賴鑫蘭

摘要：文章主要學(xué)習(xí)探討信號的概念、特性，通過闡述模擬濾波器和數(shù)字濾波器的原理和分析方法，講述信號處理及其在電氣工程中的應(yīng)用，通過對信號的了解接著講述濾波器及信號的實(shí)際應(yīng)用，提升對信號的共知性，深入淺出，滲透信號在電力系統(tǒng)尤其是在調(diào)控中心的實(shí)際應(yīng)用，相互滲透，共同發(fā)展。

關(guān)鍵詞：信號原理；迅速發(fā)展；相互滲透；濾波器；數(shù)字濾波器；應(yīng)用

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號：1006-8937（2014）17-0074-01.

科技的迅速發(fā)展，帶動(dòng)了通信、網(wǎng)絡(luò)、信息等技術(shù)在各個(gè)行業(yè)的廣泛推廣。信號處理的研究與應(yīng)用毫無例外地進(jìn)入了電氣技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域。對于調(diào)控員來說，信號處理是隱性重要器臟。只有準(zhǔn)確的信號源以及明確的信號信息才能迅速判斷故障情況，及時(shí)找到故障點(diǎn)并消除故障。目前來講，對于信號處理相對滯后，對信號的研究較初期。隨著新概念、新理論、新技術(shù)和新方法的大量涌現(xiàn)，對信號處理等方面的研究迫在眉睫。本文以濾波器與數(shù)字濾波器為代表，發(fā)表見解。

1信號及信號處理

首先來探討信號。信號在日常生活中并不陌生，然而卻很少有人能真正透徹地用語言表達(dá)出來。信號就是信息的表現(xiàn)形式，信號就是消息的載體，信息則是信號的具體內(nèi)容。信號常常借助于某種便于處理、交換和傳輸?shù)奈锢砹孔鳛檫\(yùn)載手段，從信號中剔除干擾，保留信號中有用的信息。目前，在各種信號中，電信號是最便于傳輸、控制與處理的。在實(shí)際應(yīng)用中，許多非電信號都是通過專用的傳感器轉(zhuǎn)換為電信號的。而信號在傳輸過程中往往有混雜的噪聲和干擾，為了消除信號中的混雜的噪聲和干擾，將信號變換成容易分析和識(shí)別的形式，這就是信號的處理。能夠準(zhǔn)確地傳輸信號，有效地提高了電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，并準(zhǔn)確判斷故障，為故障分析提供有力證據(jù)。

2信號處理原理和應(yīng)用

通常情況下，依據(jù)信號取值隨時(shí)間變化的忒單來進(jìn)行信號的分類，從這個(gè)角度上來講，信號可以劃分為兩大類，分別是確定性信號和隨機(jī)信號，確定性信號的所有參數(shù)都是確定的，在描述的時(shí)候，可以借助于確定性圖形、曲線以及數(shù)字解析式等。本類信號對于任何時(shí)刻的取值都是確定的。隨機(jī)信號指的是信號具有較強(qiáng)的隨機(jī)性，并且無法利用明確的數(shù)字表達(dá)式來進(jìn)行描述。具體來講，確定性信號又可以劃分為兩個(gè)方面，分別是周期信號和非周期信號，這種劃分依據(jù)是信號的時(shí)間歷程記錄是否有規(guī)律的重復(fù)出現(xiàn)。而周期信號又可以劃分為正弦周期信號和復(fù)雜周期信號，非周期信號可以劃分為準(zhǔn)周期信號以及瞬態(tài)信號。隨機(jī)信號具體描述了隨機(jī)過程，隨機(jī)信號所描述的都是不可重復(fù)以及不可預(yù)測的物理過程。因此，無法利用確定性函數(shù)來描述隨機(jī)信號，從表面看起來，沒有規(guī)律存在于信號波形中，但是卻有一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律性存在于這種信號波形中。隨機(jī)信號的基本特征就是統(tǒng)計(jì)特征，在描述的時(shí)候，通常利用概率分布函數(shù)以及概率密度函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。之后全面的觀察，才可以對隨機(jī)信號進(jìn)行了解，因?yàn)殡S機(jī)信號具有不可重復(fù)性，那么得出的觀察結(jié)果也存在著較大的差異。那么就需要集合所有可能的隨機(jī)過程觀察結(jié)果。

當(dāng)然，要有準(zhǔn)確的信號源就要求對信號的處理、特性等進(jìn)行深刻探討。作為生產(chǎn)一線，現(xiàn)場設(shè)備是我們最熟悉的伙伴，每一個(gè)伙伴的健康都至關(guān)重要。而需要健康就需要了解，需要關(guān)注。下面就談?wù)勎覀儽容^熟悉的濾波器。濾波技術(shù)就是信號處理的一種，它是對輸入信號進(jìn)行某種運(yùn)算、處理并變換為人們所需要的輸出信號，具有選擇性且具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。比如說接入一個(gè)RC無源低通濾波器，由于其頻率響應(yīng)特性，濾波器自動(dòng)將高頻過濾掉，輸出低頻率。但是要使信號不失真，就必須具備兩個(gè)條件：一個(gè)是要求在信號全部頻帶上系統(tǒng)的幅頻特性為一個(gè)常數(shù)；另外一個(gè)是要求相頻特性為一條通過原點(diǎn)的直線。實(shí)際上系統(tǒng)的頻率特性一般都無法滿足條件。只能要求在信號占有的有效頻帶范圍內(nèi)，系統(tǒng)的幅頻與相頻特性基本滿足要求。所有的理想濾波器都是物理上不可實(shí)現(xiàn)的。這也是我們將來努力的方向，利用我們的科學(xué)智慧去尋求更準(zhǔn)確的信號。

相對于濾波器，在實(shí)際應(yīng)用中數(shù)字濾波器具有高精度、高穩(wěn)定性、可采用超大規(guī)模集成電路、體積小、重量輕、實(shí)現(xiàn)靈活且不要求阻抗匹配等優(yōu)勢，其是采用運(yùn)算的方法達(dá)到濾波的目的。即可以采用軟件方式，通過編寫算法軟件，利用通用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)濾波，也可以按算法選用硬件組成專用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)濾波。它比濾波器更具優(yōu)越性就在于，如果在數(shù)字濾波器系統(tǒng)的前后加上A/D和D/A變換，它的作用就等效于模擬濾波器，也可以用來處理模擬信號。如此迅速實(shí)用的信號處理器在電氣工程中得到了廣泛的應(yīng)用。它的原理與濾波器有同樣的濾波概念。即當(dāng)輸入的模擬信號中包括有用信號和無用信號時(shí)，該輸入信號經(jīng)沖激抽樣后，設(shè)數(shù)字濾波器系統(tǒng)函數(shù)在區(qū)間內(nèi)具有理想低通特性，經(jīng)過數(shù)字濾波器后，由于數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng)特性的選擇性，已經(jīng)濾除了無用信號的頻率成分，只保留有用信號的成分。輸出的抽樣信號經(jīng)理想低通模擬濾波器恢復(fù)為連續(xù)信號輸出。這樣就可以快速實(shí)現(xiàn)濾波功能。而隨著電力系統(tǒng)非線性負(fù)荷的大量增加，它們對電能質(zhì)量的干擾日益嚴(yán)重和復(fù)雜。數(shù)字濾波器對電能質(zhì)量起到調(diào)節(jié)作用，有效提高電能質(zhì)量，以保證電網(wǎng)優(yōu)質(zhì)可靠運(yùn)行。當(dāng)然，數(shù)字濾波器在電機(jī)控制、繼電保護(hù)、變電站自動(dòng)化等方面也都得到廣泛應(yīng)用。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)是一門綜合性很強(qiáng)的學(xué)科，在繼保中最主要的就是故障信息的提取和識(shí)別。而數(shù)字信號處理器已成為故障信息的提取和識(shí)別的基本手段。目前微機(jī)保護(hù)原理基本是工頻量實(shí)現(xiàn)的，并廣泛應(yīng)用于工作中。常用的濾波器是采用電容、電感等構(gòu)成，如剛才舉例的RC低通濾波器或者LC振蕩回路等，對于信號處理的發(fā)展起到非常重要的奠基作用和推動(dòng)作用。

3結(jié)語

本文依據(jù)信號處理的原理，介紹了濾波器原理及數(shù)字濾波器等的原理。并從電力系統(tǒng)內(nèi)部角度討論了不足與進(jìn)取兩方面。突出信號處理的重要性，信號處理技術(shù)已在突飛猛進(jìn)的新時(shí)代里推廣普及，明確信號的提取原理，透過裝置準(zhǔn)確提取信息以了解運(yùn)行情況，及時(shí)處理不安全行為，大大提高了供電的可靠性，捍衛(wèi)堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)！

參考文獻(xiàn)：

[1] 靳希,楊爾濱,趙玲.信號處理原理與應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2004.

[2] 張賢達(dá).現(xiàn)代信號處理[M].北京:清華大學(xué)出版社,2004.

[3] 趙曉坦,蘇鵬聲.離散序列小波變換在微機(jī)繼電保護(hù)中的應(yīng)用[J].繼電器,2002,(10).