電力系統(tǒng)頻率測(cè)量及其在數(shù)字語(yǔ)音真?zhèn)舞b別中的應(yīng)用.pdf

1、頻率反映發(fā)電和負(fù)荷之間的動(dòng)態(tài)平衡，是電力系統(tǒng)最基本的參數(shù)之一，準(zhǔn)確快速的頻率測(cè)量對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行、監(jiān)測(cè)和控制具有重要的意義。頻率波動(dòng)不僅表征系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為而且包含豐富的時(shí)間信息，其變化具有均一性和獨(dú)特性。利用這一特點(diǎn)，電網(wǎng)頻率準(zhǔn)則(Electric Network Frequency Criterion，ENF)將電網(wǎng)頻率引入數(shù)字語(yǔ)音證據(jù)的真實(shí)性與完整性檢測(cè)。本文研究電力系統(tǒng)頻率測(cè)量方法，在北美電網(wǎng)頻率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)FNET的基礎(chǔ)上，將電力系統(tǒng)

2、頻率測(cè)量數(shù)據(jù)用于數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)的真?zhèn)舞b別。
　　 在介紹FNET框架的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)用于第二代頻率擾動(dòng)記錄單元(FrequencyDisturbance Recorder，F(xiàn)DR)的遞歸式離散傅立葉變換(Discrete Fourier Transform。DFT)算法，F(xiàn)DR算法引入信號(hào)再采樣策略，根據(jù)頻率估計(jì)的初值逐點(diǎn)校正數(shù)據(jù)窗內(nèi)的電壓采樣點(diǎn)，確保在每個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)目保持不變，使得實(shí)際采樣滿足同步采樣條件，達(dá)到提高頻率和電壓

3、相量估計(jì)精度的目的。仿真結(jié)果表明FDR算法抑制噪聲和諧波干擾的能力強(qiáng)、具有良好的穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)頻率跟蹤能力；降低相角估計(jì)誤差中的正弦誤差項(xiàng)是進(jìn)一步提高FDR算法精度的有效途徑，提高電壓信號(hào)的采樣率、增加相角的多項(xiàng)式擬合階數(shù)和FDR硬件裝置中A/D轉(zhuǎn)換器的字長(zhǎng)并不從根本上改善FDR算法精度。
　　 提出一種改進(jìn)的電網(wǎng)頻率估計(jì)算法，引入采樣點(diǎn)間隔參數(shù)k，采用四個(gè)間距為k的采樣點(diǎn)建立電壓采樣點(diǎn)與頻率之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，根據(jù)最小二乘原理得出

4、頻率估計(jì)的表達(dá)式，分別考慮白噪聲和諧波的影響，推導(dǎo)出頻率估計(jì)的近似顯性表達(dá)式。采樣點(diǎn)間隔參數(shù)影響頻率估計(jì)精度，當(dāng)信號(hào)的圓周頻率與采樣點(diǎn)間隔參數(shù)的乘積取π/3時(shí)，算法具有最佳的白噪聲和三次諧波抑制能力。仿真得出的最佳采樣點(diǎn)間隔和理論值一致；算法的精度在穩(wěn)態(tài)接近FDR算法，但動(dòng)態(tài)跟蹤能力優(yōu)于FDR算法。該方法不借助數(shù)學(xué)優(yōu)化算法或迭代過(guò)程即可估計(jì)電網(wǎng)頻率，所需的采樣點(diǎn)數(shù)目少、運(yùn)算速度快、響應(yīng)時(shí)間短，適合短時(shí)間窗條件下的頻率估計(jì)。
　　

5、 將電網(wǎng)頻率測(cè)量數(shù)據(jù)用于數(shù)字語(yǔ)音真?zhèn)舞b別，提出一套完整的數(shù)字語(yǔ)音真?zhèn)舞b別流程。采用穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)方法辨識(shí)FDR原始數(shù)據(jù)中的尖峰值，引入B樣條基函數(shù)，通過(guò)B樣條基函數(shù)的線性組合重構(gòu)FDR原始數(shù)據(jù)，達(dá)到消除缺失數(shù)據(jù)段和尖峰值的目的，構(gòu)建用于真?zhèn)舞b別的大型標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)頻率數(shù)據(jù)庫(kù)；提出一種振蕩器誤差校正算法，引入數(shù)值偏差和時(shí)間間隔偏差兩個(gè)參數(shù)，采用遞推方式校正ENF估計(jì)值序列和電網(wǎng)頻率子序列，解決現(xiàn)有的ENF序列無(wú)法與電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)頻率直接比較的問(wèn)題；改進(jìn)短時(shí)

6、傅立葉變換，采用兩階段ENF估計(jì)方法，從窗函數(shù)、補(bǔ)零操作、噪聲干擾、頻率偏移量四個(gè)方面，給出檢驗(yàn)ENF估計(jì)子的準(zhǔn)確度和精確度的流程。算例表明，文中的ENF估計(jì)子不需要窗函數(shù)和補(bǔ)零操作且近似于無(wú)偏估計(jì)，在減少運(yùn)算量的同時(shí)能獲得滿意的頻率估計(jì)效果。通過(guò)電網(wǎng)頻率數(shù)據(jù)庫(kù)匹配確定數(shù)字語(yǔ)音記錄的制作時(shí)間并實(shí)例驗(yàn)證該真?zhèn)舞b別流程的正確性。
　　 引入相位估計(jì)鑒別數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)的真?zhèn)巍？紤]DFT結(jié)果中負(fù)頻率分量的影響，得出一種正弦信號(hào)相位的高精度