高压输电线路特别是超高压输电线路保护,直接影响电力系统的安全经济运行。传统保护不能满足超高压电网发展的要求,探索新的保护原理和可行的实现方法,以提高输电线路保护的性能,是继电保护研究领域中的一个重要课题。多速率滤波器组理论应用于超高压输电线路单端保护,具有对故障高频信号处理分辨率高、处理速度快等优点,但应用此新方法,必然面临这些难题,即如何有效实现多速率滤波器组?如何保证暂态电流保护算法的实时性?为此,本文研究多速率滤波器组理论在暂态保护中应用的实现方法,尤其对单端暂态电流保护算法的IP核方案进行了重点研究。 本文取得的主要研究成果和结论如下: 1.分析了故障暂态信号的性质、特点、传播规律,并利用多速率滤波器组理论研究了母线等对暂态电流不同频带能量比值的影响,特别是,通过对能量时域分辨率的研究得到了计算能量最佳时窗宽。此外,通过研究抽取对故障特征的影响,发现计算信号能量可以在信号抽取后进行求取,并可以直接以此作比值,因而为系统的硬件实现提供了宽松条件。 2.结合余弦调制滤波器组(consine modulate filter banks,CMFB)并行结构的特点,通过分析研究多速率数字信号处理技术,把各个分析滤波器表示成全并行结构的多相形式,使高阶的分析滤波器变成低阶的多相滤波器形式,使系统速度得到大幅度提高;然后把带抽取器的分析滤波器经过等效变换,构造出分析滤波器组的高效结构,剔除了系统的冗余计算,使系统计算量大大减少,效率明显提高。 3.根据暂态电流保护的快速性要求,研究了实现单端暂态电流保护算法的IP核方案。通过研究DA算法,将滤波器系数分段制定ROM表,以节省硬件规模;对位级查表采用全流水线字并行结构,使速度最优。采用这两项改进的DA方案实现多相滤波器,滤波卷积的乘法运算转化为查表操作,因而计算速度进一步提高。在此基础上,先对IP核方案作出整体规划,然后运用VHDL语言实现各个模块,并将其整合成一个完整系统,最后以StratixⅡ为目标芯片,用synplify综合、QuartusⅡ仿真和时序分析,并通过了MATLAB验证。