阅读说明：本技术 一种基于小波变换的非正弦波无功功率测量系统 (A kind of non-sinusoidal waveform wattless power measurement system based on wavelet transformation ) 是由 范亦能 于 2018-05-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于小波变换的非正弦波无功功率测量系统,该测量系统基于小波变换分析实现,采用小波变换系统对非正弦波信号进行无功功率测量,所述小波变换系统包括数据选择模块、地址生成模块、数据存储模块、滤波模块、时钟变换模块和系数存储模块；所述系数存储模块包括近似系数存储子模块和细节系数存储子模块；所述滤波模块包括低通滤波器和高通滤波器；本发明基于小波变换分析实现,在硬件上实现三层小波分解变换,计算精度高,测量可靠性高。(The non-sinusoidal waveform wattless power measurement system based on wavelet transformation that the invention discloses a kind of, the measuring system is realized based on wavelet transformation analysis, wattless power measurement is carried out to nonsinusoidal wave using Wavelet transform system, the Wavelet transform system includes data selecting module, address generation module, data memory module, filter module, clock conversion module and coefficient memory module；The coefficient memory module includes approximation coefficient sub-module stored and detail coefficients sub-module stored；The filter module includes low-pass filter and high-pass filter；The present invention is based on wavelet transformation analysis realizations, and three layers of wavelet decomposition transform are realized on hardware, and computational accuracy is high, and Measurement reliability is high.)

一种基于小波变换的非正弦波无功功率测量系统

技术领域

本发明涉及电力系统测量领域，具体涉及一种基于小波变换的非正弦波无功功率测量系统。

背景技术

电能作为人们广泛使用的能源，其质量关系到工农业生产、人民生活等社会生活的方方面面。随着技术发展，电力电子设备广泛使用，在电力网络中存在着大量的能量流动，无用功的增加威胁着电力网络的安全。因此，对电网中无功功率的测量是十分重要的。

现阶段，对于无功功率测量的方法有很多种，其中最常见的方法是傅立叶分析法。傅立叶分析适用于周期平稳的信号，对于一些具有突变特性的非平稳信号，其分辨率不高。在电力网络中，电压电流波形存在畸变，此时不能用傅立叶分析法很好的进行功率测量。

发明内容

针对上述现有技术存在的技术问题，本发明提出了一种基于小波变换的非正弦波无功功率测量系统，该系统采用小波分解变换分析来实现电力信号中非正弦波信号无功功率测量。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于小波变换的非正弦波无功功率测量系统，其特征在于，该测量系统基于小波变换分析实现，采用小波变换系统对非正弦波信号进行无功功率测量；所述小波变换系统包括数据选择模块、地址生成模块、数据存储模块、滤波模块、时钟变换模块和系数存储模块；所述数据选择模块对需要进行小波分解变换的非正弦波信号数据进行选择；所述数据选择模块与数据存储模块的输入端、系数存储模块的输出端相连；所述地址生成模块与数据存储模块的输入端相连，所述数据存储模块还与滤波模块的输入端相连；所述滤波模块与系数存储模块的输入端相连；所述时钟变换模块与系数存储模块的输入端相连；所述系数存储模块包括近似系数存储子模块和细节系数存储子模块。

优选的，该测量系统基于可编程逻辑器件实现。

优选的，所述滤波模块包括低通滤波器和高通滤波器。

本发明具有如下的优点和有益效果：

本发明的测量系统采用小波变换系统，基于小波变换分析实现，在硬件上实现三层小波分解变换，计算精度高，测量可靠性高，易于实现。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的测量系统结构图。

图2为本发明的测量系统实现流程图。

图3为本发明的小波分解系数曲线图。

图4为本发明的小波分解系数误差图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

参照图1，本实施例的一种基于小波变换的非正弦波无功功率测量系统，该测量系统基于可编程逻辑器件实现，采用小波变换系统对非正弦波信号进行无功功率测量，所述小波变换系统包括：信号数据选择模块A，地址信号生成模块B，信号数据存储模块C，滤波器组模块D，工作时钟变换模块E和小波分解系数存储模块F。其中，地址信号生成模块B包含读写信号判断和小波分解次数判断子模块、地址产生子模块，信号数据存储模块C包含多于原始信号数据一倍的存储空间，滤波器组模块D包含低通分解滤波器Lo_D子模块和高通分解滤波器Hi_D子模块，工作时钟变换模块E包含时钟分频子模块和工作时钟选择子模块，小波分解系数存储模块F包含近似系数存储子模块和细节系数存储子模块两个存储模块。信号数据选择模块A实现信号数据选择，判断小波分解变换次数，输出原始信号数据或是上一次小波分解变换后的信号数据，接收小波分解系数存储模块F的输出数据同时输出的数据送入信号数据存储模块C中。地址信号生成模块B实现地址信号的生成，根据读写信号的不同、小波变换次数的不同，生成不同的地址信号，用于对信号数据进行存储，产生的地址信号送入信号数据存储模块C中。信号数据存储模块C实现信号数据的存储和读取，根据地址信号生成模块B生成的地址信号将信号数据选择模块A输出的数据进行存储或是将信号数据存储模块C中的数据取出，输出的数据送入滤波器组模块D中。滤波器组模块D实现信号的滤波，从信号数据存储模块C中取出的数据通过滤波器组，对信号进行低通滤波和高通滤波，得到低通滤波后的信号和高通滤波后的信号，输出的数据送入小波分解系数存储模块F中。工作时钟变换模块E实现工作时钟的变换，当对滤波器组输出的信号进行下采样时工作时钟频率为滤波器组时钟频率的一半，当向小波分解系数存储模块F中读取数据时时钟频率与滤波器组时钟频率相同，产生的时钟信号送入小波分解系数存储模块F中。小波分解系数存储模块F实现小波系数的存储和读取，存储时将工作时钟变换模块E输出的信号经过下采样后存入小波分解系数存储模块F中，高通滤波器滤出的信号下采样后存储在细节系数存储子模块，低通滤波器滤出的信号下采样后存储在近似系数存储子模块；读取时将小波分解系数存储模块F中存储的数据读出，将细节系数存储子模块中的细节系数和近似系数存储子模块的近似系数同时输出，其中近似系数还要输入到信号数据选择模块A中。

本系统的工作原理如下：

信号数据选择模块A是对需要进行小波分解变换的信号数据进行选择，初始状态下没有进行过小波分解变换，此时信号数据选择模块A输出原始信号数据；当进行过小波分解变换时，信号数据选择模块A输出上一次小波分解变换后的信号数据。

地址信号生成模块B是生成存储器的地址信号，在存储信号数据选择模块A输出的M个数据时，地址信号接着上一次存储信号地址再生成M个地址；在读取信号数据存储模块C中的数据时，滤波器的系数为L个，需要输出(M+L-1)个数据，地址信号从上一次存储信号地址的初始地址再生成(M+L-1)个地址。

信号数据存储模块C是对信号数据选择模块A输出的信号数据进行存储，输出的信号数据作为滤波器组模块D的输入。根据地址信号生成模块B输出的地址信号，在相应的地址中存储数据或从相应的地址中读取数据。

滤波器组模块D是对信号数据存储模块C输出的信号数据进行滤波。滤波器组模块D包含低通分解滤波器Lo_D子模块和高通分解滤波器Hi_D子模块，从信号数据存储模块C输出的N个信号数据经过滤波器Lo_D和滤波器Hi_D后分别得到N个滤波后的信号数据。

工作时钟变换模块E是小波分解系数存储模块F的工作时钟信号。根据Mallat分解算法，

且其中，Cj+1,m是本次小波分解的近似系数、Dj+1,m是本次小波分解的细节系数、Cj,k是上一次小波分解的近似系数、h0是低通滤波器系数、h1是高通滤波器系数、k表示上一次小波分解的近似系数第k位、m表示本次小波分解系数的第m位。所以在将滤波器组模块D的输出数据存入小波分解系数存储模块F中时，小波分解系数存储模块F的工作时钟频率应为滤波器组模块D的工作时钟频率的一半，实现滤波后下采样过程。在读取小波分解系数存储模块F中的数据时，则不用对工作时钟信号频率做改变，与滤波器组模块D的工作时钟频率相同即可。

小波分解系数存储模块F是对小波系数的存储和读取。高通滤波器滤出的信号下采样后存储在细节系数存储子模块，低通滤波器滤出的信号下采样后存储在近似系数存储子模块。根据Mallat算法，本层近似系数、细节系数是对上一层近似系数做小波分解变换得到的，所以近似系数存储器中的信号数据需要输入到信号数据选择模块A中。

参照图2，本实施例的测量系统工作流程如下：

步骤1，对输入的信号数据进行选择，输出所需要处理的信号数据。

信号数据选择模块A判断系统是否进行过小波分解变换，如果没有进行过小波分解变换或已完成三层小波分解变换则表示小波分解变换次数的标志信号为“00”，此时输出的为原始信号数据；如果表示小波分解变换次数的标志信号不为“00”，即小波变换已进行过小波分解变换且未完成三层小波分解变换，此时输出的为上一次小波分解变换的近似系数信号数据。

步骤2，产生信号数据存储模块的地址信号。

2.1)判断系统此时是否进行过复位操作，如果系统复位，则地址信号数据清零。

2.2)根据读写信号的值，判断系统此时是对信号数据存储模块进行读操作还是写操作。如果读写信号的值为‘1’，则系统此时是对信号数据存储模块进行读操作，已知滤波器系数为L个，从本次初始地址开始生成与(M+L-1)个地址；如果读写信号的值为‘0’，则系统此时是对信号数据存储模块进行写操作，从本次初始地址开始生成与信号数据选择模块输出个数相同的M个地址。

2.3)根据表示小波分解变换次数的标志信号确定初始地址位置，预留出地址空间。由于每进行一次小波分解变换，数据个数均减少一半，若上一次小波分解变换预留的地址空间为N，则本次小波分解变换预留的地址空间为N/2。

步骤3，信号数据存储模块对需要进行小波分解变换的信号数据进行存储和读取。

根据读写信号和地址信号，对需要进行小波分解变换的信号数据进行存取和读取。当读写信号的值为‘1’时，进行读操作；当读写信号的值为‘0’时，进行写操作。

步骤4，对信号数据存储模块输出的信号数据进行低通滤波和高通滤波。

步骤5，对小波分解系数存储模块的工作时钟进行变换。

5.1)对与滤波器组的工作时钟同频的时钟信号进行分频变换，生成的新工作时钟频率为原先的一半。

5.2)对工作时钟进行选择。根据读写信号的值，判断系统此时是对小波分解系数存储模块进行读操作还是写操作。当读写信号的值为‘1’时，进行读操作，此时输出对与滤波器组的工作时钟同频的工作时钟；当读写信号的值为‘0’时，进行写操作，此时输出5.1)中生成的新工作时钟。

步骤6，小波分解系数存储模块对小波系数进行存储和读取。

6.1)采用步骤5中的工作时钟对小波系数进行存储，此时读写信号的值为‘0’，将通过高通分解滤波器Hi_D的信号数据存入细节系数存储器，将通过低通分解滤波器Lo_D的信号数据存入近似系数存储器。

6.2)采用步骤5中的工作时钟将小波系数存储模块中的信号数据输出，此时读写信号的值为‘1’。其中，近似系数存储器中的近似系数在输出的同时输入到信号数据选择模块中。

对本发明进行仿真实验得到如图3的小波系数理论计算与本发明提出的小波变换系统计算的小波系数值的对比图；以及图4的本发明提出的小波变换系统计算的小波系数值与理论值之间的误差图。由图3-4可以看出本发明的小波变换系统计算十分精确，对于突变信号的小波系数计算尤为明显。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。