[发明专利]一种基于滤波和采样计算谐波幅值的采样频率确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及信号处理领域，特别是涉及一种基于滤波和采样计算谐波幅值的采样频率确定方法。

背景技术

信号处理，是对信号进行提取、变换、分析、综合等处理过程的统称。目前应用最广泛的信号处理是对电信号进行处理，其它许多非电信号也是先转化为电信号然后进行信号处理的。而最常用的信号处理方式是数字信号处理，即通过采样，将模拟信号转换为数字信号，然后进行处理。将连续的模拟信号经过采样和A/D转换变成离散的数字信号是进行信号处理的基础。

由香农(Shannon)采样定理可知，对于一个限带模拟信号x(t)，采样频率ω_s必须大于2倍的限带信号最高频率ω_M，即ω_s>2ω_M时，限带模拟信号x(t)才可由其采样信号系列x(i)唯一地表示。因此只要被采样信号不是限带信号，或者采样频率不满足ω_s>2ω_M时，都将出现频谱混叠现象，无法由采样信号系列x(i)准确地表示被采样的模拟信号。为了将原始输入信号x′(t)变成限带信号x(t)，在采样之前都需要加上一个模拟的低通滤波器将原始输入信号x′(t)变成限带信号x(t)，这个模拟的低通滤波器也叫抗混叠滤波器。为了能够由采样信号系列x(i)唯一地表示被采样的模拟限带信号x(t)，采样频率ω_s还必须满足ω_s>2ω_M。我们知道，采样频率越高，装置的负载率就越大。要降低采样频率，就要在满足有用信号频率分量全部通过的基础上降低抗混叠滤波器的截止频率。抗混叠滤波器的截止频率越低，滤波器的设计就越复杂，信号经过滤波器的延迟时间就越大。可见降低装置的负载率与降低滤波器设计的复杂度、缩短信号延迟时间之间是矛盾的。

需要分析的电信号中通常包含直流分量、基波分量和二次及二次以上的谐波分量，不同的分量携带着不同的信息，通过对该电信号进行处理，提取出不同的分量，即可获得相应的信息。在实际应用中，我们有时只提取电信号中某一个分量或者某几个分量作为工作信号来进行工作的。这就为解决上述降低装置负载率与降低滤波器设计复杂度、缩短信号延迟时间之间的矛盾提供了可能。例如，在高压线路距离保护装置中，是利用电信号的基波分量作为保护动作判据的；在高压线路零序电流保护装置中，也是利用电信号的基波分量作为保护动作判据的；在变压器的差动保护中，除了需要电信号的基波分量作为保护动作的判据外，还需要电信号中的二次谐波分量作为闭锁条件；在发电机定子绕组接地保护中，需要使用电信号的基波分量来保护从发电机端到发电机绕组中性点之间绝大部分范围的绕组接地故障，还需要电信号中的三次谐波分量来作为中性点附近的绕组接地死区保护；在小电流接地系统中，当母线或者出线发生一点接地时，为了进行选线操作，除了需要电信号中的基波零序分量外，还需要电信号中的三次谐波分量和五次谐波分量作为辅助判据进行选线。

因此，如何将上述技术问题加以解决，即为本领域技术人员的研究方向所在。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于滤波和采样计算谐波幅值的采样频率确定方法，通过对实际的应用系统分析发现，在很多情况下，工作信号是由输入信号的部分分量组成的，并且工作信号的最高频率远远小于输入信号的最高频率。在对工作信号进行深入分析的基础上，本发明提出了一种基于滤波和采样计算谐波幅值的采样频率确定方法。利用本发明的技术方案，能简化低通滤波器的设计，缩短信号的延迟时间，降低装置的负载率。

为了达到上述目的，本发明提供一种基于滤波和采样计算谐波幅值的采样频率确定方法，被采样的电信号包括直流分量、基波分量和二次及二次以上的谐波分量，该方法包括如下步骤：

步骤101：确定A/D输入信号中所求谐波最高频率ω_m；

步骤102：根据所求谐波最高频率ω_m和频率裕度ω_Δ得到用于设计滤波器的理论准截止频率ω_d，ω_d=ω_m+ω_Δ；

步骤103：根据理论准截止频率ω_d确定滤波器实际准截止频率ω′_d，ω′_d≥ω_d；

步骤104：确定采样频率ω_s，ω_s=ω′_d+ω_m；