工频通信信号检测方法

1配电网信道模型

配电网恶劣的通信环境严重影响着传输电力信号。传输工频信号在通信过程中会受多种因素的干扰，这些因素主要为阻抗变化、多径干扰和不确定噪声等，整体效果就导致了信号在传输过程中的可靠性变得很差［7］。电力线信道干扰噪声大致分为背景噪声、窄带噪声、与工频同步脉冲噪声、与工频异步脉冲噪声和随机脉冲噪声。有声背景噪声可认为高斯白噪声经自回归滤波器后输出的噪声。突发性脉冲噪声主要由电器开与关、设备启动及一些晶闸管通断产生的噪声干扰。

2数学形态学与DANF联合算法

目前，去除信号中谐波干扰的方法是用单级自适应陷波器，但该方法缺点是只针对工频中单频干扰成分进行去除。实际配电网工频信号传输过程中受到多频成分和噪声的干扰。针对该问题，本文采用数学形态学和双级自适应陷波器算法检测工频信号中的有用信号，并去除影响传输信号的干扰成分。

2．1数学形态学

数学形态学是运用形态学处理信号的非线性滤波技术，其原理是通过对含多干扰电力信号做多值形态变换处理（膨胀运算、腐蚀运算、开运算、闭运算等），通过不断地移动结构元素提取传输信号中的有用信息［4，8］。仿真结果表明：用数学形态学处理电力工频信号后，得到信号失真程度更小，下面为多值形态变换运算。下面是采用数学形态法和小波两种方法分别对含噪信号做去噪处理。仿真用的小波去噪算法采用的是dB小波、五层分解及硬阈值处理得到的去噪信号。通过对比发现：数学形态学去噪结果在信号失真上比小波去噪效果更好，如图6所示。

2．2自适应陷波器

自适应陷波是根据最小均方误差算法（LMS）原理完成自适应陷波过程的。它主要依据参考输出信号和原始信号的均方误差的大小进而调整滤波器的权系数。实际中采用最小均方误差算法进行自适应陷波，LMS误差算法是以误差信号每一次迭代的瞬时平方值代替均方值，并在迭代过程中用梯度估值代替梯度，通过调整权系数，使输出的误差均值达到最小［5，9－12］。本文算法流程如图7所示，仿真步骤如下：步骤1：初始化含双频干扰及多噪声干扰的电力工频信号。步骤2：用数学形态学（MM）对含多干扰因素电力工频信号去干扰。步骤3：对消噪后信号经第一级自适应陷波器去除干扰频率。步骤4：再经第二级自适应陷波器去除其他的干扰频率。步骤5：输出最终信号。

3仿真结果及分析

为了更好模拟实际电网的情况，在传输电力工频信号中加入双频干扰、高斯白噪声、脉冲噪声和有色背景噪声等干扰因素，如图8所示。用数学形态学把消除噪声后的电力工频信号输入进双级自适应陷波器，可得到仿真对比图，如图9所示。由图9可得出：传输信号用数学形态法与双级自适应陷波器相结合算法输出得到的结果，相比于单级自适应陷波器输出结果，优点是它能更好的保留传输信号的有效信息。表1对两种算法的输出电压误差平均值和输出信噪比等数值进行了比较。

4结论

本文提出一种MM与DANF联合算法检测配电网工频通信信号。用数学形态学对含多干扰电力工频信号先做去噪声处理，再通过双级自适应陷波器把工频信号中的谐波分量去除。相比较单级自适应陷波器，本文采用的联合算法在输出电压误差均值上降低了1．57V，输出信噪比提高了10．5dB。

作者：陈晓娟 崔莹 赵伟男单 位：东北电力大学大庆电业局