[發明專利]基于窄帶濾波的變數據窗基波相量求取方法

有效

• 申請號: 201210094533.1
• 申請日: 2012-04-01
• 公開（公告）號: CN102623957A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 劉益青;王林先;魏欣;董金海
• 申請（專利權）人: 積成電子股份有限公司
• 主分類號: H02H7/00
• 分類號: H02H7/00
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 苗峻

技術領域

本發明屬于電力系統數字化繼電保護領域，具體涉及一種基于窄帶濾波的變數據窗基波相量求取方法。?

背景技術

在使用微處理器實現的數字化繼電保護設備中，通過模擬數字轉換模塊，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，數字化保護設備通過以太網接口接收電子式互感器發送的采樣值序列。在滿足奈奎斯特采樣定理的前提下，數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設值進行比較，以判斷電網是處于正常運行狀態還是故障狀態，最終實現繼電保護功能。?

目前數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）數字濾波器理論為基礎。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相量的實部和虛部。依據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，因此在數字化保護中獲得了廣泛應用。但是，該算法的數據窗較長，需要至少一個基波周期（20ms）的數據窗，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。即使采用縮短數據窗的改進算法—半周傅里葉算法，也需要至少半個基波周期（10ms）的數據窗。較長的數據窗降低了保護動作速度，將影響電網暫態穩定性，而且此類算法數據窗長度固定，只能采用半周期或整周期數據窗。?

FIR濾波器雖然實現簡單，但是性能不如同階的IIR（無限沖擊響應）濾波器，因此為獲得相近濾波效果，FIR濾波器所需的數據窗更長。狹窄帶通數字濾波器（簡稱窄帶濾波器）屬于IIR濾波器，利用Z平面零、極點配置法可設計出穩定的滿足給定幅頻響應的窄帶濾波器。窄帶濾波器的輸出不僅與當前采樣值輸入有關，還與歷史輸出有關，零初始狀態下濾波器輸出的暫態時延較長且不固定，因此如何確定窄帶濾波器的初值，使濾波器的暫態時延盡量縮短將是影響窄帶濾波器在數字化保護中應用的關鍵問題。?

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種基于窄帶濾波的變數據窗基波相量求取方法，可有效縮短數據窗長度，提高短窗濾波精度，加快繼電保護動作速度。?

本發明采用窄帶濾波器對采樣值序列進行帶通濾波，通帶內僅保留基波分量，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據窗長的算法獲取相量特征量。?

本發明采用的具體技術方案如下：?

一種基于窄帶濾波的變數據窗基波相量求取方法，該方法包括以下步驟：

（1）、利用互感器對被保護設備的電流或電壓進行采樣，獲得連續采樣序列?，其中設N為采樣信號每基波周期T內的采樣點數，采樣間隔?，每隔獲得一個新的采樣點數據；

（2）、依據采樣序列的值，進行故障啟動判斷；若系統正常運行，則持續按步驟（1）進行采樣，若判定系統發生故障，則故障采樣計數器啟動，在計數器未滿時，按步驟（1）繼續采樣，當計數器滿后，進入步驟（3）；

（3）、利用1/4周期的短數據窗相量估計算法求得相量的實部??????????????????????????????????????????????????和虛部???，由實部???和虛部???近似得出輸入電流或輸入電壓基頻分量的表達式：

???（1）；

（4）、在公式（1）中，令和，得到窄帶濾波器的輸出初值為和，其中窄帶濾波器的差分方程如下：

????????????????（2），

其中以基波頻率為通帶中心頻率，設通帶中心角頻率為，采樣間隔為，???，???，R為極點半徑，將原始采樣點序列和初值、代入公式（2）所示的差分方程，得到經過窄帶濾波器的采樣值輸出序列；

（5）、將序列作為輸入序列，再次使用1/4周期的短數據窗相量估計算法得到相量的實部???和虛部???，從而得到相量的精確有效值和相位，進行保護邏輯判斷;

（6）隨著采樣點數的增加，重復進行步驟（4）和步驟（5），其中步驟（4）中輸出初值已由前步濾波器輸出得出，無需再提供近似值，步驟（5）使用的相量估計算法按如下方法選擇：當故障采樣計數器已滿而未滿時使用1/2周期數據窗，當計數器已滿而未滿時使用3/4周期數據窗，當計數器大于時使用整周期數據窗。