專利名稱：電子式互感器中采樣率轉(zhuǎn)換的低延遲濾波器設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種互感器中采樣率轉(zhuǎn)換的低延遲濾波器設(shè)計方法，基于約束最小二乘法設(shè)計，屬于FIR濾波器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在智能變電站中，微機保護系統(tǒng)過程層采用電子式互感器，間隔層二次保護裝置與過程層的連接通過網(wǎng)絡(luò)接口實現(xiàn)，保護裝置從通信接口中接收由不同數(shù)字源A/D采樣后的數(shù)字量，輸入信號由傳統(tǒng)的單一模擬信號變成了多數(shù)字源采樣信號的混合輸入?；诓顒颖Ｗo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(shè)備相連接的所有支路的電流采樣值的采樣頻率必須一致。當(dāng)各支路的電子式電流互感器輸出數(shù)據(jù)的采樣頻率不完全一致時，須將采樣頻率進行歸一化。FIR濾波器主要采用非遞歸結(jié)構(gòu)，在Z平面上不存在極點，因此在繼電保護算法上廣泛采用的是FIR數(shù)字濾波算法。但FIR濾波器的選頻特性較差，實現(xiàn)與IIR濾波器同等幅頻響應(yīng)特性，其階數(shù)通常比IIR高數(shù)倍，反映在濾波器輸出上，對應(yīng)著群延遲較大，輸出響應(yīng)速度較慢，這是FIR濾波器的主要問題所在。

傳統(tǒng)的FRR濾波方法是先將輸入序列按順序濾波，然后將所得結(jié)果逆轉(zhuǎn)后反向通過濾波器，再將所得結(jié)果逆轉(zhuǎn)后輸出，即得到精確零相位失真的輸出序列。該方案在濾波環(huán)節(jié)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，使得在采用高階FIR濾波器時，輸出嚴重滯后于輸入序列。盡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，不利于保護的快速動作。因此，發(fā)明一種性能更為優(yōu)越、應(yīng)用范圍更為廣泛的互感器采樣率轉(zhuǎn)換的新算法成為亟需解決的課題。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:針對上述問題，本發(fā)明提供了一種互感器中采樣率轉(zhuǎn)換的低延遲濾波器設(shè)計方法，致力于解決數(shù)字低通FIR濾波器的群延遲較大的問題，實現(xiàn)快速重采樣。技術(shù)方案:為達到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:一種電子式互感器中采樣率轉(zhuǎn)換的低延遲濾波器設(shè)計方法，包括如下步驟:I)采用內(nèi)插器和抽取器的級聯(lián)來實現(xiàn)任意分數(shù)倍采樣頻率的轉(zhuǎn)換，將內(nèi)插器中的抗鏡像濾波器和抽取器中的抗混疊濾波器合并，建立一個低通濾波器模型；2)采用均方誤差最小化準則來求解該濾波器的系數(shù)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(yōu)化目標(biāo)；3)將通帶幅值約束條件與阻帶幅值約束條件轉(zhuǎn)化為約束關(guān)系函數(shù)；4)將基于約束最小二乘法設(shè)計的濾波器系數(shù)向量求解過程轉(zhuǎn)化為求解一個正定二次規(guī)劃問題，即可直接進行求解得到濾波器系數(shù)向量。
步驟2中采用均方誤差最小化準則來求解濾波器系數(shù)向量b，其加權(quán)誤差函數(shù)為:
權(quán)利要求
1.一種電子式互感器中采樣率轉(zhuǎn)換的低延遲濾波器設(shè)計方法，其特征在于:包括如下步驟: 1)采用內(nèi)插器和抽取器的級聯(lián)來實現(xiàn)采樣頻率的轉(zhuǎn)換，將內(nèi)插器中的抗鏡像濾波器和抽取器中的抗混疊濾波器合并，建立一個低通濾波器模型； 2)采用均方誤差最小化準則來求解該濾波器的系數(shù)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(yōu)化目標(biāo)； 3)將通帶幅值約束條件與阻帶幅值約束條件轉(zhuǎn)化為約束關(guān)系函數(shù)； 4)將基于約束最小二乘法設(shè)計的濾波器系數(shù)向量求解過程轉(zhuǎn)化為求解一個正定二次規(guī)劃問題，即可直接進行求解得到濾波器系數(shù)向量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟2中采用均方誤差最小化準則來求解濾波器系數(shù)向量b，其加權(quán)誤差函數(shù)為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟3中將通帶幅值約束條件轉(zhuǎn)化為約束關(guān)系函數(shù)的方法為: O將通帶幅值約束條件I |Η(ω) |-1| ( δρ，
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟3中將阻帶幅值約束條件轉(zhuǎn)化為約束關(guān)系函數(shù)的方法為: 1)定義阻帶幅值約束公式IhO)
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟4中將約束最小二乘法設(shè)計轉(zhuǎn)化為解一個正定二次規(guī)劃問題后進行求解的方法為:1)將基于約束最小二乘法設(shè)計濾波器的目標(biāo)函數(shù):
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電子式互感器中采樣率轉(zhuǎn)換的低延遲濾波器設(shè)計方法。該方法首先采用內(nèi)插器和抽取器的級聯(lián)來實現(xiàn)任意分數(shù)倍采樣頻率的轉(zhuǎn)換，將內(nèi)插器中的抗鏡像濾波器和抽取器中的抗混疊濾波器合并為一個低通濾波器；然后采用均方誤差最小化準則來求解該濾波器的系數(shù)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(yōu)化目標(biāo)；最后將基于約束最小二乘法設(shè)計的濾波器系數(shù)向量的求解過程轉(zhuǎn)化為求解一個正定二次規(guī)劃問題，即可直接求解得到濾波器系數(shù)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(shù)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(yōu)先權(quán)日2013年5月13日
發(fā)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(xué)