《数字滤波》PPT课件

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1、第二章微型计算机继电保护的数字信号基础2.2数字滤波器一、数字滤波器基本概念滤波器的作用高速继电保护装置都工作在故障发生后的最初瞬变过程中，这时的电压和电流信号由于混有衰减直流分量和复杂的谐波成分而发生严重的畸变。目前大多数保护装置的原理是建立在反映正弦基波或某些整倍数谐波基础上，所以滤波器一直是继电保护装置的关键器件。目前所使用的微机继电保护几乎都采用了数字滤波器。滤波器模拟滤波器数字式滤波器第二章微型计算机继电保护的数字信号基础数字滤波器2.2数字滤波器数字滤波器是将输入模拟信号x(t)经过采样和模数转换变成数字量后，进行某种数学运算（所谓数字滤波器通常是指一种程序或算法（也可以用硬

2、件实现））去掉信号中的无用成分，然后再经过数模转换得到模拟量输出y(t)。（1）滤波精度高，具有高度的灵活性通过改变滤波算法或某些参数，可以非常灵活地调整滤波特性，易于适应不同应用场合的要求。（2）稳定性和可靠性高模拟器件受环境影响较大，而数字系统受影响要小得多。数字滤波器的优点：（3）便于分时复用采用模拟滤波器时，每一个输入通道都需要一个滤波器，而数字滤波器通过分时复用，一套数字滤波器就可以完成所有通道的滤波任务，保证了各通道的滤波特性完全一致。按频率特性分类带阻滤波器高通滤波器低通滤波器带通滤波器第二章微型计算机继电保护的数字信号基础按脉冲响应时间的不同分类2.2数字滤波器按运算结构

3、不同分类无限长冲击响应滤波器（IIR）有限长脉冲响应滤波器（FIR）IIR滤波器的脉冲响应h(n)包括无限个采样值，h(n)在区间内有无限个不等于零的采样值。FIR滤波器的脉冲响应h(n)，在区间内有有限个采样点，n1和n2是两个有限值。非递归型递归型数字滤波器的运算过程可用下述常系数线性差分方程来描述通过选择滤波器系数ai和bj，可以滤除输入信号序列x(n)中的某些无用频率成分。第二章微型计算机继电保护的数字信号基础2.2数字滤波器当bi全为零时，上式称为非递归滤波器，非递归滤波器，即当前的输出y(n)只与过去和当前的输入值x(n-i)有关，而与过去的输出值y(n-j)无关。只含有前馈

4、通道而无反馈通道如果系数bj不全为0，即当前的输出不仅与过去和当前的输入有关，还与过去的输出有关，这就是递归型滤波器。含有反馈通道第二章微型计算机继电保护的数字信号基础二、简单滤波器及级联滤波器2.2数字滤波器最简单的数字滤波器是利用加、减法运算构成的线性滤波器。这种滤波器是假定输入信号由稳态基波、稳态整次谐波和稳态直流所组成，不考虑暂态过程和其它高频成分。所以这种滤波比较粗糙，但运算量较小。一般用于速度较低的保护中。如过负荷保护、过电流保护和一些后备保护。减法滤波器（差分滤波器）差分方程为y(n)=x(n)-x(n-k)z变换Y(z)=X(z)(1–z-k)转移函数将代入得到它的幅频特

5、性为通常令fs=Nf1，N=1，2，…，即每基频周期内有N点采样。第二章微型计算机继电保护的数字信号基础2.2数字滤波器如果想消除m次谐波，确定参数k（滤波器的阶次）值，则应当使时p=1，2，…….第二章微型计算机继电保护的数字信号基础2.2数字滤波器例1已知采样频率fs=600Hz，基波频率f1=50Hz。则（1）要消除偶次谐波，取m=2p（p=0，1，2，….），代入上式得k=6，可消去直流成分及2、4、6……等偶次谐波。滤波器的差分方程为y(n)=x(n)–x(n-6)（2）要消除三次谐波及其整数倍的谐波，则可取m=3p，得k=4。滤波器的差分方程为：y(n)=x(n)–x(x-4

6、)。（3）要消除直流、工频及其所有整数倍的谐波分量，可取m=p，k=12。在电力系统稳态时，该滤波器没有输出；在系统发生故障后的一个基波周期内，它只输出故障分量，所以可以用来使实现启动元件，选相元件及其它利用故障分量原理构成的保护。取前6Ts时刻的采样值第二章微型计算机继电保护的数字信号基础减法滤波器程序入取当前采样值滤波结果存入RAM区返回减法程序流程2.2数字滤波器第二章微型计算机继电保护的数字信号基础2.2数字滤波器2．加法滤波器差分方程为y(n)=x(n)+x(n-k)z变换为H(z)=1+z-k幅频特性为要消除m次谐波，将代入，应使，可得p=0，1，2，……如果已知k，可得滤除

7、的谐波次数第二章微型计算机继电保护的数字信号基础例2已知采样频率fs=600Hz，基波频率f1=50Hz，则N=fs/f1=12，得2.2数字滤波器要消除1、3、5……等奇次谐波，可令m=2p+1，得k=6，这种滤波器也不输出基波分量。要消除3、9、15……等次谐波，可令m=3(2p+1)，得k=2。y(n)=x(n)+x(n-6)y(n)=x(n)+x(n-2)第二章微型计算机继电保护的数字信号基础2.2数字滤波器3．积分滤波器差