用于电力系统微机继电保护的滤波器

用于电力系统微机继电保护的滤波器

余文章国富

（国网江西省电力公司南昌供电分公司江西南昌330006）

摘要：数字滤波器是电力系统继电保护数字信号处理中最重要的组成部分之一。在继电保护技术领域中，广泛使用滤波器对信号进行处理，本文对数字滤波器的功能实现来进行分析研究。

关健词：数字滤波器、电力系统、继电保护

一、数字滤波技术的发展概况

数字滤波是数字信号处理理论的一部分。数字信号处理主要是研究用数字或符号的序列来表示信号波形，并用数字的方式去处理这些序列，把它们改变成在某种意义上更为有希望的形式，以便估计信号的特征参量，或削弱信号中的多余分量和增强信号中的有用分量。具体来说，凡是用数字方式对信号进行滤波、变换、调制、解调、均衡、增强、压缩、估值、识别、产生等加工处理，都可纳入数字信号处理领域。

数字信号处理学科的一项重大进展是关于数字滤波器设计方法的研究。关于数字滤波器，早在40年代末期，就有人讨论过它的可能性问题，在50年代也有人在研究生班讨论过数字滤波的问题.但直到60年代中期，才开始形成关于数字滤波器的一整套完整的正规理论，但由于当时计算机主机的价格很昂贵，严重阻碍了专用数字滤波器的发展。70年代科学技术蓬勃发展，数字信号处理开始与大规模和超大规模集成电路技术，微处理器技术、高速数字算术单元、双极型高密度半导体存储器、电荷转移器件等新技术、新工艺结合了起来，并且引进了计算机辅助设计方法，它使数字滤波器的设计仅仅是对相应模拟滤波器的通近。一般说来，通过对模拟滤波器函数的变换来设计数字滤波器，很难达到通近任意频率响应或冲激响应，而采用计算机辅助设计则有可能实现频域或时域的最佳通近，或频城时域联合最佳逼近。这样，数字滤波器的分析与设计其内容也更加丰富起来：各种新的数字信号处理系统，也都能用专用数字硬件实时加以实现。

二、数字滤波器及其MATLAB实现

由于数字滤波器的概念比较抽象，加上其数值计算又比较繁琐，所以借助好的计算机软件来进行辅助设计，是数字滤波器研究领域的一个发展趋势。这样的软件有很多种，其中最具代表性的就是MATLAB。MATLAB是英文MatrixLaboratory（矩阵实验室）的缩写。它是由美MathWorks公司推出的用于数值计算和图形处理的数学计算环境。在MATLAB环境下，用户可以集成地进行程序设计、数值计算、图形绘制、输入输出、文件管理等各项操作。MATLAB语言及其工具箱将一个优秀软件包的易用性与可靠性，通用性和专业性，以及一般目的的应用和高深的专业应用近乎完美地集成在一起.并凭借其功能强大，技术先进和应用之深广，使其逐渐成为国际性的计算标准，为世界各地超过20万名科学家和工程师所采用。利用MATLAB软件，可以使数字滤波器的功能实现变得事半功倍。

数字滤波器是数字信号处理中最重要的组成部分之一。在许多科学技术领城中，广泛使用滤波器对信号进行处理。滤波器是一种选频装置。它对某一个或几个频率范围（频带）内的电信号给以很小的衰减，使这部分信号能够顺利通过；对其它频带内的电信号则给以很大的衰减，从而尽可能地阻止这部分信号的通过。通过滤波器时不经受衰减或经受很小的衰减的频带称为通带，经受的衰减超过某一规定值的频带称为阻带，位于通带和阻带之间的频带称为过渡带，于是根据通带的不同，滤波器可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等。此外，根据它所处理的信号类型，滤波器又可分为模拟滤波器和数字滤波器，模拟滤波器用来处理连续信号，而数字滤波器用来处理离散信号，后者是在前者的基础上发展起来的。数字滤波器与模拟滤波器比较，其主要优点是：精度和稳定性高；系统函数容易改变，因而灵活性高：不存在阻抗匹配问题；便于大规模集成：可以实现多维滤波。

三、数字滤波器在电力系统微机继电保护技术应用中的前景

恩格斯曾经指出：“科学的发生和发展一开始就是由生产决定的”。数字信号处理理论与技术的发展，主要是由于电子计算机与大规模集成电路的大量生产和广泛应用，替代了原来的模拟信号处理中的线性滤波与颇谱分析所应用的模拟计算机和分立元件L.C.R线性网络，高度发挥了计算技术与数字技术相结合的特色和优越性。特别是微处理器和微型计算机技术日新月异的发展，将更有利于电子仪器与电子技术应用系统朝着数字化、小型化、自动化以及多功能化等方.向发展，促使它们成为富有智能性的电子系统现在，包括数字滤波在内的数字信号处理技术正以惊人的速度向纵深和高级的方向发展，据估计这种趋势还要持续一个较长的时期，未来的发展可能会比过去的进程更为激动人心，必将引起某些领域的飞跃性转折。因此，目前在电力系统微机继电保护的信号处理中，己经运用了数字滤波技术，而且随着大规模集成技术和数字计算技术的发展，它在电力系统微机继电保护工程技术的应用会越来越广泛。

结论

数字化是微机继电保护技术发展的方向，由于数字滤波器的概念比较抽象，所以借助好的计算机软件（MATLAB）来进行辅助设计，是数字滤波器研究领域的一个发展趋势。数字滤波器在电力系统微机保护领域的信号处理中，有着广泛的应用前景。

参考文献：

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[2]胡广书.数字信号处理.清华大学出版社，1997.

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