[发明专利]基于SVD数字滤波器的电力系统谐波分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字信号处理中的滤波器设计和电力系统中的谐波分析领域，具体涉及一种基于SVD（singular value decomposition，奇异值分解）数字滤波器的电力系统谐波分析技术。

背景技术

随着电力电子技术的快速发展，电力系统的谐波污染日益严重，电能质量问题受到高度重视，因此有必要对电力系统中的谐波分量进行提取以进行后续分析。一方面，发电厂和变电站的高压电能计量关系到发电、送电、用电三方的利益，这就对电能计量的准确度提出了更高的要求；另一方面，对电网电能质量和使用情况的在线监测对于电网的安全稳定运行和合理收费具有重要意义，可以根据监测结果进行相关分析，减少大量现场校验工作。

目前，对于含有高次谐波情况下的电信号的分析，主要有基于FIR（Finite Impulse Response，有限冲击响应）数字滤波算法、傅立叶变换法、小波变换法、Prony算法等。基于FIR数字滤波器的电力系统各次谐波分析及相应的电能参数计算是这些方法中原理简单且较为有效的一种算法。然而该方法具有硬件执行复杂度（一般用算法硬件实现时所需乘法器个数来衡量）较高的缺点。

基于FIR数字滤波器的电力系统各次谐波分析算法通过设计若干符合指标要求的带通FIR滤波器滤除电力系统信号中“不想要的信号”从而将需要分析的谐波信号提取出来以达到进行后续分析的目的。为了能从原信号中准确可靠的提取需要进行分析的谐波信号，所设计的带通FIR滤波器应满足窄通带、陡过渡带的幅度频率响应特性。因此，基于FIR数字滤波器的电力系统各次谐波分析算法可归结为窄通带、陡过渡带带通FIR滤波器的设计。

采用传统的Parks-McClellan最优数字滤波器设计算法可以很方便的设计满足要求的窄通带、陡过渡带带通FIR滤波器。然而，该滤波器设计算法所设计的滤波器具有很高的阶数。较高的滤波器阶数意味着较高的硬件执行复杂度，而且硬件系统工作时的功耗将会较高。

基于滤波器系数类周期性的低通FIR滤波器设计技术（外插法），具有硬件执行复杂度较低的优点。然而外插法仅适用于低通FIR滤波器设计，且外插法中各参数的选取都是通过观察原型滤波器系数特点获得，这是因为低通FIR滤波器系数具有类周期性，而基于FIR滤波器的谐波分析算法所需要的窄通带、陡过渡带带通FIR滤波器系数却不具有类周期性的特点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了减少基于FIR数字滤波器的谐波分析算法的硬件执行复杂度，提出一种基于SVD的窄通带、陡过渡带带通FIR滤波器设计算法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于SVD数字滤波器的电力系统谐波分析方法，将奇异值分解应用到数字滤波器设计中，提取需要进行分析的电力谐波分量；所述数字滤波器为窄通带、陡过渡带带通FIR滤波器，具体步骤如下：

步骤001，首先，设计得到窄通带、陡过渡带原型带通FIR滤波器系数h(n)，该原型带通FIR滤波器的长度为(2·N_F+1)，其中|n|≤N_F，N_F为任意正整数；

步骤002，选取参数M、d和R，使得所述原型带通FIR滤波器系数h(n)组合成具有(R+1)个列向量的矩阵H，n≥(M+1)；其中，参数M为任意非负整数，参数d为任意正整数，参数R=[(N_F-M)/d-1]：

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