摘要：馈线终端(FTU)对实时数据采集的及时性、准确性具有很高要求。由于采集的电压、电流信号均为弱信号，极易引入干扰，使得数据的准确性不佳。通过硬件电路提高抗扰度，会增加制造成本。数字滤波算法灵活可靠，不额外增加硬件成本，能够起到良好的滤波效果。但是，传统的数字滤波算法往往具有较大延时，不适用于实时度高的FTU数据采集系统。本文设计了一种低延时的数字滤波算法，能够在每个工频周波内进行一次滤波，滤波算法快速，且没有延时。通过Matlab仿真，验证了算法的有效性。
关键词：FTU 数字滤波 低延时
1 引言
伴随着生活水平的提高，人民对用电质量提出了更高的要求，促使配电网向自动化、智能化方向发展。为了实现配电网故障的快速识别和故障隔离，对FTU电信号采集的准确度提出了更高的要求，同时，对于跳闸的出口时间也作出了更快速的要求。为了在不增加成本的前提下，满足小信号采集的准确度要求，业内人士在数字滤波算法上做出了很多努力。
目前，常用的数字滤波算法有算术平均值法、加权平均值法、滑动平均值法、中值滤波、程序判断法等。以上算法各有优缺点，根据各自特点，有不同的应用场合。总体而言，以上滤波算法对于尖锋脉冲和异常噪点有良好的抑制效果，但对平滑变换的特定频次谐波却无能为力。
本文采用巴特沃斯（Butterworth）低通数字滤波算法，通过合理的参数设置，能够在实现有效滤波的前提下，降低滤波产生的延时。通过Matlab仿真验证了数字滤波器的有效性。
2 Butterworth低通滤波器
2.1 Butterworth低通滤波器幅频特性
Butterworth低通滤波器的幅频特性可以用式(1)来表示：
3 仿真分析
按照第2部分的方法进行滤波器参数设计。FTU对含有谐波和噪声的工频正弦波进行采样，采样周期为20ms，每个周波采样点数为32点。
（1）滤波器阶数N=3，滤波器系数为az[4]={1.000000f,-2.607564f,2.288423f,-0.674564f}；bz[4]={0.000787f,0.002360f,0.002360f,0.000787f}。滤波前后波形对比图如图1所示：
从以上仿真结果可以看出，所设计的数字滤波器具有很好的滤波效果。并且，通过调整滤波器参数，可以调节滤波器延时，将延时控制在较小的范围内（3ms左右）。
4 结论
本文介绍了一种Butterworth低通数字滤波器设计方法，用于馈线终端FTU的信号采集系统，满足FTU对小信号采集实时性和高精度的要求。通过Matlab仿真，证明所设计的数字滤波器对采样信号具有良好的滤波效果，和较低的延时。
参考文献：
[1]何世钧.电容层析成像系统的研究与应用[D].天津：天津大学.2005.
[2]禹治坤.电容层析成像技术在电厂气固两相流检测中的应用[D].保定：华北电力大学.2010.
[3]周丰.电容层析成像技术在气固两相流在线监测中的应用研究[D].南昌：华东交通大学，2008.
论文作者:陈向春,邢文彦,兰子龙,王茜
论文发表刊物:《电力设备》2018年第14期
论文发表时间:2018/9/12
标签：算法论文; 层析论文; 滤波器论文; 数字论文; 信号论文; 平均值论文; 终端论文; 《电力设备》2018年第14期论文;