微机保护数字滤波器的设计与分析 - 图文

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摘 要 ............................................................................................................................. I Abstract ....................................................................................................................... II 第1章 绪论 .................................................................................................................. 1 1.1 微机保护的概念和发展历程 ...................................... 1 1.2 微机保护在国内的发展状况 ...................................... 1 1.3 本课题的来源 .................................................. 2 1.4 本文主要内容 .................................................. 2 1.5 本章小结 ...................................................... 2 第2章 微机保护概述与数字滤波器介绍 .................................................................. 3 2.1 微机保护概述 .................................................. 3 2.2 微机保护的原理 ................................................ 3 2.2.1 微机保护的组成 ............................................. 3 2.2.2 微机保护的特点 ............................................. 4 2.3数字滤波器的基本概念 ........................................... 5 2.3.1数字滤波器的频率特性 ........................................ 5 2.3.2 数字滤波器在微机保护中的作用 ............................... 6 2.3.3递归型与非递归型数字滤波器 .................................. 6 2.3.4数字滤波器的稳定性 .......................................... 8 2.4 减法滤波器 .................................................... 9 2.5 加法滤波器 ................................................... 10 2.6 积分滤波器 ................................................... 10 2.7 本章小结 ..................................................... 11 第3章 MATLAB介绍 ................................................................................................... 12 3.1 MATLAB的概念和发展 ........................................... 12 3.2 MATLAB优势特点 ............................................... 12 3.3 GUI介绍 ...................................................... 16 3.3.1 GUI功能 ................................................... 17 3.3.2组成GUI界面 ............................................... 17 3.3.3 GUI里控件的使用 ........................................... 18 3.4 本章小结 ..................................................... 22 第4章 基于MATLAB的滤波器辅助设计 .................................................................. 23 4.1 减法滤波器的辅助设计 ......................................... 23

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目 录 4.2 加法滤波器的辅助设计 ......................................... 25 4.3 积分滤波器的辅助设计 ......................................... 26 4.4 一种改进的减法滤波器设计 ..................................... 28 4.5 本章小结 ..................................................... 30 第5章 实例验证 ........................................................................................................ 31 5.1 减法滤波器的实例验证 ......................................... 31 5.2 加法滤波器的实例验证 ......................................... 32 5.3 积分滤波器的实例验证 ......................................... 33 5.4 本章小结 ..................................................... 34 第6章 基于傅里叶变换的数字滤波器设计 ............................................................ 36 6.1 简介 ......................................................... 36 6.2 离散傅里叶变换分析 ........................................... 36 6.3 数字滤波器系统设计 ........................................... 37 6.4 滤波效果仿真及分析 ........................................... 38 6.5 傅氏算法滤波的改进方案 ....................................... 40 6.5.1 全波傅里叶算法与半波傅里叶算法比较 ........................ 40 6.5.2 傅氏算法滤除衰减直流分量的一种方法 ........................ 40 6.6 本章小结 ..................................................... 42 结论 .............................................................................................................................. 43 参考文献 ...................................................................................................................... 45 谢 辞 .......................................................................................................................... 45 注 释 .......................................................................................................................... 47 附 录 .......................................................................................................................... 48

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第1章 绪论 第1章 绪论

1.1 微机保护的概念和发展历程

微机继电保护是一种数字式继电保护，是基于可编程数字电路技术和实时数字信号处理技术实现的电力系统继电保护，简称为微机继电保护或微机保护。微机继电保护是应用微型计算机或微处理机构成的继电保护。同常规继电保护相比，微机继电保护的抗电磁干扰能力较弱，因此，它的广泛应用受到一定的限制。70年代初、中期，大规模集成电路技术的飞速发展，微型计算机和微处理机问世，价格大幅度下降，计算速度不断加快，可靠性也大为提高，微机继电保护的研制随之出现高潮，到70年代后期已趋于实用。80年代,微机保护在硬件结构和软件技术方面日趋成熟,并已在一些国家推广应用。90年代,电力系统继电保护技术发展到了微机保护时代,它是继电保护技术发展历史过程中的第四代。随着计算机技术的高速发展，其广泛而深入的应用为工程技术各领域带来了深刻的影响。微机保护在电力系统的研究开发是计算机技术在线应用的重要组成部分，微机保护的应用与推广已经成为继电保护的发展方向。

早在20世纪60年代末，G·D·Rockefiler等人提出了用计算机构成继电保护装置，当时的研究工作以小型计算机为基础，试图用一台小型计算机来实现多个电气设备或整个变电所的保护功能，这为计算机保护算法和软件的研究的发展奠定了理论基础，是继电保护领域的一个重大转折。

20世纪70年代，关于计算机保护各种算法原理和保护构成形式的论文大量发表，同时，随着大规模集成电路技术的发展，特别是微处理器的问世和价格逐年下降，计算机保护进入到实用阶段，出现了一批功能足够强的微机，并很快形成产品系列。1977年，日本投入了一套以微处理机为基础的控制与继电保护装置，1979年，美国电气与电子工程师协会（IEEE）的教育委员会组织了一次世界性的计算机继电保护研究班。1987年，日本继电保护设备的总产值中已有70%是微机保护产品[1]。

1.2 微机保护在国内的发展状况

我国的微机保护研究起步于20世纪70年代末期、80年代初期,尽管起步晚,但是由于我国继电保护工作者的努力,进展却很快。经过10年左右的奋斗,到了

80年代末,计算机继电保护,特别是输电线路微机保护已达到了大量实用的程度。我国对计算机继电保护的研究过程中,高等院校和科研院所起着先导的作

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华北理工大学电气工程学院

用。1984年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定,并在系统中获得应用,揭开了我国继电保护发展史上的新一页,为微机保护的推广开辟了道路。在主设备保护方面,东南大学和华中理工大学研制的发电机失磁保护、发电机保护和发电机-变压器组保护也相继于1989年、1994年通过鉴定,投入运行。南京电力自动化研究院研制的微机线路保护装置也于1991年通过鉴定。天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿式方向高频保护,西安交通大学与许昌继电器厂合作研制的正序故障分量方向高频保护也相继于1993年、1996年通过鉴定。至此,不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色,为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。因此到了90年代,我国继电保护进入了微机时代。随着微机保护装置的研究,在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果,并且应用于实际之中。

1.3 本课题的来源

随着电子工业的发展，对滤波器的性能要求越来越高，功能也越来越多，并且要求它们向集成方向发展。我国滤波器研制和生产与上述要求相差甚远，为缩短这个差距，科研人员负有重大的历史责任。进行本课题的研究，其主要目的是通过此次课程设计进一步学习和巩固数字滤波器的原理及相关知识，进一步熟悉和掌握MATLAB的使用方法；且因其是微机保护的基础，故可为进入社会参加电力相关行业工作打下坚实的基础[2]。

1.4 本文主要内容

本文首先对数字滤波器的背景意义、发展趋势、实现方法进行了介绍；并介绍了可用于开发数字滤波器的设计仿真平台——MATLAB，包括MATLAB的主要功能、滤波器在设计仿真中的应用；然后通过简要介绍数字滤波器的一些相关知识，引出了差分滤波器、加法滤波器和积分滤波器；最后比较了三个滤波器的滤波特性。

1.5 本章小结

本章为正文前的引述部分，主要介绍了国内外微机保护的发展情况，并叙述了课题来源和本文的主要研究内容，为后文做好准备。

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