趙 杰 周智鵬 高玄飛 宋 莉

（上海紅檀智能科技有限公司，上海 201306）

0 引言

智能微型斷路器在日常及工業(yè)生產(chǎn)中獲得了廣泛的應(yīng)用，使用過程中其電壓電流等電氣參量信息大多是按正弦信號變化，然而對其正弦信號進行測量時往往受到很多信號的干擾。為了對周期干擾信號及白噪聲干擾信號的濾除，文獻[1-3]進行了深入的研究；文獻[4]給出了利用傅里葉級數(shù)采樣時的單數(shù)采樣點數(shù)據(jù)計算有效值、偶數(shù)采樣點計算有效值、偶數(shù)奇數(shù)采樣點一起計算有效值，然后進行分析對比找出單一脈沖干擾信號，進而對單一脈沖干擾信號進行剔除的方法；文獻[5-7]則分別使用采樣值估算、奇異值分解和卡爾曼濾波三種方法進行干擾信號的快速檢測和定位，尤其是文獻[5]提出了快速識別正弦信號中擾動信號的方法，該方法基于兩個采樣點數(shù)據(jù)，然后對第三個采樣數(shù)據(jù)進行估值預(yù)算，并與實際采樣值進行比較，當超出給定的自適應(yīng)閾值范圍時，就可快速找出擾動信號的起始點。

本文在文獻[5]的基礎(chǔ)上，對正弦采樣信號中單一信號的干擾進行了快速正向與反向推理識別及剔除替代實踐，實踐數(shù)據(jù)表明，該方法對單一脈沖干擾信號識別速度快，平擬效果好，能滿足智能微型斷路器數(shù)據(jù)快速采集計算的要求。

1 單一脈沖干擾信號的快速識別方法

設(shè)智能微型斷路器的電壓、電流按正弦規(guī)律變化，且采樣數(shù)據(jù)按等時間間隔采樣，設(shè)等間隔采樣數(shù)據(jù)序列為uki-1,uki,uki+1,uki+2,uki+3,uki+4,…，參考文獻[5]的干擾信號判定方法，對該方法進行擴展轉(zhuǎn)換，用文獻[5]方法測量沒有干擾信號且按正弦規(guī)律變化時數(shù)據(jù)信號，用前兩個采樣數(shù)據(jù)來推出第三個采樣值，即

式中，α=1- c os ( - ΔΦ)＞0 ， ΔΦ為等間隔采樣時間所對應(yīng)的采樣間隔角度。

同理，如果信號沒有干擾，則用后面的兩個采樣數(shù)據(jù)對前面的一個采樣數(shù)據(jù)進行推理，其關(guān)系式也成立，即

顯然，當uki+1含有干擾信號時，式（1）和式（2）都不會成立。因此，轉(zhuǎn)換式（1）和式（2）為式（3）和式（4），形成絕對值大于自適應(yīng)閾值的單一擾動信號判定式，即當滿足式（3）和式（4）時，uki+1采樣點為干擾信號采樣點，則有

2 單一脈沖干擾信號的快速剔除替代

按照式（3）和式（4）判定uki+1為單一脈沖信號干擾點采樣值時，則舍棄此采樣值，快速利用式（1）和式（2）的平均推理值替代其采樣值，即

當采樣點數(shù)超過每個周波 30個點時，α=1- c os(- ΔΦ)＞0 變得甚小，在快速計算時，式（5）可以近似表示為

3 干擾信號快速剔除實踐方案設(shè)計

3.1 流程設(shè)計

圖1 單一脈沖干擾信號剔除替代流程

基于單一脈沖干擾信號的快速判定與剔除替代設(shè)計單一脈沖干擾信號剔除替代流程如圖1所示。在程序開始運行后，會按照1.6kHz的采樣頻率進行交流電的數(shù)據(jù)采集和存儲，一個周波采集32個數(shù)據(jù)點，按照式（1）和式（2）可以推算出當前數(shù)據(jù)的理論值U1和U2，同采集的當前數(shù)據(jù)點實際值進行差值比較，若兩個差值同時滿足大于自適應(yīng)閾值判定，則可確定此當前點為單一脈沖信號干擾點，按照式（5）將U1和U2進行均值處理，替換當前數(shù)據(jù)點實際值，最后當32個數(shù)據(jù)點皆判定結(jié)束，便開始重新進行數(shù)據(jù)采集。

3.2 程序算法設(shè)計

根據(jù)流程設(shè)計，編寫程序進行實踐。采集交流電信號作為實驗數(shù)據(jù)，判斷驗證是否可以快速判定且剔除替代單一干擾信號。程序設(shè)計如圖2所示。

圖2 單一脈沖干擾信號剔除替代程序

4 單一脈沖干擾信號的快速判定與剔除替代實踐數(shù)據(jù)

智能微型斷路器一端接市電，一端接負載，電流電壓采樣頻率為 1.6kHz，每周波采樣 32個點，采樣間隔角度為 11.25°，α=5.87×10-6且由于α非常小計算時可忽略不計。根據(jù)實際測量可得到單一干擾信號數(shù)據(jù)波形（系列1）、剔除替代干擾信號后數(shù)據(jù)波形（系列2）、同一時刻無干擾信號數(shù)據(jù)波形（系列3），同時根據(jù)干擾信號的大小可具體分為強單一干擾信號、一般單一干擾信號、弱單一干擾信號。具體電壓采樣數(shù)據(jù)見表 1，其中電壓采樣數(shù)據(jù)與實際值換算系數(shù)為0.960 1。

4.1 強單一干擾信號識別與剔除替代

采樣的強單一干擾信號電壓數(shù)據(jù)波形如圖3所示。從圖3中可以看出系列1有一處明顯的強單一干擾信號，將此波形利用方均根值算法可得出實際電壓值234.2V，系列3為同一時刻無干擾信號數(shù)據(jù)波形，計算后可得到實際電壓值為239.0V。由此可看出，由于單一脈沖干擾信號的擾動，導致最終計算值會發(fā)生小范圍內(nèi)的波動，系列2為經(jīng)過替代干擾信號后的數(shù)據(jù)波形，計算后可得到實際電壓值239.0V?？膳卸ù朔椒梢钥焖偬蕹鎿Q強單一脈沖干擾信號，使最終計算結(jié)果精度得到提高。

表1 采樣得到的單一脈沖干擾的電壓信號采樣數(shù)據(jù)表 單位: V

圖3 強單一干擾信號電壓數(shù)據(jù)波形

4.2 一般單一干擾信號識別與剔除替代

采樣的一般單一干擾信號電壓數(shù)據(jù)波形如圖 4所示。從圖4中可以看出系列1有一處一般單一干擾信號，將此波形利用方均根值算法可得出實際電壓值228.4V，系列3計算后實際電壓值為230.4V，系列2計算后實際電壓值230.4V?？膳卸ù朔椒梢钥焖偬蕹鎿Q一般單一脈沖干擾信號，提高精度。

圖4 一般單一干擾信號電壓數(shù)據(jù)波形

4.3 弱單一干擾信號識別與剔除替代

采樣的弱單一干擾信號電壓數(shù)據(jù)波形如圖5所示。從圖5中可以看出系列1有一處弱單一干擾信號，將此波形利用方均根值算法可得出實際電壓值223.5V，系列3計算后實際電壓值為222.7V，系列2計算后實際電壓值222.7V?？膳卸ù朔椒梢钥焖偬蕹鎿Q弱單一脈沖干擾信號，提高精度。

圖5 弱單一干擾信號電壓數(shù)據(jù)波形

5 結(jié)論

本文基于單一脈沖干擾信號的快速剔除方法，可快速推算出當前采樣點的理論值，若與實際值的偏差過大，不在線性自適應(yīng)閾值內(nèi)，可判定當前數(shù)據(jù)點為單一脈沖干擾信號，剔除實際值，由理論值替代。實驗結(jié)果表明了該方法的正確性與有效性；在智能微型斷路器電氣正弦量測量處理中采用的單一脈沖干擾信號識別剔除替代方法，快捷簡單實用，可滿足工程高速采集和計算保護需求。