Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
RU2527491C2 - Method of filtering industrial frequency signals - Google Patents
[go: Go Back, main page]

RU2527491C2 - Method of filtering industrial frequency signals - Google Patents

Method of filtering industrial frequency signals Download PDF

Info

Publication number
RU2527491C2
RU2527491C2 RU2012145336/07A RU2012145336A RU2527491C2 RU 2527491 C2 RU2527491 C2 RU 2527491C2 RU 2012145336/07 A RU2012145336/07 A RU 2012145336/07A RU 2012145336 A RU2012145336 A RU 2012145336A RU 2527491 C2 RU2527491 C2 RU 2527491C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
industrial frequency
filtering
digital
values
quadrature
Prior art date
Application number
RU2012145336/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012145336A (en
Inventor
Александр Леонидович Куликов
Вера Анатольевна Фальшина
Original Assignee
Александр Леонидович Куликов
Вера Анатольевна Фальшина
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Леонидович Куликов, Вера Анатольевна Фальшина filed Critical Александр Леонидович Куликов
Priority to RU2012145336/07A priority Critical patent/RU2527491C2/en
Publication of RU2012145336A publication Critical patent/RU2012145336A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2527491C2 publication Critical patent/RU2527491C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Measuring Frequencies, Analyzing Spectra (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention can be used in electrical engineering. According to the invention, measured current or voltage values are converted to vector values consisting of quadrature component on an observation interval which is equal to or is a multiple of the period of industrial frequency, and conversion of the measured current (voltage) values is carried out with a set of N multipliers, N adders and N delay elements, where N is a given bit capacity of the digital filter, connected to enable realisation of one of real transformations: Hartley, sine and cosine, performed with subsequent conversion of the real transformation result into quadrature components of vector values.
EFFECT: simple method of filtering industrial frequency signals.
2 tbl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в измерительных органах релейной защиты, электрических счетчиках, устройствах телемеханики, противоаварийной автоматики и др., где необходимы оценки комплексных амплитуд токов и напряжений промышленной частоты.The invention relates to electrical engineering and can be used in measuring relay protection bodies, electric meters, telemechanics devices, emergency control devices, etc., where estimates of the complex amplitudes of currents and voltages of industrial frequency are necessary.

Для описания синусоидальных величин в электроэнергетике применяют метод комплексных амплитуд [например, Электротехническая энциклопедия: Т1, под ред. А.Ф. Дьякова - М.: Издательство МЭИ, 2005, стр.34], например, при проведении расчетов коротких замыканий, выборе уставок и характеристик релейной защиты и др. В этом случае задается векторное отображение синусоидально изменяющихся электрических величин токов и напряжений, при котором сигналуTo describe sinusoidal values in the electric power industry, the method of complex amplitudes is used [for example, Electrotechnical Encyclopedia: T1, ed. A.F. Dyakova - M .: MEI Publishing House, 2005, p. 34], for example, when calculating short circuits, selecting settings and characteristics of relay protection, etc. In this case, a vector display of sinusoidally changing electrical quantities of currents and voltages is specified, at which

x(t)=Asin(2πf0t+φ)x (t) = Asin (2πf 0 t + φ)

соответствует векторmatches vector

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

равномерно вращающийся с угловой частотой ω0=2πf0 против часовой стрелки, где f0 - промышленная частота. Для удобства рассмотрения и вычислений вращающийся вектор «останавливают», умножая его на

Figure 00000002
. При этом любому из синусоидальных сигналов Asin(2πf0t+φ) соответствует неизменный во времени векторuniformly rotating with an angular frequency ω 0 = 2πf 0 counterclockwise, where f 0 is the industrial frequency. For convenience of consideration and calculations, the rotating vector is “stopped”, multiplying it by
Figure 00000002
. Moreover, any of the sinusoidal signals Asin (2πf 0 t + φ) corresponds to a time-invariant vector

Figure 00000003
.
Figure 00000003
.

С помощью векторного отображения удобно рассматривать амплитудные и фазовые соотношения (параметры А, φ) между синусоидальными сигналами переменного тока, так как основные операции с этими сигналами (сложение, умножение и др.) достаточно просто описываются такими же операциями с векторами, соответствующими этим сигналам.Using a vector mapping, it is convenient to consider the amplitude and phase relationships (parameters A, φ) between the sinusoidal AC signals, since the basic operations with these signals (addition, multiplication, etc.) are quite simply described by the same operations with the vectors corresponding to these signals.

Метод комплексных амплитуд применим к дискретизированным цифровым сигналам, являющимся цифровыми выборками u(nT), i(nT) аналоговых синусоидальных сигналов переменного тока u(t), i(t)The complex amplitude method is applicable to discretized digital signals, which are digital samples u (nT), i (nT) of analog sinusoidal AC signals u (t), i (t)

u(nT)=Usin(2nf0nT+φu); i(nT)=Isin(2πf0nT+φi).u (nT) = Usin (2nf 0 nT + φ u ); i (nT) = Isin (2πf 0 nT + φ i ).

Таким образом, дискретизированные синусоидальные сигналы промышленной частоты могут быть представлены вращающимися векторами видаThus, the sampled sinusoidal signals of industrial frequency can be represented by rotating vectors of the form

Figure 00000004
;
Figure 00000004
;

Figure 00000005
,
Figure 00000005
,

где Ux(nT) и Uy(nT); Ix(nT) и Iy(nT) - квадратурные составляющие комплексных векторов напряжения и тока [например, Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита - М.: Энергоатомиздат, 2007].where U x (nT) and U y (nT); I x (nT) and I y (nT) are the quadrature components of the complex vectors of voltage and current [for example, Schneerson E.M. Digital relay protection - M .: Energoatomizdat, 2007].

Квадратурные (ортогональные) составляющие сигналов токов и напряжений широко используются в электротехнической практике. Например, способ их получения лежит в основе построения цифровых измерительных органов релейной защиты и базируется на различных методах фильтрации.Quadrature (orthogonal) components of current and voltage signals are widely used in electrical practice. For example, the method of obtaining them underlies the construction of digital measuring relay protection bodies and is based on various filtering methods.

Известны, например, способы фильтрации сигналов промышленной частоты, заключающиеся в получении квадратурных составляющих, на основе мгновенных значений величин и их производных; алгоритмов двух, трех выборок; четвертьпериодной выборки и др. [например, Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита - М.: Энергоатомиздат, 2007. стр.50-52; Куликов А.Л., Мисриханов М.Ш. Введение в методы цифровой релейной защиты высоковольтных ЛЭП: Учеб. пособие. - М.: Энергоатомиздат, 2007, стр.105-121].Known, for example, are methods of filtering industrial frequency signals, which consist in obtaining quadrature components based on instantaneous values of quantities and their derivatives; algorithms of two, three samples; quarter-period sampling, etc. [for example, Schneerson E.M. Digital relay protection - M .: Energoatomizdat, 2007. p. 50-52; Kulikov A.L., Misrikhanov M.Sh. Introduction to the methods of digital relay protection of high voltage power lines: Textbook. allowance. - M .: Energoatomizdat, 2007, p. 105-121].

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ фильтрации сигналов промышленной частоты [Циглер Г. Цифровая дистанционная защита: принципы и применение/ Пер. с англ. под ред. А.Ф.Дьякова - М.: Энергоатомиздат, 2005, стр.305], по которому измеренные значения тока (напряжения) преобразуют в векторные величины, состоящие из квадратурных составляющих, с помощью ортогональных фильтров на основе комплексного преобразования Фурье на интервале наблюдения равным или кратным периоду промышленной частоты. Например, в практике цифровой релейной защиты [Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита - М.: Энергоатомиздат, 2007, стр.56-60] используют полупериодное дискретное преобразование Фурье (ДПФ), ДПФ полного периода и др.The closest technical solution to the proposed invention is a method of filtering industrial frequency signals [Ziegler G. Digital distance protection: principles and application / Transl. from English under the editorship of AF Dyakova - M .: Energoatomizdat, 2005, p. 305], according to which the measured current (voltage) values are converted into vector quantities consisting of quadrature components, using orthogonal filters based on the complex Fourier transform on the observation interval equal to or a multiple of the industrial frequency period. For example, in the practice of digital relay protection [Schneerson E.M. Digital relay protection - M .: Energoatomizdat, 2007, p.56-60] use the half-period discrete Fourier transform (DFT), full-period DFT, etc.

Структура устройства, реализующего известный способ, может быть выполнена по схеме (фиг.1) [Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита - М.: Энергоатомиздат, 2007. стр.59] и состоит из двух фильтров, соответственно использующих синусные и косинусные коэффициенты комплексных экспонент. Таким образом, для получения ортогональных составляющих используются два отдельных фильтра (синусный и косинусный) с действительными коэффициентами. Для сохранения единства обозначений с фиг.2-7, на фиг.1 введена следующая нумерация: элементы задержки 2, сумматоры 3, умножители 5.The structure of the device that implements the known method can be performed according to the scheme (figure 1) [Schneerson E.M. Digital relay protection - M .: Energoatomizdat, 2007. p. 59] and consists of two filters, respectively, using the sine and cosine coefficients of complex exponentials. Thus, to obtain the orthogonal components, two separate filters (sine and cosine) with real coefficients are used. To preserve the unity of designations with figure 2-7, figure 1 introduced the following numbering: delay elements 2, adders 3, multipliers 5.

Однако известен факт двойной избыточности преобразования Фурье, связанный с Эрмитовым свойством этого преобразования [Брейсуэл Р. Преобразование Хартли: Пер. с англ. - М.: Мир, 1990, стр.]. Так, например, ДПФ размерности N имеет N степеней свободы, несмотря на то, что включает 2N вещественных коэффициентов. Указанная избыточность свидетельствует о нерациональности организаций операций обработки с применением преобразования Фурье. Например, для ДПФ более рациональная организация вычислений позволяет сократить практически вдвое число операций фильтрации сигналов промышленной частоты.However, the fact of double redundancy of the Fourier transform associated with the Hermitian property of this transformation is known [Bracewell R. Hartley Transformation: Trans. from English - M.: Mir, 1990, p.]. For example, a DFT of dimension N has N degrees of freedom, despite the fact that it includes 2N real coefficients. The specified redundancy indicates the irrationality of the organization of processing operations using the Fourier transform. For example, for the DFT, a more rational organization of the calculations allows to halve the number of filtering operations of industrial frequency signals.

Поясним примером, включающим применение дискретного преобразования Хартли (ДПХ), а также фильтров «короткого окна» (алгоритмы двух-, трех выборок, четвертьпериодной выборки и др.), позволяющих реализовать рациональные вычисления, сократив при этом практически вдвое число операций обработки и обеспечив в ряде случаев получение результата, аналогичного ДПФ. Отметим, что при этом сохраняются фильтрующие свойства устройства обработки сигналов промышленной частоты.Let’s explain an example involving the use of the discrete Hartley transform (DPC), as well as the “short window” filters (algorithms for two, three samples, quarter-period sampling, etc.), which make it possible to implement rational calculations, while reducing the number of processing operations by almost half and ensuring in some cases, obtaining a result similar to the DFT. Note that the filtering properties of the industrial frequency signal processing device are preserved.

ДПХ последовательности х(i)={х(0), х(1), …, х(N-1)} отсчетов синусоидального сигнала с учетом обозначений, принятых в [Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита - М.: Энергоатомиздат, 2007], определяются соотношением [Брейсуэл Р. Преобразование Хартли: Пер. с англ. - М.: Мир, 1990].DPC of the sequence x (i) = {x (0) , x (1) , ..., x (N-1) } of the samples of the sinusoidal signal, taking into account the notation adopted in [Schneerson E.M. Digital relay protection - M .: Energoatomizdat, 2007], are determined by the ratio [Bracewell R. Hartley Transformation: Trans. from English - M.: Mir, 1990].

Figure 00000006
, n-N+1≤i≤n,
Figure 00000006
, n-N + 1≤i≤n,

где cas(α)=cos(α)+sin(α). Известна связь между ДПФ (F(n)) и ДПХ (X(n)), определяемая формуламиwhere cas (α) = cos (α) + sin (α). The connection between the DFT (F (n) ) and the DPH (X (n) ), defined by the formulas

Figure 00000007
,
Figure 00000007
,

X(n)=Re(F(n))-Im(F(n)),X (n) = Re (F (n) ) -Im (F (n) ),

причем X(-n)(N-n).where X (-n) = X (Nn) .

Для реализации квадратурных фильтров в сочетании с ДПХ воспользуемся свойством:To implement quadrature filters in combination with DPH, we use the property:

cas(α+β)=cos(β)·cas(α)+sin(β)·cas(-α).cas (α + β) = cos (β) · cas (α) + sin (β) · cas (-α).

Выберем, например,

Figure 00000008
, тогдаWe choose, for example,
Figure 00000008
then

Figure 00000009
.
Figure 00000009
.

С учетом фильтрации гармоники промышленной частоты и принятых ранее обозначений ДПХ последовательности, задержанной на N/4-отсчетов, имеет видTaking into account the filtering of the industrial frequency harmonics and the previously accepted designations, the DPC of the sequence delayed by N / 4 samples has the form

Figure 00000010
Figure 00000010

Принимая значения cos(π/2)=0 и sin(π/2)=1, получаемTaking the values cos (π / 2) = 0 and sin (π / 2) = 1, we obtain

Figure 00000011
.
Figure 00000011
.

Таким образом, для формирования квадратурных составляющих по алгоритму четвертьпериодной выборки необходима реализация выраженийThus, for the formation of quadrature components according to the quarter-period sampling algorithm, the implementation of the expressions

Figure 00000012
;
Figure 00000012
;

Figure 00000013
.
Figure 00000013
.

При этом устройство фильтрации имеет вид (фиг.2).When this filtering device has the form (figure 2).

Операции деления на два в схеме (фиг.2) реализуются простым сдвигом разрядов, носят условный характер и не требуют аппаратурно-временных затрат.The operations of dividing into two in the scheme (figure 2) are implemented by a simple shift of the bits, are conditional in nature and do not require hardware and time costs.

Несмотря на простоту схемы (фиг.2) и значительную экономию вычислений, такая фильтрация имеет существенный недостаток - дополнительное увеличение задержки в структуре фильтра на время

Figure 00000014
(где tд - интервал дискретизации сигнала) по сравнению с фильтрацией посредством N-точечного ДПФ (ДПХ). Дополнительная задержка может оказаться неприемлемой при реализации быстродействующих цифровых устройств, например, релейной защиты.Despite the simplicity of the circuit (Fig. 2) and significant computational savings, such filtering has a significant drawback - an additional increase in the delay in the filter structure
Figure 00000014
(where t d is the sampling interval of the signal) compared to filtering by N-point DFT (DPC). The additional delay may not be acceptable when implementing high-speed digital devices, such as relay protection.

В этих условиях целесообразно получение хотя и несколько усложненных, но более быстродействующих технических решений с использованием ДПХ. Реализовать возможности по построению «быстрых» процедур позволяют методы двух- и трех- выборок.Under these conditions, it is advisable to obtain, although somewhat complicated, but more rapid technical solutions using DPH. The methods for constructing “quick” procedures can be realized using two- and three-sample methods.

Двухвыборочный алгоритм использует два последовательных отсчета и существует в двух вариантах. Применительно к решаемой задаче учитываем, чтоThe two-sample algorithm uses two consecutive samples and exists in two versions. In relation to the problem being solved, we take into account that

Figure 00000015
,
Figure 00000015
,

отсюдаfrom here

Figure 00000016
.
Figure 00000016
.

Тогда, например, квадратурный фильтр может быть реализован согласно выражениям:Then, for example, a quadrature filter can be implemented according to the expressions:

Figure 00000017
Figure 00000017

Figure 00000018
Figure 00000018

При этом возможные структуры устройств имеют вид (фиг.3а, 3б). Очевидно, что структуры фиг.3а и фиг.3б отличаются незначительно в быстродействии и аппаратурных затратах. Так, например, для варианта фиг.3а требуется лишь два умножения вместо трех фиг.3б, но это компенсируется дополнительными сложениями.In this case, the possible structure of the devices are of the form (Figs. Obviously, the structures of FIG. 3a and FIG. 3b differ slightly in speed and hardware costs. So, for example, for the variant of FIG. 3a, only two multiplications are required instead of three of FIG. 3b, but this is offset by additional additions.

Отметим важный частный случай двухвыборочного алгоритма, когда задержка в структуре квадратурного фильтра составляет N/S отсчетов сигнала. При этомWe note an important special case of the two-sample algorithm, when the delay in the structure of the quadrature filter is N / S samples of the signal. Wherein

Figure 00000019
.
Figure 00000019
.

Тогда уравнения квадратурного фильтра принимают видThen the quadrature filter equations take the form

Figure 00000020
;
Figure 00000020
;

Figure 00000021
;
Figure 00000021
;

а его структура (фиг.4) существенно упрощается.and its structure (figure 4) is greatly simplified.

Алгоритмы трех выборок используют три последовательных отсчета для получения квадратурных составляющих.Three sample algorithms use three consecutive samples to obtain quadrature components.

Для формирования наиболее эффективного трехвыборочного алгоритма (с меньшим числом вычислительных операций) воспользуемся следующими соотношениямиTo form the most efficient three-sample algorithm (with fewer computational operations), we use the following relations

Figure 00000022
;
Figure 00000023
;
Figure 00000022
;
Figure 00000023
;

тогдаthen

Figure 00000024
.
Figure 00000024
.

Таким образом, результат вычитания Х(n+1)(n-1) можно использовать для получения последовательности Х(-n), необходимой при формировании квадратурных составляющих.Thus, the result of subtracting X (n + 1) -X (n-1) can be used to obtain the sequence X (-n) necessary for the formation of quadrature components.

Наиболее простая структура устройства фильтрации выглядит согласно фиг.5.The simplest structure of the filtering device is as shown in FIG.

Отметим, что вариант построения квадратурного фильтра (фиг.5) для алгоритма трех выборок не является единственным, возможные технические решения могут быть реализованы с учетом [Куликов А.Л., Мисриханов М.Ш. Введение в методы цифровой релейной защиты высоковольтных ЛЭП: Учеб. пособие. - М.: Энергоатомиздат, 2007]. Однако представленная структура (фиг.5) обладает наименьшими вычислительными затратами.Note that the option of constructing a quadrature filter (Fig. 5) for the algorithm of three samples is not the only one; possible technical solutions can be implemented taking into account [Kulikov A.L., Misrikhanov M.Sh. Introduction to the methods of digital relay protection of high voltage power lines: Textbook. allowance. - M .: Energoatomizdat, 2007]. However, the presented structure (figure 5) has the least computational cost.

Рассмотренные упрощенные структуры цифровых фильтров не являются единственными. Аналогичные структуры могут быть синтезированы с применением действительных синусного или косинусного преобразования. Например, для синусного преобразования квадратурные составляющие можно вычислить с использованием равенствThe considered simplified structures of digital filters are not the only ones. Similar structures can be synthesized using real sine or cosine transforms. For example, for the sine transform, quadrature components can be calculated using the equalities

sin(α-β)=sin(α)·cos(β)-sin(β)·cos(α).sin (α-β) = sin (α) cos (β) -sin (β) cos (α).

Figure 00000025
Figure 00000025

и конечным результатомand end result

Figure 00000026
;
Figure 00000026
;

Figure 00000027
.
Figure 00000027
.

Структура цифрового квадратурного фильтра для полученных выражений соответствует фиг.6.The structure of the digital quadrature filter for the obtained expressions corresponds to Fig.6.

Цифровую квадратурную фильтрацию с использованием трех последовательных отсчетов (трехвыборочный алгоритм) и синусного преобразования можно реализовать, например, двумя вариантами.Digital quadrature filtering using three consecutive samples (three-sample algorithm) and sine transform can be implemented, for example, in two ways.

Вариант 1. Воспользуемся равенствомOption 1. We use the equality

Figure 00000028
Figure 00000028

ОтсюдаFrom here

Figure 00000026
;
Figure 00000026
;

Figure 00000029
.
Figure 00000029
.

Вариант 2. Основывается на соотношенияхOption 2. Based on the ratios

Figure 00000030
,
Figure 00000030
,

тогда математическое описание квадратурного фильтраthen the mathematical description of the quadrature filter

Figure 00000026
;
Figure 00000026
;

Figure 00000031
.
Figure 00000031
.

Структурная схема фильтра, например, по варианту 2 представлена на фиг.7.The block diagram of the filter, for example, according to option 2 is presented in Fig.7.

Как указывалось ранее вместо синусного преобразования при упрощенной фильтрации возможно применение косинусного преобразования с синтезом соответствующих квадратурных фильтров.As indicated earlier, instead of a sine transform with simplified filtering, it is possible to use a cosine transform with the synthesis of the corresponding quadrature filters.

Задача изобретения - упрощение способа фильтрации сигналов промышленной частоты.The objective of the invention is to simplify the method of filtering industrial frequency signals.

Поставленная задача достигается способом фильтрации промышленной частоты, по которому измеренные значения тока или напряжения преобразуют в векторные величины, состоящие из квадратурных составляющих, на интервале наблюдения, равном или кратном периоду промышленной частоты. Согласно предлагаемому способу преобразование измеренных значений тока или напряжения осуществляют на основе одного из действительных преобразований: Хартли, синусного преобразования, косинусного преобразования с последующим пересчетом результатов действительного преобразования в квадратурные составляющие векторных величин.The task is achieved by a method of filtering industrial frequency, according to which the measured current or voltage values are converted into vector quantities consisting of quadrature components, on the observation interval equal to or a multiple of the industrial frequency period. According to the proposed method, the conversion of the measured current or voltage values is carried out on the basis of one of the actual transformations: Hartley, sine transform, cosine transform, followed by recalculation of the results of the actual transform into quadrature components of vector quantities.

Техническая реализация предлагаемого способа фильтрации сигналов промышленной частоты может быть осуществлена цифровыми фильтрами, структуры которых представлены на фиг.2-7.Technical implementation of the proposed method for filtering industrial frequency signals can be carried out by digital filters, the structures of which are presented in Fig.2-7.

Цифровые квадратурные фильтры содержат один из блоков 1 действительного преобразования Хартли, синусного или косинусного преобразования, элементы задержки 2, сумматоры 3, делители 4 на два и умножители 5.Digital quadrature filters contain one of the blocks 1 of the actual Hartley transform, sine or cosine transform, delay elements 2, adders 3, dividers 4 by two and multipliers 5.

Цифровые квадратурные фильтры работают следующим образом.Digital quadrature filters work as follows.

Работа устройств фиг.2-7 аналогична. На вход цифровых квадратурных фильтров поступают действительные цифровые отсчеты x(n-N) тока (напряжения). В результате их обработки блоком 1 действительного преобразования получаются соответствующие отсчеты Х(n) преобразования Хартли (для устройств фиг.2-5), отсчеты y(n) синусного преобразования (фиг.6, 7) или отсчеты косинусного преобразования. Для получения окончательного результата в виде квадратурных составляющих комплексного вектора тока (напряжения) производится пересчет по ранее приведенным математическим выражениям результатов действительного преобразования блоком 1. В зависимости от принятого варианта фильтрации выбирается математическое выражение для пересчета с задействованием элементов задержки 2, сумматоров 3, делителей 4 на два, умножителей 5. Выходным результатом цифровой квадратурной фильтрации (фиг.2-7) являются составляющие y(n), y(n) комплексных векторов тока (напряжения).The operation of the devices of Fig.2-7 is similar. The digital digital quadrature filters receive the actual digital samples x (nN) of the current (voltage). As a result of their processing by the actual conversion unit 1, the corresponding Hartley transform samples X (n) are obtained (for the devices of FIGS. 2-5), the sine transform samples y (n) (FIGS. 6, 7), or the cosine transform samples. To obtain the final result in the form of quadrature components of the complex vector of current (voltage), the results of the actual conversion by block 1 are recalculated using the previously given mathematical expressions. Depending on the accepted filtering option, a mathematical expression is selected for recalculation using delay elements 2, adders 3, dividers 4 by two, multipliers 5. The output of digital quadrature filtering (Fig.2-7) are the components y (n), y (n) of the complex current vectors a (voltage).

Для обоснования преимуществ предлагаемого способа фильтрации сигналов промышленной частоты произведем сравнение вычислительных затрат для известного устройства цифровой фильтрации (фиг.1) и новых цифровых фильтров (фиг.2-7). Так, для реализации цифрового фильтра (фиг.1) с заданной размерностью N требуется:To justify the advantages of the proposed method for filtering industrial frequency signals, we will compare the computational costs for the known digital filtering device (Fig. 1) and new digital filters (Fig. 2-7). So, to implement a digital filter (Fig. 1) with a given dimension N, it is required:

- 2(N-1) операций сложения;- 2 (N-1) addition operations;

- 2N операций умножения.- 2N multiplication operations.

Напротив, для цифровых фильтров (фиг.2-7) требуется меньшее число аналогичных операций (табл.1). Следует отметить, что делители 4 на два не требуют аппаратных затрат и дополнительного времени обработки, т.к. операция деления на два достигается простой коммутацией проводов (сдвигом разрядов).On the contrary, for digital filters (Fig.2-7) requires a smaller number of similar operations (table 1). It should be noted that the dividers 4 into two do not require hardware costs and additional processing time, because the operation of dividing into two is achieved by simple switching of wires (shift of discharges).

Таблица 1Table 1 Вычислительные затраты алгоритмов с упрощенной цифровой фильтрациейComputational cost of algorithms with simplified digital filtering Вариант цифрового фильтраDigital Filter Option Число операцийNumber of operations сложенияadditions умноженияmultiplications фиг.2figure 2 N+1N + 1 NN фиг.3аfiga N+1N + 1 N+4N + 4 фиг.3бfigb N+1N + 1 N+3N + 3 фиг.4figure 4 NN N+1N + 1 фиг.5figure 5 N+1N + 1 N+2N + 2 фиг.6Fig.6 NN N+2N + 2 фиг.7Fig.7 N+1N + 1 N+2N + 2

Результаты расчета выигрыша в числе операций в зависимости от размерности N за счет применения предлагаемого способа цифровой фильтрации сигналов промышленной частоты приведены в таблице 2.The results of calculating the gain in the number of operations depending on the dimension N due to the application of the proposed method for digital filtering of industrial frequency signals are shown in table 2.

Таблица 2table 2 Выигрыш в вычислительных затратах алгоритмов цифровой фильтрации в сравнении с существующим алгоритмом ДПФThe gain in computational cost of digital filtering algorithms compared to the existing DFT algorithm Вариант цифрового фильтраDigital Filter Option Выигрыш в числе операцийWin in number of operations сложенияadditions умноженияmultiplications N=8N = 8 N=16N = 16 N=32N = 32 N=8N = 8 N=16N = 16 N=32N = 32 фиг.2figure 2 55 1313 2929th 88 1616 3232 фиг.3аfiga 55 1313 2929th 4four 1212 2828 фиг.3бfigb 55 1313 2929th 55 1313 2929th фиг.4figure 4 66 14fourteen 30thirty 77 15fifteen 3131 фиг.5figure 5 55 1313 2929th 66 14fourteen 30thirty фиг.66 66 14fourteen 30thirty 66 14fourteen 30thirty фиг.7Fig.7 55 1313 2929th 66 14fourteen 30thirty

Анализ табл.2 показывает, что с ростом размерности N выигрыш в числе операций для предлагаемого способа фильтрации сигналов промышленной частоты возрастает.An analysis of Table 2 shows that with increasing dimension N, the gain in the number of operations for the proposed method for filtering industrial frequency signals increases.

Таким образом, предлагаемый способ является эффективным средством фильтрации сигналов промышленной частоты. Он может быть распространен на сигналы других частот и найдет также широкое применение в задачах цифровой обработки сигналов связи, радиотехники, управления и др.Thus, the proposed method is an effective means of filtering industrial frequency signals. It can be extended to signals of other frequencies and will also find wide application in the problems of digital processing of communication signals, radio engineering, control, etc.

Claims (1)

Способ фильтрации сигналов промышленной частоты, по которому измеренные значения тока или напряжения преобразуют в векторные величины, состоящие из квадратурных составляющих, на интервале наблюдения, равном или кратном периоду промышленной частоты, отличающийся тем, что преобразование измеренных значений тока (напряжения) осуществляют совокупностью N умножителей, N сумматоров и N элементов задержки, где N - заданная размерность цифрового фильтра, соединенных с возможностью реализации одного из действительных преобразований: Хартли, синусного преобразования, косинусного преобразования, выполняемых, с последующим переводом результата действительного преобразования в квадратурные составляющие векторных величин. A method for filtering industrial frequency signals, according to which the measured current or voltage values are converted into vector quantities consisting of quadrature components, on an observation interval equal to or a multiple of the industrial frequency period, characterized in that the conversion of the measured current (voltage) values is carried out by a set of N multipliers, N adders and N delay elements, where N is the given dimension of the digital filter, connected with the possibility of implementing one of the real transformations: Hartley, usnogo transform, cosine transform performed, followed by transfer of the actual conversion result in quadrature components of vector quantities.
RU2012145336/07A 2012-10-24 2012-10-24 Method of filtering industrial frequency signals RU2527491C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012145336/07A RU2527491C2 (en) 2012-10-24 2012-10-24 Method of filtering industrial frequency signals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012145336/07A RU2527491C2 (en) 2012-10-24 2012-10-24 Method of filtering industrial frequency signals

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012145336A RU2012145336A (en) 2014-04-27
RU2527491C2 true RU2527491C2 (en) 2014-09-10

Family

ID=50515372

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012145336/07A RU2527491C2 (en) 2012-10-24 2012-10-24 Method of filtering industrial frequency signals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2527491C2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117890715A (en) * 2024-03-14 2024-04-16 大连海事大学 Filter electrical performance test system based on big data information analysis

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1777104A1 (en) * 1990-10-09 1992-11-23 Nii Peredache Elektroenergii P Method of ground fault detection on high-voltage dc power transmission line incorporating high harmonic voltage component filters
EP1168558B1 (en) * 2000-06-28 2007-04-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Digital distance relay
RU2447454C1 (en) * 2010-11-01 2012-04-10 Александр Леонидович Куликов Distance protection method for power transmission line

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1777104A1 (en) * 1990-10-09 1992-11-23 Nii Peredache Elektroenergii P Method of ground fault detection on high-voltage dc power transmission line incorporating high harmonic voltage component filters
EP1168558B1 (en) * 2000-06-28 2007-04-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Digital distance relay
RU2447454C1 (en) * 2010-11-01 2012-04-10 Александр Леонидович Куликов Distance protection method for power transmission line

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Циглер Г. Цифровая дистанционная защита: принципы и применение, Москва, Энергоатомиздат, 2005. с.305. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012145336A (en) 2014-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sarma et al. Electrostatic field of a system of parallel cylindrical conductors
Chauhan et al. A novel distribution-level phasor estimation algorithm using empirical wavelet transform
Ghijselen et al. Exact voltage unbalance assessment without phase measurements
Yang et al. A novel algorithm for accurate frequency measurement using transformed consecutive points of DFT
Reza et al. A robust technique for single-phase grid voltage fundamental and harmonic parameter estimation
Andrejević-Stošović et al. Characterization of nonlinear loads in power distribution grid
EP3477313A1 (en) Power analysis method and device
RU2527491C2 (en) Method of filtering industrial frequency signals
Yusuff et al. Stationary wavelet transform and single differentiator based decaying DC-offset filtering in post fault measurements
Ghanavati et al. A sub-cycle approach to dynamic phasors with application to dynamic power quality metrics
Nguyen et al. A fast and accurate method for estimating power systems phasors using DFT with interpolation
Zhang et al. Frequency shifting and filtering algorithm for power system harmonic estimation
CN105842536A (en) Improved ZoomFFT and ApFFT algorithm integrated method for analyzing dense harmonics and inter-harmonics
Mindykowski et al. Development of DSP-based instrumentation for power quality monitoring on ships
CN104931781A (en) Method and device for measuring electric quantity phase angle of three-phase four-line circuit
Ferrero et al. Employment of interpolated DFT-based PMU algorithms in three-phase systems
Naredo et al. Frequency domain aspects of electromagnetic transient analysis of power systems
Barcellona et al. Space-vector analysis of harmonic distortion in three-phase PWM
Dybko et al. Harmonic analysis of the output voltage of parallel multilevel converters with clamping diodes under different methods of PWM
Xin et al. Fault location of transmission lines by wavelet packet decomposition based on SSSC and EMD
Repak et al. Design of power quality analyzer
CN104483563A (en) Method and system for synchronous sampling of power signals
CN108120873A (en) A kind of New Sinusoidal signal frequency measuring method
Jeltsema et al. Active and reactive energy balance equations in active and reactive time
Mindykowski et al. DSP–based instrument for power quality monitoring on ships

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20141025