電子式互感器中採樣率轉換的低延遲濾波器設計方法
2023-05-01 00:48:21 2
專利名稱：電子式互感器中採樣率轉換的低延遲濾波器設計方法
技術領域：
本發明涉及一種互感器中採樣率轉換的低延遲濾波器設計方法，基於約束最小二乘法設計，屬於FIR濾波器技術領域。
背景技術：
在智能變電站中，微機保護系統過程層採用電子式互感器，間隔層二次保護裝置與過程層的連接通過網絡接口實現，保護裝置從通信接口中接收由不同數字源A/D採樣後的數字量，輸入信號由傳統的單一模擬信號變成了多數字源採樣信號的混合輸入。基於差動保護原理的保護裝置通常需要獲得瞬時差電流值，要求與被保護一次設備相連接的所有支路的電流採樣值的採樣頻率必須一致。當各支路的電子式電流互感器輸出數據的採樣頻率不完全一致時，須將採樣頻率進行歸一化。FIR濾波器主要採用非遞歸結構，在Z平面上不存在極點，因此在繼電保護算法上廣泛採用的是FIR數字濾波算法。但FIR濾波器的選頻特性較差，實現與IIR濾波器同等幅頻響應特性，其階數通常比IIR高數倍，反映在濾波器輸出上，對應著群延遲較大，輸出響應速度較慢，這是FIR濾波器的主要問題所在。
傳統的FRR濾波方法是先將輸入序列按順序濾波，然後將所得結果逆轉後反向通過濾波器，再將所得結果逆轉後輸出，即得到精確零相位失真的輸出序列。該方案在濾波環節進行了兩次濾波，即在時域進行兩次卷積計算，而每一次卷積濾波都會帶來群延遲，兩次濾波其群延遲增加一倍，使得在採用高階FIR濾波器時，輸出嚴重滯後於輸入序列。儘管輸出和輸入在相位上不存任何相位上的失真，但引入了較大的輸出延遲，不利於保護的快速動作。因此，發明一種性能更為優越、應用範圍更為廣泛的互感器採樣率轉換的新算法成為亟需解決的課題。
發明內容
發明目的:針對上述問題，本發明提供了一種互感器中採樣率轉換的低延遲濾波器設計方法，致力於解決數字低通FIR濾波器的群延遲較大的問題，實現快速重採樣。技術方案:為達到上述目的，本發明採取的技術方案為:一種電子式互感器中採樣率轉換的低延遲濾波器設計方法，包括如下步驟:I)採用內插器和抽取器的級聯來實現任意分數倍採樣頻率的轉換，將內插器中的抗鏡像濾波器和抽取器中的抗混疊濾波器合併，建立一個低通濾波器模型；2)採用均方誤差最小化準則來求解該濾波器的係數向量，以濾波器通帶幅值與阻帶幅值為約束條件，以均方誤差最小化為優化目標；3)將通帶幅值約束條件與阻帶幅值約束條件轉化為約束關係函數；4)將基於約束最小二乘法設計的濾波器係數向量求解過程轉化為求解一個正定二次規劃問題，即可直接進行求解得到濾波器係數向量。
步驟2中採用均方誤差最小化準則來求解濾波器係數向量b，其加權誤差函數為:
權利要求
1.一種電子式互感器中採樣率轉換的低延遲濾波器設計方法，其特徵在於:包括如下步驟: 1)採用內插器和抽取器的級聯來實現採樣頻率的轉換，將內插器中的抗鏡像濾波器和抽取器中的抗混疊濾波器合併，建立一個低通濾波器模型； 2)採用均方誤差最小化準則來求解該濾波器的係數向量，以濾波器通帶幅值與阻帶幅值為約束條件，以均方誤差最小化為優化目標； 3)將通帶幅值約束條件與阻帶幅值約束條件轉化為約束關係函數； 4)將基於約束最小二乘法設計的濾波器係數向量求解過程轉化為求解一個正定二次規劃問題，即可直接進行求解得到濾波器係數向量。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:步驟2中採用均方誤差最小化準則來求解濾波器係數向量b，其加權誤差函數為:
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:步驟3中將通帶幅值約束條件轉化為約束關係函數的方法為: O將通帶幅值約束條件I |Η(ω) |-1| ( δρ，
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:步驟3中將阻帶幅值約束條件轉化為約束關係函數的方法為: 1)定義阻帶幅值約束公式IhO)
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:步驟4中將約束最小二乘法設計轉化為解一個正定二次規劃問題後進行求解的方法為:1)將基於約束最小二乘法設計濾波器的目標函數:
全文摘要
本發明公開了一種電子式互感器中採樣率轉換的低延遲濾波器設計方法。該方法首先採用內插器和抽取器的級聯來實現任意分數倍採樣頻率的轉換，將內插器中的抗鏡像濾波器和抽取器中的抗混疊濾波器合併為一個低通濾波器；然後採用均方誤差最小化準則來求解該濾波器的係數向量，以濾波器通帶幅值與阻帶幅值為約束條件，以均方誤差最小化為優化目標；最後將基於約束最小二乘法設計的濾波器係數向量的求解過程轉化為求解一個正定二次規劃問題，即可直接求解得到濾波器係數向量。該方法解決了直接線性卷積濾波過程帶來較大輸出延遲，濾波器階數越高群延遲也越大的問題，極大地提高了保護動作的快速性。
文檔編號G06F17/50GK103246773SQ20131017552
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月13日 優先權日2013年5月13日
發明者陳正才, 鄭建勇, 梅軍, 朱超, 黃瀟貽, 倪玉玲, 崔志偉 申請人:句容華正電氣有限公司, 東南大學