專利名稱：基于窄帶濾波的變數(shù)據(jù)窗基波相量求取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)數(shù)字化繼電保護領(lǐng)域，具體涉及一種基于窄帶濾波的變數(shù)據(jù)窗基波相量求取方法。
背景技術(shù)：
在使用微處理器實現(xiàn)的數(shù)字化繼電保護設(shè)備中，通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊，對電流和電壓模擬量進行采樣，獲得采樣值序列。在智能變電站中，數(shù)字化保護設(shè)備通過以太網(wǎng)接口接收電子式互感器發(fā)送的采樣值序列。在滿足奈奎斯特采樣定理的前提下，數(shù)字化保護可以通過軟件算法由采樣值序列得到被采樣模擬量對應(yīng)基波相量的有效值和相位(或者實部和虛部)。通過將電流、電壓以及阻抗等特征量與預(yù)設(shè)值進行比較，以判斷電網(wǎng)是處于正常運行狀態(tài)還是故障狀態(tài)，最終實現(xiàn)繼電保護功能。目前數(shù)字化保護中普遍采用的基波相量求取方法均以FIR(有限沖擊響應(yīng))數(shù)字濾波器理論為基礎(chǔ)。在額定頻率下使用相互正交的兩個FIR濾波器，兩個FIR濾波器的輸出分別對應(yīng)相量的實部和虛部。依據(jù)該理論的典型算法為全周傅里葉算法，全周傅里葉算法原理簡單，計算精度高，濾波效果好，可以濾除全部整次諧波，因此在數(shù)字化保護中獲得了廣泛應(yīng)用。但是，該算法的數(shù)據(jù)窗較長，需要至少一個基波周期(20ms)的數(shù)據(jù)窗，如果需要增加差分濾波以削弱衰減直流分量影響，還需要增加1-2個采樣間隔的延時。即使采用縮短數(shù)據(jù)窗的改進算法一半周傅里葉算法，也需要至少半個基波周期(IOms)的數(shù)據(jù)窗。較長的數(shù)據(jù)窗降低了保護動作速度，將影響電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性，而且此類算法數(shù)據(jù)窗長度固定，只能采用半周期或整周期數(shù)據(jù)窗。FIR濾波器雖然實現(xiàn)簡單，但是性能不如同階的IIR (無限沖擊響應(yīng))濾波器，因此為獲得相近濾波效果，F(xiàn)IR濾波器所需的數(shù)據(jù)窗更長。狹窄帶通數(shù)字濾波器(簡稱窄帶濾波器)屬于IIR濾波器，利用Z平面零、極點配置法可設(shè)計出穩(wěn)定的滿足給定幅頻響應(yīng)的窄帶濾波器。窄帶濾波器的輸出不僅與當(dāng)前采樣值輸入有關(guān)，還與歷史輸出有關(guān)，零初始狀態(tài)下濾波器輸出的暫態(tài)時延較長且不固定，因此如何確定窄帶濾波器的初值，使濾波器的暫態(tài)時延盡量縮短將是影響窄帶濾波器在數(shù)字化保護中應(yīng)用的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于窄帶濾波的變數(shù)據(jù)窗基波相量求取方法，可有效縮短數(shù)據(jù)窗長度，提高短窗濾波精度，加快繼電保護動作速度。本發(fā)明采用窄帶濾波器對采樣值序列進行帶通濾波，通帶內(nèi)僅保留基波分量，并先由短窗算法確定濾波器初值，然后再對窄帶濾波器的輸出序列采用變數(shù)據(jù)窗長的算法獲取相量特征量。本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下
一種基于窄帶濾波的變數(shù)據(jù)窗基波相量求取方法，該方法包括以下步驟
(I)、利用互感器對被保護設(shè)備的電流或電壓進行采樣，獲得連續(xù)采樣序列功O，其中設(shè)N為采樣信號每基波周期T內(nèi)的采樣點數(shù)，采樣間隔Δ = Γ/ΛΓ，每隔M獲得一個新的采樣點數(shù)據(jù)；
(2)、依據(jù)采樣序列功I)的值，進行故障啟動判斷；若系統(tǒng)正常運行，則持續(xù)按步驟(I)進行采樣，若判定系統(tǒng)發(fā)生故障，則故障采樣計數(shù)器啟動，在計數(shù)器未滿#/4時，按步驟(I)繼續(xù)采樣，當(dāng)計數(shù)器滿ΛΤ/4后，進入步驟(3)；
(3)、利用1/4周期的短數(shù)據(jù)窗相量估計算法求得相量的實部
權(quán)利要求
1.一種基于窄帶濾波的變數(shù)據(jù)窗基波相量求取方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 (1)、利用互感器對被保護設(shè)備的電流或電壓進行采樣，獲得連續(xù)采樣序列功*)，其中設(shè)N為采樣信號每基波周期T內(nèi)的采樣點數(shù)，采樣間隔Ai=r/iV，每隔Ai獲得一個新的采樣點數(shù)據(jù)； (2)、依據(jù)采樣序列.玲0的值，進行故障啟動判斷；若系統(tǒng)正常運行，則持續(xù)按步驟(I)進行采樣，若判定系統(tǒng)發(fā)生故障，則故障采樣計數(shù)器啟動，在計數(shù)器未滿辦4時，按步驟(I)繼續(xù)采樣，當(dāng)計數(shù)器滿后，進入步驟(3)； (:)>)、利用1/4周期的短數(shù)據(jù)窗相量估計算法求得相量的實部
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于窄帶濾波的變數(shù)據(jù)窗基波相量求取方法，其特征在于所述的變數(shù)據(jù)窗相量估計算法以最小二乘法為基礎(chǔ)設(shè)計，對應(yīng)數(shù)據(jù)窗為1/4周期、1/2周期、3/4周期和整周期下的相量估計算法公式分別為
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于窄帶濾波的變數(shù)據(jù)窗基波相量求取方法，其特征在于 小. '乘沾的系數(shù)趴卩彳:的Ul :公式為
4.根據(jù)權(quán)利要求ι所述的基于窄帶濾波的變數(shù)據(jù)窗基波相量求取方法，其特征在于所述的窄帶濾波器利用z平面零、極點配置法設(shè)計。
全文摘要
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)數(shù)字化繼電保護領(lǐng)域，具體涉及一種基于窄帶濾波的變數(shù)據(jù)窗基波相量求取方法。該方法采用窄帶濾波器對采樣值序列進行帶通濾波，并先由短窗算法確定濾波器初值，然后再對窄帶濾波器的輸出序列采用變數(shù)據(jù)窗長的算法獲取相量特征量。本發(fā)明提出的基波相量求取方法可實現(xiàn)最短1/4基波周期(5ms)的延時，并且可實現(xiàn)變數(shù)據(jù)窗長的相量估計，不必等待半周期或者整周期數(shù)據(jù)窗，實現(xiàn)了在較短數(shù)據(jù)窗下的較高濾波精度，可以在系統(tǒng)故障發(fā)生較短時間內(nèi)獲得基波相量的特征量，提高了數(shù)字化繼電保護的動作速度。
文檔編號H02H7/00GK102623957SQ20121009453
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月1日
發(fā)明者劉益青, 王林先, 董金海, 魏欣 申請人:積成電子股份有限公司