基于DSP的去噪處理系統(tǒng)在光纖電流互感器中的應(yīng)用

文/金晶 董小龍

1 引言

光纖電流互感器由于具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍大和頻響范圍寬，已經(jīng)在電力系統(tǒng)應(yīng)用中占據(jù)了十分重要的地位。然而，由于光纖電流互感器的核心元件易受溫度、振動(dòng)和電磁等外界噪聲環(huán)境干擾，使其輸出特性產(chǎn)生誤差，降低器件可靠性。針對(duì)上述情況，本文提出了基于DSP的光纖電流互感器去噪系統(tǒng)，利用DSP處理程序?qū)崿F(xiàn)改進(jìn)的最小均方(Least-Mean-Square，LMS)自適應(yīng)算法，提升光纖電流互感器的測(cè)量精度和穩(wěn)定性。

2 基于DSP的光纖電流互感器去噪處理系統(tǒng)

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是基于主控芯片DSP來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的，光纖電流互感器產(chǎn)生電信號(hào)，經(jīng)過(guò)前置放大電路進(jìn)行信號(hào)放大，并通過(guò)濾波、A/D采樣電路實(shí)現(xiàn)電路調(diào)理，利用DSP核心控制電路來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行去噪處理，通過(guò)輸出電路對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行分析和顯示。基于DSP的光纖電流互感器去噪處理系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

系統(tǒng)硬件搭建完成后，對(duì)DSP芯片進(jìn)行軟件編程實(shí)現(xiàn)。首先需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行初始化設(shè)置，如對(duì)控制模塊、GPIO模塊和外設(shè)模塊進(jìn)行初始化設(shè)置；其次，檢測(cè)DSP是否接收到信息數(shù)據(jù)，如發(fā)現(xiàn)有數(shù)據(jù)則啟動(dòng)A/D采集模塊，按照設(shè)置好的采集速率將接收的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到指定存儲(chǔ)芯片中；最后，調(diào)用改進(jìn)的LMS算法來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理并進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出，系統(tǒng)的主程序流程圖如圖2所示。

3 光纖電流互感器自適應(yīng)噪聲對(duì)消技術(shù)研究

圖1：基于DSP的光纖電流互感器去噪處理系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)圖

光纖電流互感器屬于光學(xué)性元件，在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)受到外加環(huán)境干擾造成測(cè)量精度誤差，針對(duì)光纖電流互感器的噪聲特性，選取參考信號(hào)，采用自適應(yīng)噪聲對(duì)消技術(shù)來(lái)對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行濾波，光纖電流互感器自適應(yīng)噪聲對(duì)消技術(shù)原理圖如圖3所示。

光纖電流互感器產(chǎn)生的原始信號(hào)為s(k)，與噪聲源信號(hào)n0合成為d(k)=s(k)+n0，同時(shí)，將與n0具有相關(guān)性的n1作為參考信號(hào)，通過(guò)自適應(yīng)濾波的不斷調(diào)節(jié)使輸出信號(hào)y(k)逼近信號(hào)n0，誤差信號(hào)e(k)逼近s(k)，實(shí)現(xiàn)參考信號(hào)和噪聲信號(hào)的對(duì)消。在自適應(yīng)噪聲對(duì)消技術(shù)中，多采用最小均方算法對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行調(diào)整，得到最小均方誤差，其權(quán)系數(shù)為：

在公式（2）中，α為收斂形狀的常量，β為取值范圍的常量，h為步長(zhǎng)變化速度的常量，在收斂初期采用較大步長(zhǎng)，具有較快的收斂速度，隨著收斂過(guò)程的發(fā)生，則逐步減小步長(zhǎng)因子，使信號(hào)輸出具有良好的穩(wěn)態(tài)性能。

由DSP數(shù)據(jù)處理程序來(lái)對(duì)改進(jìn)的LMS算法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，將調(diào)理好的光纖電流互感器信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并設(shè)置去噪算法子程序參數(shù)，通過(guò)改進(jìn)的LMS算法對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，計(jì)算出y(n)和e(n)，更新權(quán)系數(shù)，為下一次的數(shù)據(jù)去噪處理所用，存儲(chǔ)去噪處理好的數(shù)據(jù)信號(hào)并輸出，DSP數(shù)據(jù)處理程序流程圖如圖4所示。

4 結(jié)論

圖2：去噪處理系統(tǒng)的主程序流程圖

圖3：光纖電流互感器自適應(yīng)噪聲對(duì)消技術(shù)原理圖

圖4：DSP數(shù)據(jù)處理程序流程圖

本文提出的基于DSP的光纖電流互感器去噪處理系統(tǒng)能夠利用改進(jìn)的LMS算法來(lái)對(duì)光纖電流互感器輸出信號(hào)進(jìn)行處理，提升光纖電流互感器的測(cè)量精度和穩(wěn)定性。改進(jìn)的LMS算法能夠根據(jù)不同的收斂階段來(lái)設(shè)定步長(zhǎng)，減小光纖電流互感器的輸出誤差，該系統(tǒng)有望在電力系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。