基于自适应提升小波变换的电能质量检测节点(1)

随着新型电网技术的发展以及用户对电能质量PQ(Power Quality)要求的提高，电能质量问题受到越来越多的关注。要想治理电能质量问题，电能质量扰动信号的检测和分类是很重要的一个基础环节。

国内现有的电能质量检测系统，其数据采集单元同控制中心之间的数据通信大都是通过有线方式进行的，底层通信大都采用现场总线(如RS485、CAN总线等)，远程通信方式有光纤、电力载波、公网、有线电缆等[3]，给线路铺设、设备检修等工作带来很大不便，建设成本和工程居高不下。无线传感网络的出现很好地解决了有线网络存在的问题，它具有很大的灵活性，只需要在电力检测区域合理地放置无线传感器节点即可检测电力运行状态,省去了布线环节,节约大量的成本和精力[4]。本文在研究无线传感网络的基础上，提出了一种基于自适应提升小波变换的电能质量检测节点设计方案，实现了监控中心对检测节点电能质量远程实时、准确的检测和识别，为电力系统的集中管护和检修提供依据。

1 系统总体设计

由电力系统的运行环境和特点，检测到电能质量检测PQD(Power Quality Detection)信号不可避免地会包含一些噪声信号。噪声信号的存在会降低检测的准确性，在噪声信号强的场合，甚至会造成检测的失效。为此，需要对 PQD信号进行先去噪再分类。系统总体设计思路是将数据采集单元采集到的数据进行自适应提升小波去噪处理，提取PQD信号的特征矢量，再通过支持向量机进行电能质量扰动类型的识别，最后通过无线收发模块将扰动类型、扰动波形发送给WSN网关,如图1所示。

图1 电能质量检测节点实现过程

总的来说系统可分为以下各个功能模块：DSP和ARM最小系统模块、数据采集模块、键盘和液晶显示模块、无线收发模块和电源模块，如图2所示。

图2 系统总体框图

2 PQD去噪及识别原理

小波分析方法具有良好的时、频局域性，是电能质量检测中一个有力的工具，被广泛应用于电能质量信号去噪和特征向量的提取。但小波变换的算法比较复杂，实现起来需要占用较多的系统资源，运算速度比较慢，不能很好地满足电能质量信号检测实时性要求。基于提升格式的第二代小波变换改进了传统的小波变换算法，不依赖于傅里叶变换，具有运算速度快、完全本位计算、变换后系数与原信号长度相同等特点，适用于信号的实时处理。提升小波分解和重构如图3(a)、图3(b) 所示。

图3 提升小波变换过程

一次简单的小波提升分解包括分裂(split)、预测(prediction)和更新(update)三个步骤。dj[2n+1]和sj[2n]分别为第 j层的高频细节分量和低频近似分量。对低频近似分量的递归进行提升小波分解，从而创建了多分辨率分解的多级变换。

小波重构过程是分解过程的逆运算，与分解过程具有相同的计算复杂性，能大大提高序列分解和重构的运算速度，改善了小波变换的实时性，降低了算法硬件实现的复杂性。

自适应方法完全从信号的角度出发，根据信号的特点自适应选择不同的滤波器。本文将自适应算法应用于更新算子和预测算子的设计中，实现了双自适应提升小波变换，并且采用先更新后预测的方法，预测不会影响更新，提高算法的准确性。