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申请/专利权人：国网安徽省电力有限公司营销服务中心

摘要：本发明公开了一种宽频电压信号测量方法及系统，包括：将宽频电压信号转换为数字数据；对采集到的数据进行信号调理和滤波，以去除噪声和杂散信号；对滤波后的信号进行频谱分析，以获得信号在不同频率上的分布情况；检测峰值信号的存在，并提取其频率、幅度特征；基于提取的特征和已知的背景噪声水平，估计宽频电压信号的信噪比；分析估计的信噪比，设定阈值和警报机制，如果信噪比低于设定的阈值，触发相应的警报，以确保及时发现和处理信号异常情况。本发明为宽频电压的测量和监测提供了高效、准确和可靠的解决方案，具备实时性、高精度、自动化和可定制性等优势，适用于多种领域的应用，包括电力系统、通信系统、工业控制等。

主权项：1.一种宽频电压信号测量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：将宽频电压信号转换为数字数据；步骤2：对采集到的数据进行信号调理和滤波，以去除噪声和杂散信号；步骤3：对滤波后的信号进行频谱分析，以获得信号在不同频率上的分布情况；步骤4：检测峰值信号的存在，并提取其频率、幅度特征；步骤5：基于提取的特征和已知的背景噪声水平，估计宽频电压信号的信噪比；步骤6：分析估计的信噪比，设定阈值和警报机制，如果信噪比低于设定的阈值，触发相应的警报，以确保及时发现和处理信号异常情况；步骤2包括：使用巴特沃斯滤波器，确定巴特沃斯滤波器的阶数和截止频率；应用巴特沃斯滤波器到采集到的数据上；将巴特沃斯滤波器转化为数字滤波器的离散形式；应用巴特沃斯滤波器到采集到的数据上包括：巴特沃斯滤波器的传递函数使用有理多项式形式表示，对于一个N阶的巴特沃斯滤波器，其传递函数Hz表示为：Hz=G1+b1z-1+b2z-2+...+bnz-n其中，G是滤波器的增益系数，b1、b2、...、bn是巴特沃斯滤波器的系数，系数的值根据滤波器的截止频率和阶数进行计算，巴特沃斯滤波器的传递函数形式中的1+b1z-1+b2z-2+...+bnz-n是滤波器的分母多项式，z-1表示单位延迟，b1、b2、...、bn是分母多项式的系数；将上述传递函数Hz转化为差分方程：应用Z变换：将传递函数中的z-1替换为Z，将传递函数Hz表示为HZ=G1+b1Z+b2Z2+...+bnZn；将HZ表示为分子和分母多项式形式：HZ=YZXZ，其中YZ是输出信号的Z变换，XZ是输入信号的Z变换；用分子多项式减去分母多项式：1+b1Z+b2Z2+...+bnZn=YZ-HZXZ将YZ和XZ表示为差分方程形式：YZ-HZXZ=y0+y1Z-1+y2Z-2+...+ymZ-m-b0+b1Z-1+b2Z-2+...+bnZ-nx0+x1Z-1+x2Z-2+...+xmZ-m其中，y0、y1、y2、...、ym和x0、x1、x2、...、xm分别表示输出信号和输入信号的当前和过去的采样值；整理差分方程：根据Z的幂次，整理差分方程，将所有项归类并整理为形如y[n]=...的差分方程形式，其中y[n]表示输出信号的当前采样值，n表示当前的离散时间步数；根据差分方程的递推关系，使用递归算法计算输出信号的值：初始化：设置初始条件，包括输入信号x和输出信号y的初始值；递推计算：对于每个采样点n，根据差分方程的递推关系计算输出信号y[n]；差分方程的递推关系形式为：y[n]=b0x[n]+b1x[n-1]+b2x[n-2]+...+bnx[n-η]-a1y[n-1]-a2y[n-2]-...-amy[n-m]根据差分方程，使用当前和过去的输入信号值和输出信号值进行加权和运算，得到当前采样点的输出信号值y[n]；在递推计算中，每次计算的输出信号值y[n]作为下一次计算的输入信号值x[n]的一部分；递推计算按照时间顺序进行，从初始时刻开始，逐个采样点计算输出信号的值，直到所有采样点的输出信号计算完成；循环迭代：对每个采样点重复递推计算，直到所有采样点的输出信号计算完成；步骤3包括：将经过滤波的信号作为输入，确保信号长度为2的幂次方，如果信号长度不是2的幂次方，则进行调整，其包括：确定原始信号的长度L；找到大于L的最小2的幂次方数，记为N，即N=2^ceillog2L，其中ceilx表示对x进行向上取整操作；在原始信号的末尾添加N-L个零值，使信号长度变为N；使用FFT算法对预处理后的信号进行变换，将时域信号转换为频域信号，其包括：确定输入信号的长度：确定预处理后的输入信号的长度为N；将输入信号重新排列：使用位逆序重新排列的方法，将输入信号的采样点按照二进制位逆序排列；进行蝶形运算：使用蝶形运算来实现频域分解和合并的操作，蝶形运算是将输入信号分为两组，每组包含相邻的采样点，然后对每组进行频域运算得到输出，具体步骤如下：对输入信号进行迭代，每次迭代的步长为当前子问题的规模的一半，即进行频域分解；在每个迭代步骤中，将输入信号按照蝶形结构分为两组，每组包含相邻的采样点；对每组进行频域运算，计算出两个频域结果；将两个频域结果合并为一个结果，得到部分的频域输出；重复上述步骤，直到完成所有迭代，得到最终的频域输出；重复计算和合并：通过重复进行蝶形运算，不断将输入信号分解为更小规模的子问题，直到规模为1，即得到频域输出的完整结果；获取频域结果：得到输入信号的频域表示，包括实部和虚部的值，计算频域信号的模值或模值的平方，用于表示信号在不同频率上的分布情况；对得到的频域信号，取其模值或者模值的平方作为频谱结果，其包括：取模值：在FFT计算得到的频域信号中，频域信号的模值表示该频率点的幅度信息，即信号在该频率上的大小，获取频谱结果的步骤如下：对FFT计算得到的频域信号，分别计算每个频率点的模值；模值的计算可以使用欧几里得距离来实现，即对每个频率点的实部和虚部进行平方，然后对两个平方值求和，最后再开平方根；得到每个频率点的模值后，即可得到频谱结果，其中横轴表示频率，纵轴表示幅度；取模值后的频谱结果能够直观地表示信号在不同频率上的振幅大小；取模值的平方：取FFT计算得到的频域信号的模值的平方作为频谱结果，得到能量谱，获取频谱结果的步骤如下：对FFT计算得到的频域信号，分别计算每个频率点的模值；将每个频率点的模值平方，得到对应频率点的能量值；得到每个频率点的能量值后，即得到频谱结果，其中横轴表示频率，纵轴表示能量；取模值的平方后的频谱结果能够反映信号在不同频率上的能量分布情况，用于分析信号的频域特性；根据输出结果，获得频率轴的标定，其包括：确定采样率：确定进行FFT计算的输入信号的采样率；确定FFT结果的长度：FFT计算得到的频域信号的长度为N，输入信号的长度的一半，表示频域信号包含的频率点个数；计算频率分辨率：频率分辨率表示频域信号中每个频率点之间的间隔，根据采样率和FFT结果的长度，计算频率分辨率的公式为：Δf=FsN，Δf，单位为Hz；标定频率轴：根据频率分辨率和FFT结果的长度，标定频率轴上的每个点所对应的频率，频率轴上的第一个点对应的频率为0Hz，频率轴上的后续点的频率可以通过下述公式计算：f=k*Δf其中，f为频率，k为频率点的索引，Δf为频率分辨率；根据上述计算，得到频率轴上每个点对应的频率值，从而进行频率标定。

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