FPGA与小波变换在暂态电扰动检测中的应用的研究.pdfVIP

2011年第4期 声学与电子工程 总第104期 FPGA和小波变换在暂态电扰动检测中的应用研究 王明 (第七一五研究所，杭州，310012) 摘要提出了FPGA和小波变换在暂态电扰动检测中的应用研究。首先设计了FIR数字滤波器来滤除 DSP 高次谐波，通过AlteraBuilder和Matlab／Simulink完成滤波器设计，DSPBuilder将设计好的滤波器模 块直接转换成在FPGA上实现的VHDL语言。然后通过小波变换对采样信号进行多分辨率分解，用模极大 值原理来判断是否存在暂态扰动现象，定位暂态电扰动的突变点和计算扰动持续时间，可以准确定位电压 暂升、暂降、短时中断、振荡暂态的扰动。该方法也可以检测电源的瞬态响应而产生的过电压、电流，检 测开关电源等纹波而产生的过电压、电流，可用高阶滤波器的方法消除纹波产生的高频谐波，从而进一步 提高声呐等装备的可靠性，也可用于其他领域，如对电网等进行检测。 Builder：暂态电扰动 关键词FPGA；小波变换；FIR数字滤波器；DSP 电源的瞬态响应可产生的瞬时过电压，开关电 源等纹波会产生高频纹波，电路在遭雷击和接通、 断开电感负载或大功率负载时经常会产生很高的 处取得最大值，即此时式(1)成立。 在二进制小波变换情况下，式(1)变成 过电压等，瞬时峰值在几微秒内可以从几百伏上升 到几万伏，对设备产生了很大的危害。为了保证电 (2) |(wf)(2j,6)卜c×2似“坨’ 气设备和电网的安全可靠、经济运行，需要采取一 在信号和图像处理中，常常使用卷积型小波变 定的控制技术。这些改善措施和控制首先需要及 时、准确地获得各种扰动信号。由于暂态电扰动的 换。设删，沙(f)盛r俾)记 种类多、特征复杂，扰动的特征边缘可能重叠，现 有的检测难以及时获取有用信息，因此提出一种基 ％(f)：!y(三)，sO(3) 于小波变换和FPGA技术的暂态电扰动检测的应用 则称 研究。由于高次谐波会对暂态电扰动检测产生一定 的影响，首先设计了FIR数字低通滤波器来滤除高 次谐波，然后用小波变换定位暂态电扰动的突变点 J二 S 和计算扰动持续时间。本检测方法可以准确的定位 电压暂升、暂降、短时中断、振荡暂态的扰动。 为，矽的卷积型小波变换，也称为删的小波变换。 如果将，《f)的小波变换理解成卷积型小波变换， 1小波变换与信号突变性Ⅲ 则式(1)和式(2)就变成 SMallt将函数局部奇异性与小波变换后的模 I(Wf)(a，6)I≤CS口 (5) 局部极大值相联系，通过小波变换后的模极大值在 和 不同的尺度上的衰减速度来衡量信号的局部奇异 性。 (6) |(Wf)(2j,6)降c×2归 定理l设小波沙(f)是实函数且连续，具有衰 式(1)、(2)表明，若口-1／2，则小波变换 减性：