光电互感器中多数字源采样率转换的快速滤波方法
【专利摘要】本发明公开了一种光电互感器中多数字源采样率转换的快速滤波方法，通过将内插和抽取进行级联的方式实现任意分数倍采样频率的转换，以巴特沃斯模拟滤波器为基础，根据不同数字源采样频率计算出模拟滤波器截止频率，以实现抗混叠和抗镜像效果；然后根据滤波器通带最大平坦和过渡带最窄的原则，并采样双线性变换，得到z域低通滤波器方程参数；最后采用FRR方法进行滤波和反相设计，最终得到最大平坦和零相位失真的输出信号序列。本发明提供的方法，在光电互感器差动保护中，可实现较低阶数的快速滤波，以得到最大的输出平坦和零相位；简单实用，有利于保护的快速动作，能够减少频率混叠造成的误差，实现了采样频率的归一化。
【专利说明】光电互感器中多数字源采样率转换的快速滤波方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光电互感器中多数字源采样率转换的快速滤波方法，基于零相位和最大平坦算法对信号进行处理，属于无限冲激响应(IIR)滤波器技术。
【背景技术】
[0002]光电互感器(OCT)是电子式电流互感器(ElectronicCurrent Transformer,ECT)的一种。近年来，电子式电流互感器的研究已经取得了巨大的进展，同时随着数字化变电站的推广，光电互感器的应用更是进入到了实用化阶段。ECT/0CT往往会集成在气体绝缘组合开关(GIS)内部或安装在断路器和变压器套管上，由各自的一次设备制造商供货，因此，当OCT由不同的一次设备供应商供货时，可能会出现各个OCT的采样数据输出频率不一致的情况。而基于采样值差动保护原理的保护装置通常需要获得瞬时差电流值，要求与被保护一次设备相连的所有支路电流采样值的采样频率必须一致，因此当不同数字源的采样频率不一致时，必须通过重采样将采样频率转换成一致，即实现采样频率的归一化，以确保保护装置的正确判别故障区域和动作。
[0003]传统的低通滤波器采用有限冲激响应(FIR)滤波器。FIR滤波器获得零响应需要附加的延时，延时为(N-l)/2个采样间隔，其中N为滤波器长度，采样间隔时间为l/(Ufm)(U为插值量fm为转换前采样频率)。滤波器长度取得越长，越接近理想幅频特性，从而输出精度越高，但同时输出延时也越长，从而大大延长了保护的动作时间，不利于保护的快速动作。在选取滤波器长度时，应在满足保护精度要求的前提下尽可能减小滤波长度，从而降低对保护动作速度的影响。
[0004]FIR滤波器的常用设计方法有窗函数法，频率采样法及等纹波逼近法。窗函数法、频率采样法设计简单，容易应用，但它们对设计指标只能进行有限控制；基于切比雪夫原理的等纹波设计方法可对理想滤波器做最佳逼近，因而可获得较好的通带和阻带特性；但是切比雪夫通带的纹波特性，影响了输出的幅值特性。
[0005]现代的多数字源采样处理过程中，通常采用三次样条插值对信号进行高频转低频处理；由于三次样条插值中混合的较高频率数据,造成频谱混乱,产生了较大的差动电流，引起了装置的误动。
【发明内容】
[0006]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种光电互感器中多数字源采样率转换的快速滤波方法，是一种零相位最大平坦滤波方法，该方法基于巴特沃斯模拟滤波方法，在最大平坦性上采用FRR (forward filter-reverse filter-reverseoutput)方法，以得到精确零相位失真的输出序列，提高保护装置快速准确动作。
[0007]技术方案:为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0008]光电互感器中多数字源采样率转换的快速滤波方法，通过将内插和抽取进行级联的方式实现任意分数倍采样频率的转换，将内插中的抗镜像滤波器和抽取中的抗混叠滤波器合并为一个低通滤波器；然后根据滤波器通带最大平坦和过渡带最窄的原则，求解得到低通滤波器方程系数向量；最后采用FRR方法进行滤波和反相设计，最终得到最大平坦和零相位失真的输出信号序列。具体设计时，以巴特沃斯滤波器为原型，采用双线性变换法，设计出最大平坦无限脉冲响应数字滤波特性；然后根据FRR方法，先将输出序列按顺序滤波，然后将所得结果逆转后反向通过滤波器，再将所得结果逆转后输出，以得到精确的零相位失真的输出序列；该方法具体包括如下步骤:
[0009](I)插值采样比U/D计算:根据归一化原理，对两个数字源光电互感器的信号采样值进行频率归一化，根据两数字源采样频率比值，得到插值U和采样D ；
[0010](2)截止频率设计:通过将内插和抽取进行级联的方式实现任意分数倍采样频率的转换，将内插中的抗镜像滤波和抽取中的抗混叠滤波合并在一个IIR数字低通滤波器内；根据计算得到的插值U和采样D，设计IIR数字低通滤波器的截止频率，所述截止频率同时满足抗镜像滤波和抗混叠滤波的频率要求；
[0011](3)幅频响应通带的最大平坦性设计:根据低通滤波器通带最大平坦和过渡带最窄的原则，先设计一个等效模拟滤波器，然后根据双线性变换将所述等效模拟滤波器映射为IIR数字低通滤波器，设计参数包括截止频率和放大倍数；具体方法为:
[0012]设计的等效模拟滤波器为一个兼具抗镜像滤波和抗混叠滤波的η阶巴特沃斯(Butterworth)低通滤波器,所述η阶巴特沃斯低通滤波器的传递函数H(S)为:
[0013]
【权利要求】
1.光电互感器中多数字源采样率转换的快速滤波方法，其特征在于:包括如下步骤: (1)插值采样比υ/D计算:根据归一化原理，对两个数字源光电互感器的信号采样值进行频率归一化，根据两数字源采样频率比值，得到插值U和采样D ； (2)截止频率设计:通过将内插和抽取进行级联的方式实现任意分数倍采样频率的转换，将内插中的抗镜像滤波和抽取中的抗混叠滤波合并在一个IIR数字低通滤波器内；根据计算得到的插值U和采样D，设计IIR数字低通滤波器的截止频率，所述截止频率同时满足抗镜像滤波和抗混叠滤波的频率要求； (3)幅频响应通带的最大平坦性设计:根据低通滤波器通带最大平坦和过渡带最窄的原则，先设计一个等效模拟滤波器，然后根据双线性变换将所述等效模拟滤波器映射为IIR数字低通滤波器，设计参数包括截止频率和放大倍数；具体方法为: 设计的等效模拟滤波器为一个兼具抗镜像滤波和抗混叠滤波的η阶巴特沃斯低通滤波器，所述η阶巴特沃斯低通滤波器的传递函数H(S)为:
【文档编号】H03H17/04GK103607180SQ201310616102
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2013年11月27日
【发明者】梅军, 马天, 钱超, 郑建勇, 倪玉玲, 朱超, 朱丹 申请人:东南大学