基于优化设计的变抽样率重采样方法

摘要

基于优化设计的变抽样率重采样方法，首先对输入离散信号进行过采样，即通过L倍内插滤波器对输入离散信号进行L倍内插；然后，用零阶保持滤波器将离散信号恢复为连续信号；最后根据转换的要求，对连续信号进行重采样。本发明的有益效果在于，计算精度高、计算量更低、方法完全数字化、离散化，只需要进行乘加运算，是典型的数字信号处理卷积计算，能够充分利用DSP的硬件加速计算能力，能适应各种保护数据重采样的要求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力系统自动化控制方法，尤其是涉及一种基于优化设计的变抽样率重采样方法。

背景技术

在现代的微机保护中，尤其是应用了电子式互感器后，数据同步问题成了许多保护要解决的首要问题。例如：输电线路纵差保护需首先解决数据同步问题；另外对母线保护，采样值差动保护是其主要原理，其特点是利用采样值逐点进行差电流计算，要求所有支路电流的采样数据在时间上严格同步。但应用了电子式电流互感器后，由于各支路电子式互感器的采样频率可能各不相同、电子式互感器的采样频率和母线保护装置设定的内部采样率不一致等原因，造成采样数据的不同步，因此电子式电流互感器应用于母线差动保护的一个主要障碍是采样数据的同步化处理，需要将所有采样数据转换至同一采样频率以进行保护计算。既往的采样率转换的方法主要是多项式插值方法，例如：拉格朗日插值，插值公式为

以上的现有技术可参见下列书籍及文献：

数值分析 孙志忠，袁慰平，闻震初 东南大学出版社 2002.1，115-117。

数字化变电站IED采样数据同步插值的设计 徐广辉，李友军，王文龙，熊慕文等著  电力系统自动化       2009 33（4）， 49-52。

基于线性Lagrange线性插值法的变电站IED采样值接口方法 周斌，鲁国刚，黄国方等著 电力系统自动化 2007 31（3）， 86-90。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于，提出一种理论和设计方法系统完备、特性灵活优良、适用于DSP硬件加速计算的变抽样率重采样方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

为实现对数据的重采样，首先对输入离散信号进行过采样，即通过L倍内插滤波器对输入离散信号进行L倍内插；然后，用零阶保持滤波器将离散信号恢复为连续信号；最后一步是根据转换的要求，对连续信号进行重采样。

过采样方法的前两步是从输入离散信号恢复连续信号，这两步可以通过两个滤波器级联来实现，第一级滤波器是离散域的L倍内插滤波器，第二级是连续域的零阶保持滤波器。方法步骤的频域解释如图1所示。

上述方法的关键在于过采样倍数即L如何选取及如何设计滤波器。

下面给出了L的取值和滤波器的设计的方案：

1）内插倍数L下[2π-π/L, 2π+π/L]频带内零阶保持滤波器和L倍内插滤波器阻带的最差衰减一致，设定总的阻带衰减指标，并根据阻带衰减指标计算内插倍数L的取值。总的阻带衰减指标可以根据具体输入数据用不用的L进行试探，将重采样误差控制在满足工程需要的范围内；

2）L倍内插滤波器的最优化设计以频域最大误差最小化为优化目标；

3）L倍内插滤波器采用多相滤波器形式。

本发明的有益效果在于，该方案计算精度高、计算量更低、方法完全数字化、离散化，只需要进行乘加运算，是典型的数字信号处理卷积计算，能够充分利用DSP的硬件加速计算能力，能适应各种保护数据重采样的要求。

附图说明

图1是本发明的流程框图。

图2是1000kV母线故障电流的优化设计过采样算法重采样计算误差。

图3是CT饱和电流的优化设计过采样算法重采样计算误差。

图4是励磁涌流的优化设计过采样算法重采样计算误差。

具体实施方式

根据以上的设计原则，设计出抗镜像滤波器，下面结合1000kV试验示范工程母线三相短路故障的故障仿真电流、CT强饱、变压器空投励磁涌流等三种高频分量很高的情况对本发明作进一步详细描述。

1) 根据上述L和滤波器的设计原则，对1000kV试验示范工程母线三相短路故障的故障仿真电流、CT强饱、变压器空投励磁涌流三种情况下的输入采样数据进行试探，将总阻带衰减指标取为-60分贝 左右，可将重采样误差控制在0.5%以内。因此将总阻带衰减指标取为-60分贝，并根据L 的取值原则计算出内插倍数L 应为250。

2) 按以上参数设计最终所得的L 倍内插滤波器窗长相当于5 个输入数据的采样点。

3) 对输入采样数据进行L倍内插（即根据内插倍数用0对原始输入数据进行填充）。

4)将内插后的信号通过一零阶保持滤波器（零阶保持器的作用是在信号传递过程中，把第nT时刻的采样信号值一直保持到第(n+1)T时刻的前一瞬时，把第(n+1)T时刻的采样值一直保持到(n+2)T时刻，依次类推，从而把一个脉冲序列变成一个连续的阶梯信号，T为采样间隔）。

5) 对经过零阶保持滤波器后的数据用新的采样间隔T’进行重新采样即可获得重采样后的数据。

图2～图5为利用上述方法对原始数据重新采样后的结果。

图2为1000kV母线故障电流的优化设计过采样方法重采样计算误差，Id最大值为10.785A，峰值最大瞬时误差为0.23%。

图3为CT饱和电流的优化设计过采样方法重采样计算误差，Id最大值为0.0307A，峰值最大瞬时误差为0.24%。

图4为励磁涌流的优化设计过采样方法重采样计算误差，Id最大值为0.011A，峰值最大瞬时误差为0.14%。