信号处理原理与应用探讨

赖鑫兰

摘要：文章主要学习探讨信号的概念、特性，通过阐述模拟滤波器和数字滤波器的原理和分析方法，讲述信号处理及其在电气工程中的应用，通过对信号的了解接着讲述滤波器及信号的实际应用，提升对信号的共知性，深入浅出，渗透信号在电力系统尤其是在调控中心的实际应用，相互渗透，共同发展。

关键词：信号原理；迅速发展；相互渗透；滤波器；数字滤波器；应用

中图分类号：TP391 文献标识码：A文章编号：1006-8937（2014）17-0074-01.

科技的迅速发展，带动了通信、网络、信息等技术在各个行业的广泛推广。信号处理的研究与应用毫无例外地进入了电气技术的各个领域。对于调控员来说，信号处理是隐性重要器脏。只有准确的信号源以及明确的信号信息才能迅速判断故障情况，及时找到故障点并消除故障。目前来讲，对于信号处理相对滞后，对信号的研究较初期。随着新概念、新理论、新技术和新方法的大量涌现，对信号处理等方面的研究迫在眉睫。本文以滤波器与数字滤波器为代表，发表见解。

1信号及信号处理

首先来探讨信号。信号在日常生活中并不陌生，然而却很少有人能真正透彻地用语言表达出来。信号就是信息的表现形式，信号就是消息的载体，信息则是信号的具体内容。信号常常借助于某种便于处理、交换和传输的物理量作为运载手段，从信号中剔除干扰，保留信号中有用的信息。目前，在各种信号中，电信号是最便于传输、控制与处理的。在实际应用中，许多非电信号都是通过专用的传感器转换为电信号的。而信号在传输过程中往往有混杂的噪声和干扰，为了消除信号中的混杂的噪声和干扰，将信号变换成容易分析和识别的形式，这就是信号的处理。能够准确地传输信号，有效地提高了电网安全稳定运行，并准确判断故障，为故障分析提供有力证据。

2信号处理原理和应用

通常情况下，依据信号取值随时间变化的忒单来进行信号的分类，从这个角度上来讲，信号可以划分为两大类，分别是确定性信号和随机信号，确定性信号的所有参数都是确定的，在描述的时候，可以借助于确定性图形、曲线以及数字解析式等。本类信号对于任何时刻的取值都是确定的。随机信号指的是信号具有较强的随机性，并且无法利用明确的数字表达式来进行描述。具体来讲，确定性信号又可以划分为两个方面，分别是周期信号和非周期信号，這种划分依据是信号的时间历程记录是否有规律的重复出现。而周期信号又可以划分为正弦周期信号和复杂周期信号，非周期信号可以划分为准周期信号以及瞬态信号。随机信号具体描述了随机过程，随机信号所描述的都是不可重复以及不可预测的物理过程。因此，无法利用确定性函数来描述随机信号，从表面看起来，没有规律存在于信号波形中，但是却有一定的统计规律性存在于这种信号波形中。随机信号的基本特征就是统计特征，在描述的时候，通常利用概率分布函数以及概率密度函数来实现。之后全面的观察，才可以对随机信号进行了解，因为随机信号具有不可重复性，那么得出的观察结果也存在着较大的差异。那么就需要集合所有可能的随机过程观察结果。

当然，要有准确的信号源就要求对信号的处理、特性等进行深刻探讨。作为生产一线，现场设备是我们最熟悉的伙伴，每一个伙伴的健康都至关重要。而需要健康就需要了解，需要关注。下面就谈谈我们比较熟悉的滤波器。滤波技术就是信号处理的一种，它是对输入信号进行某种运算、处理并变换为人们所需要的输出信号，具有选择性且具有十分重要的应用价值。比如说接入一个RC无源低通滤波器，由于其频率响应特性，滤波器自动将高频过滤掉，输出低频率。但是要使信号不失真，就必须具备两个条件：一个是要求在信号全部频带上系统的幅频特性为一个常数；另外一个是要求相频特性为一条通过原点的直线。实际上系统的频率特性一般都无法满足条件。只能要求在信号占有的有效频带范围内，系统的幅频与相频特性基本满足要求。所有的理想滤波器都是物理上不可实现的。这也是我们将来努力的方向，利用我们的科学智慧去寻求更准确的信号。

相对于滤波器，在实际应用中数字滤波器具有高精度、高稳定性、可采用超大规模集成电路、体积小、重量轻、实现灵活且不要求阻抗匹配等优势，其是采用运算的方法达到滤波的目的。即可以采用软件方式，通过编写算法软件，利用通用计算机实现滤波，也可以按算法选用硬件组成专用计算机实现滤波。它比滤波器更具优越性就在于，如果在数字滤波器系统的前后加上A/D和D/A变换，它的作用就等效于模拟滤波器，也可以用来处理模拟信号。如此迅速实用的信号处理器在电气工程中得到了广泛的应用。它的原理与滤波器有同样的滤波概念。即当输入的模拟信号中包括有用信号和无用信号时，该输入信号经冲激抽样后，设数字滤波器系统函数在区间内具有理想低通特性，经过数字滤波器后，由于数字滤波器的频率响应特性的选择性，已经滤除了无用信号的频率成分，只保留有用信号的成分。输出的抽样信号经理想低通模拟滤波器恢复为连续信号输出。这样就可以快速实现滤波功能。而随着电力系统非线性负荷的大量增加，它们对电能质量的干扰日益严重和复杂。数字滤波器对电能质量起到调节作用，有效提高电能质量，以保证电网优质可靠运行。当然，数字滤波器在电机控制、继电保护、变电站自动化等方面也都得到广泛应用。电力系统继电保护是一门综合性很强的学科，在继保中最主要的就是故障信息的提取和识别。而数字信号处理器已成为故障信息的提取和识别的基本手段。目前微机保护原理基本是工频量实现的，并广泛应用于工作中。常用的滤波器是采用电容、电感等构成，如刚才举例的RC低通滤波器或者LC振荡回路等，对于信号处理的发展起到非常重要的奠基作用和推动作用。

3结语

本文依据信号处理的原理，介绍了滤波器原理及数字滤波器等的原理。并从电力系统内部角度讨论了不足与进取两方面。突出信号处理的重要性，信号处理技术已在突飞猛进的新时代里推广普及，明确信号的提取原理，透过装置准确提取信息以了解运行情况，及时处理不安全行为，大大提高了供电的可靠性，捍卫坚强电网！

参考文献：

[1] 靳希,杨尔滨,赵玲.信号处理原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2004.

[2] 张贤达.现代信号处理[M].北京:清华大学出版社,2004.

[3] 赵晓坦,苏鹏声.离散序列小波变换在微机继电保护中的应用[J].继电器,2002,(10).