本发明专利技术公开了一种用于电力谐波检测的对数域模拟小波变换电路，包含数个并联的对数域模拟滤波器及与各滤波器相连的可调偏置电流电路，可调偏置电流电路通过调节构成滤波器ＣＭＯＳ对数域积分器偏置电流，实现谐波信号不同尺度的小波变换，在微功耗的条件下该电路实时实现整数次与非整数次电力谐波信号的实时检测，本发明专利技术特别适合在新型的小型化高速便携式电力谐波检测仪中的应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种电力谐波的检测装置，特别是一种用于电力谐波检测的对 数域模拟小波变换电路。技术背景在电力系统中，人们总是希望电网的电压、电流是理想的正弦波。然而， 由于大量非线性负载如可控硅整流设备、电力电子调频及电弧炼钢炉等的广泛 应用，电网中的谐波成分日益复杂，不仅存在整数次谐波，而且存在大量非整 数次谐波，这给电力系统的安全经济运行带来了严重危害。对电力系统谐波进 行治理具有明显的社会经济效益，而谐波的检测与分析是实现谐波治理的前提 条件，准确、快速地谐波检测为谐波治理提供良好的依据。目前，谐波检测方 法主要通过软件来实现，其检测系统框图如附图l所示，常用的谐波检测算法有 快速傅立叶变换与短时傅立叶变换。快速傅立叶变换存在栅栏效应与频率泄漏 现象，只能实现能够整数次谐波检测，对非整数次谐波检测误差大，尽管出现 了一些改进算法如单峰检测双峰检测差值等，但仍存在许多不足。短时傅立叶 变换通过窗函数使频率泄漏得到有效抑制，能进行非周期非整数谐波检测，但 其时频窗固定，不能自适应调整，分辨率较低。小波变换被应用到谐波检测，可克服FFT与STFT算法的局限性。小波变换是一种新的信号变换分析方法，它 具有良好的时频局部化特性，解决了傅立叶变换在频域完全局部化而在时域无 局部化的问题，不仅适用于稳态信号分析，也适用于非平稳信号的分析。薛蕙 等人于2002年提出了利用Morlet连续小波变换实现非整次谐波的检测的方法，该方法称为尺度一幅值检测算法，它能准确地把不同频率的整次和 非整次谐波分离出来，为谐波的精确检测提供了有效手段。但现有基于小波变 换的谐波检测方法都是在微机或数字信号处理器上用软件方式实现的，用软件方式实现谐波检测小波分析方法存在着一些不足之处1)信号的连续小波变换 数字计算实现，算法复杂，计算量大，难以实时处理；2)需对被检测的谐波信 号进行A/D转换，增加了检测设备的功耗与体积，不能处理很高频率的谐波信号。
技术实现思路
为了解决上述小波变换检测谐波信号存在的技术问题，本专利技术提供一种用 于电力谐波检测的对数域模拟小波变换电路。本专利技术具有低电压、低功耗、宽 动态范围与工作频率、便于单片集成等特点，能在低功耗的条件下，实时实现 电力谐波频率的准确测量。本专利技术解决上述技术问题的技术方案是:包含数个并联的电路结构一致的 对数域模拟滤波器及与各滤波器相连的可调偏置电流电路，每个对数域滤波器由CMOS对数域积分器gl g9、 gbl、 gb3、 gb4、 gb6、 gb8， CMOS对数域反相积分器gai ga9、 gb2、 gb5、 gb7、 gb9，电容Ci Cio, CMOS对数压縮器log、 CMOS指数扩 展器antilog及电流源Iau)构成，对数域积分器& 89依次串接，对数域积分 器gi g9的输出端分别并接电容Cs Ci0，对数域积分器gbl gb9的输入端并接 并与对数压縮器log的输出端相接，对数域积分器gbl gb9的输出端分别接到 对数域积分器gl g9的输出端，对数域积分器gal ga9的输入端并接并与对数 域积分器g9的输出端、指数扩展器antilog的输入端相接，对数域积分器gal ga9的的输出端分别接到对数域积分器gl g9的输入端，电流源Iau)接在对数域积分器g9的输出端。上述的用于电力波检测的对数域模拟小波变换电路中，各对数域模拟滤波器实现电力谐波信号的一种类Morlet小波变换，信号的类Morlet小波变换结果与其Morlet小波变换结果十分接近，类Morlet小波基函数的表达示为Wc") = . cos(f < 0)^(-0的拉普拉斯变换为i/, O) = (-0.01/ + 0.11- 2.88 +18.77/ - 74.75/ + 254.39 +4.88.103 -1.05.10、2十3.45s)/010 +6.97/ +155.55/ +787.28/ +8.58-103/ + 3.0610、5 + 2.08.10V1 +4.82.105 +2.18106 +2.54.1065 + 7.58.106)上式为实现尺度为l的类Morlet小波变换的滤波器传输函数。本专利技术的技术效果在于本专利技术为基于小波变换的尺度-幅值电力谐波检 测算法提供了一种模拟硬件实现方案，比较己有的基于软件方式的小波变换谐 波检测实现方法，本专利技术具有系统功耗低，实时处理，电路结构简单，复杂度 低，无数A/D设备，体积小，易于模拟VLSI设计实现的特点，本专利技术特别适 合在便携式小型谐波检测仪之类的设备中的应用。下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。 附图说明图1是现有电力谐波的软件检测方法示意图。图2是本专利技术中基于对数域模拟小波变换电路的电力谐波检测原理框图。图3是类Morlet母小波的时域波形。图4是本专利技术中类Morlet母小波的频域波形。图5是本专利技术中CMOS对数域积分器的电原理图。图6是本专利技术中CMOS对数域积分器的符号。图7是本专利技术中CMOS对数域反相积分器的电原理图。图8是本专利技术中CMOS对数域反相积分器的符号。 图9是本专利技术中CMOS对数压縮电路的电原理图。 图10是本专利技术中CMOS对数压縮电路的符号。 图11是本专利技术中CMOS指数扩展电路的电原理图。 图12是本专利技术中CMOS指数扩展电路的符号。图13是本专利技术用于电力谐波检测的对数域模拟小波变换电路的电原理图。具体实施方式小波变换检测电力谐波的原理设某电力谐波信号^)，选用Morlet母小波y(O，则其连续小波变换为 <formula>formula see original document page 6</formula>根据时域的巻积对应频率的乘积关系，由上式可导出下面的关系<formula>formula see original document page 6</formula>式中，c。(w)， Z(w)， ？(w)分别是F7;(a力，jc(O， y(O的傅立叶变换。Morlet 小波函数是具有良好时频局部化特性的函数，由式(la)可以把CWT看作是信 号通过有限长度的带通滤波器，不同的尺度因子fl决定带通滤波器的带通特性。 利用CWT可以实现整数次和非整数次谐波的检测。Morlet小波基函数的频率表 达式为<formula>formula see original document page 6</formula>^(0的频率表达式为其中，)fc为常数，和采样周期与采样点数有关。由式(4a)可见，对于不同的 尺度a， T。(MO对应不同的频率特性曲线；当给定"，>^ = 5/^时，甲。(w)的值最 大。称w-5/")t为该尺度的中心频率。被检测谐波信号的时、频域表达式分别为-<formula>formula see original document page 7</formula>根据式(5a)及(6a)，得到:<formula>formula see original document page 7</formula>式中(D是CWT引本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于电力谐波检测的对数域模拟小波变换电路，其特征在于：包含数个并联的电路结构一致的对数域模拟滤波器及与各滤波器相连的可调偏置电流电路，每个对数域滤波器由ＣＭＯＳ对数域积分器ｇ↓［１］～ｇ↓［９］、ｇ↓［ｂ１］、ｇ↓［ｂ３］、ｇ↓［ｂ４］、ｇ↓［ｂ６］、ｇ↓［ｂ８］，ＣＭＯＳ对数域反相积分器ｇ↓［ａ１］～ｇ↓［ａ９］、ｇ↓［ｂ２］、ｇ↓［ｂ５］、ｇ↓［ｂ７］、ｇ↓［ｂ９］，电容Ｃ↓［１］～Ｃ↓［１０］，ＣＭＯＳ对数压缩器ｌｏｇ、ＣＭＯＳ指数扩展器ａｎｔｉｌｏｇ及电流源Ｉａ↓［１０］构成，对数域积分器ｇ↓［１］～ｇ↓［９］依次串接，对数域积分器ｇ↓［１］～ｇ↓［９］的输出端分别并接电容Ｃ↓［２］～Ｃ↓［１０］，对数域积分器ｇ↓［ｂ１］～ｇ↓［ｂ９］的输入端并接并与对数压缩器ｌｏｇ的输出端相接，对数域积分器ｇ↓［ｂ１］～ｇ↓［ｂ９］的输出端分别接到对数域积分器ｇ↓［１］～ｇ↓［９］的输出端，对数域积分器ｇ↓［ａ１］～ｇ↓［ａ９］的输入端并接并与对数域积分器ｇ↓［９］的输出端、指数扩展器ａｎｔｉｌｏｇ的输入端相接，对数域积分器ｇ↓［ａ１］～ｇ↓［ａ９］的的输出端分别接到对数域积分器ｇ↓［１］～ｇ↓［９］的输入端，电容Ｃ↓［１］接在电流源Ｉａ↓［１０］接在数域积分器ｇ↓［１］的输入端，对数域积分器ｇ↓［９］的输出端。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：何怡刚，李宏民，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。