提升全光纤电流互感器响应速度的小波滤波方法与流程

本发明涉及电力系统，具体地说，涉及一种提升全光纤电流互感器响应速度的小波滤波方法。

背景技术：

1、近年来随着技术的进步，全光纤电流互感器已经在国内得到了广泛应用。全光纤电流互感器是一种基于法拉第磁光效应实现电流互感器功能的电力测量设备。它利用光纤作为传感元件，将电流信号转换为光信号，并利用光纤将光信号传输到远端进行信号处理，从而实现对电流信号的测量。

2、与传统的电流互感器相比，全光纤电流互感器具有无源、无磁饱和、交直流通用、测量动态范围大、易于安装、方便维护等诸多优点。基于上述优点，全光纤电流互感器在电力系统中广泛应用于高压电流测量、电能计量等领域。但是，全光纤电流互感器由于结构复杂、易受干扰，需要做相应的滤波，以提升系统测量精度。

3、全光纤电流互感器主要的滤波算法都在解调电流之后进行。这种方法虽然简单，但是不可避免的存在以时间换精度的缺点。通常情况下，直流应用场景中都要求直流互感器的延时时间及阶跃响应上升时间均小于100μs，响应时间的减小，意味着系统滤波时间的减小。要同时兼顾互感器的测量精度和响应时间，需要对滤波算法提出更高的要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种提升全光纤电流互感器响应速度的小波滤波方法，引入小波滤波降噪，明显改善了信号噪声幅度，保障测量精度的同时大幅压缩了滤波时间。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、一种提升全光纤电流互感器响应速度的小波滤波方法，包括以下步骤：

4、s1：采集全光纤电流互感器的含噪信号；

5、s2：选择小波基函数，确定小波分解层次，对含噪信号进行小波分解，得到小波系数；

6、s3：根据小波系数选择阈值，对小波系数进行阈值处理；

7、s4：将阈值处理后的小波系数进行小波重构，得到重构信号；

8、s5：根据重构信号特征选择小波阶数，采用加权平均法滤除噪声，得到降噪信号。

9、优选地，全光纤电流互感器包括宽带光源、耦合器、偏振器、调制器、传输光纤、光纤传感环、光电探测器和解调电路。

10、优选地，含噪信号表示为：

11、xi＝si+ni,i＝1,2,3,…,n

12、式中，xi为含有噪声的原始信号，si为真实信号，ni为噪声信号，n为采样点数。

13、优选地，选择小波基函数，确定小波分解层次，对含噪信号进行小波分解，得到小波系数为：

14、

15、

16、式中，hi为小波基函数的低通滤波系数，gi为小波基函数的高通滤波系数，caj-1为第j-1层分解的低频小波系数，cdj-1为第j-1层分解的高频小波系数，caj为第j层分解的低频小波系数，cdj为第j层分解的高频小波系数。

17、优选地，选择db4作为小波变换的小波基函数，小波分解的层次选为5层。

18、优选地，采用软阈值的方式对小波系数进行阈值处理，软阈值函数为：

19、soft(cd′j,tj)＝sign(cdj)max{|cdj|-tj,0}

20、式中，cd′j为经阈值处理后的高频小波系数，tj为第j层阈值，sign(.)为符号函数，soft(.)为软阈值函数；

21、计算阈值的公式为：

22、

23、式中，σ为小波系数的标准差，t为阈值。

24、优选地，将阈值处理后的小波系数进行小波重构，得到重构信号为：

25、

26、其中，通过迭代得到重构信号y0。

27、优选地，全光纤电流互感器的调制解调、小波降噪以及信号处理利用fpga实现。

28、一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述任一项所述的提升全光纤电流互感器响应速度的小波滤波方法的步骤。

29、一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，计算机程序被处理器执行时实现如权利要求上述任一项所述的提升全光纤电流互感器响应速度的小波滤波方法的步骤。

30、与现有技术相比，本发明在全光纤电流互感器数字采样后引入小波滤波降噪，明显改善了改善信号噪声幅度，保障测量精度的同时大幅压缩了滤波时间。

技术特征：

1.一种提升全光纤电流互感器响应速度的小波滤波方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的提升全光纤电流互感器响应速度的小波滤波方法，其特征在于，全光纤电流互感器包括宽带光源、耦合器、偏振器、调制器、传输光纤、光纤传感环、光电探测器和解调电路。

3.根据权利要求1所述的提升全光纤电流互感器响应速度的小波滤波方法，其特征在于，含噪信号表示为：

4.根据权利要求3所述的提升全光纤电流互感器响应速度的小波滤波方法，其特征在于，选择小波基函数，确定小波分解层次，对含噪信号进行小波分解，得到小波系数为：

5.根据权利要求4所述的提升全光纤电流互感器响应速度的小波滤波方法，其特征在于，选择db4作为小波变换的小波基函数，小波分解的层次选为5层。

6.根据权利要求4所述的提升全光纤电流互感器响应速度的小波滤波方法，其特征在于，采用软阈值的方式对小波系数进行阈值处理，软阈值函数为：

7.根据权利要求6所述的提升全光纤电流互感器响应速度的小波滤波方法，其特征在于，将阈值处理后的小波系数进行小波重构，得到重构信号为：

8.根据权利要求1所述的提升全光纤电流互感器响应速度的小波滤波方法，其特征在于，全光纤电流互感器的调制解调、小波降噪以及信号处理利用fpga实现。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，处理器执行计算机程序时实现如权利要求1至8任一项所述的提升全光纤电流互感器响应速度的小波滤波方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述的提升全光纤电流互感器响应速度的小波滤波方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种提升全光纤电流互感器响应速度的小波滤波方法，包括：S1：采集全光纤电流互感器的含噪信号；S2：选择小波基函数，确定小波分解层次，对含噪信号进行小波分解，得到小波系数；S3：根据小波系数选择阈值，对小波系数进行阈值处理；S4：将阈值处理后的小波系数进行小波重构，得到重构信号；S5：根据重构信号特征选择小波阶数，采用加权平均法滤除噪声，得到降噪信号。本发明在全光纤电流互感器数字采样后引入小波滤波降噪，明显改善了改善信号噪声幅度，保障测量精度的同时大幅压缩了滤波时间。

技术研发人员：陈文睿,张海川,徐茂鑫,熊文,蒋建,徐强超,陈宇昇,刘灿萍,刘一民,肖涛,陈飞,鄢露,张娜,陈晓清,王聪
受保护的技术使用者：广东电网有限责任公司广州供电局
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15