'β作为第二路输入。

设定电网电压矢量角对输入信号进行park变换具体步骤如下：

给定电网电压矢量角利用电压矢量角对两相静止坐标系下的电压vα,vβ进行park变换，得到同步旋转坐标系下的电压的d、q分量，稳态时，d轴分量表示输入电压vi的幅值特性，q轴分量表示vi的相角特性。

根据权利要求1所述的一种基于坐标变换的低通滤波反馈解耦的特征信号提取方法，其特征在于：步骤3中所述的低通滤波器为其中ωp为低通滤波器的截止频率。

所述输出信号v'α与vi的关系表现为以频率为中心的带通特性，输出信号v'α体现vi的基频幅值和相角特征；输出信号v'β与vi的关系表现为低通特性，输出信号v'β体现vi的幅值特征，相角与输入信号vi相差90°，即

其中*表示卷积运算，对上式两边同时进行拉普拉斯变换并整理可得下式：

将步骤3中低通滤波函数带入上式，得到

步骤5中第一路输出为期望获得的工频信号，提取了输入信号基波频率附近的特征信号，其幅值与相角为采样信号vi滤除以外频带信号的标准正弦信号，第二路输出作为反馈。

本发明的有益效果是：能够解决在采样信号在复杂电磁环境下易受噪声干扰的问题，提高输入信号幅值相角特征提取的准确度与稳定性。

附图说明

图1为本发明方法的控制结构示意图；

图2为本发明第一路带通滤波特性示意图；

图3为本发明第二路低通滤波特性示意图；

图4为带有三次和五次谐波的输入信号示意图；

图5为经过算法模块后的第一路输出信号示意图；

图6为经过算法模块后的两路输出信号示意图；

图7为输入信号fft分析结果示意图；

图8为第一路输出信号fft分析结果示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行进一步详述：

本发明涉及一种基于坐标变换的低通滤波反馈解耦特征信号提取方法，其共分为有五个步骤：1.采样信号和反park变换后反馈信号构成静止正交坐标系；2.电网电压矢量角作为参考角度对输入信号park变换；3.直流信号的低通滤波；4.滤波后直流信号的反park变换；5.带通滤波输出信号的提取和低通滤波输出信号的反馈；

步骤一、利用第一路采样信号vi，反馈信号v'β作为输入信号vα＝vi,vβ＝v'β。

步骤二、虚拟出50hz频率的电网电压矢量角作为park变换的参考角度对vα,vβ进行park变换得到直流信号vd,vq。

步骤三、将park变换后的直流信号vd,vq通过低通滤波器，滤除其中衰减高频分量获得直流分量v'd,v'q，v'd主要代表输入的电压幅值，v'q主要代表输入电压的相位差。

步骤四、滤波后的直流分量进行反park变化得到期望获得的工频信号和反馈信号v'α,v'β，v'α是期望的工频信号，v'β为构成静止坐标系所需要的正交信号。

步骤五、对特征信号v'α提取，对反馈信号v'β进行反馈，第一路输出与输入的关系表现为带通特性，第二路输出与输入的关系表现为低通特性。

所述采样信号和反park变换后反馈信号构成静止正交坐标系的过程：

步骤1.1采样获得电网二次回路采样信号作为第一路输入vi；

步骤1.2

将采样信号vi，反馈信号v'β作为输入信号。

所述电网电压矢量角作为参考角度对输入信号park变换的过程：

步骤2.1虚拟出50hz频率的电网电压矢量角利用电压矢量角对两相静止坐标系下的电压vα,vβ进行park变换，得到同步旋转坐标系下的电压的d、q分量vd,vq，稳态时，d轴分量表示输入电压vi的幅值特性，q轴分量表示输入电压vi的相角特性。

所述直流信号的低通滤波过程：

步骤3.1将输入的信号vd,vq通过低通滤波器滤除高频噪声，其中ωp为低通滤波器的截止频率，得到直流分量v'd,v'q，稳态时，d轴分量表示输入电压vi的幅值特性，q轴分量表示输入电压vi的相角特性，实现了状态量的解耦。

所述滤波后直流信号的反park变换过程：

步骤4.1将v'd,v'q通过反park变换得到期望输出的工频信号v'α,v'β；

步骤4.2输出信号v'α与输入信号vi的关系表现为以频率为中心的带通特性，输出信号v'α能够体现输入信号vi的基频特征。

步骤4.3输出信号v'β与输入信号vi的关系表现为低通特性，输出信号v'β能够体现输入信号vi的幅值特征，相角与输入信号vi相差90°。

其中*表示卷积运算，对上式两边同时进行拉普拉斯变换并整理可得下式：

将步骤3.1中低通滤波函数带入上式：

所述带通滤波输出信号的提取和低通滤波输出信号的反馈过程：

步骤5.1其中第一路输出为期望获得的工频信号，提取了输入信号基波频率附近的特征信号，其幅值与相角为输入采样信号vi滤除以外频带信号的标准正弦信号。

步骤5.2其中第二路输出作为反馈与输入信号vi构成静止正交坐标系。

具体实验参数为：