CN104702245A

CN104702245A - 抑制浪涌雷电波干扰的方法

Info

Publication number: CN104702245A
Application number: CN201510059925.8A
Authority: CN
Inventors: 邹运和
Original assignee: Aerospace Science and Industry Shenzhen Group Co Ltd
Current assignee: Aerospace Science and Industry Shenzhen Group Co Ltd
Priority date: 2015-02-04
Filing date: 2015-02-04
Publication date: 2015-06-10

Abstract

Description

抑制浪涌雷电波干扰的方法

技术领域

本发明涉及电子设备信号处理技术领域，特别是涉及一种抑制浪涌雷电波干扰的方法。

背景技术

雷电波具有幅值范围大(0～10KV或更高)、功率大、时间短、峰值高以及波头陡(瞬时就造成损害)的特点，对于电子设备(例如电力系统继电保护装置)来说，只要其中一个这样的波形进入到电子设备，将有可能造成内部元器件的损坏或者保护装置的误动，给系统的安全稳定运行带来很大威胁。因此，电子设备抗浪涌雷电波干扰一直是困扰设计师的难题。

传统的方法往往采取钳位限幅的方法防止元器件被打坏，却很难阻止干扰波进入装置并对有效信号进行干扰。由于雷电波极性不确定，可正可负，一个很大幅值的雷电波形被微机系统捕捉到就会瞬间放大或者缩小有效信号(模拟量信号)的幅值，从而造成继电保护装置误动作。故，钳位限幅的方法只能挡住幅值过高的波形避免元器件的损坏，却无法防止干扰波形随有用信号进入装置而被采集到，无法防止保护装置误动。采用多方接地技术和屏蔽技术将干扰波挡在装置外也是传统的抗干扰措施，但由于雷击干扰是多方位的，这些措施往往效果都不是太好，很多保护装置实际运行中仍然无法经受住这种干扰波的考验。由于雷电波不是高频或低频信号，传统的硬件滤波电路对其也很难能起到作用。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种抗干扰性强的抑制浪涌雷电波干扰的方法。

在其中一个实施例中，所述对目标采样点进行滤波处理的步骤具体为：根据与目标采样点相邻的两个采样点的采样值确定目标采样点的数据值；将所述数据值赋给所述目标采样点。

在其中一个实施例中，所述根据与目标采样点相邻的两个采样点的采样值确定目标采样点的数据值的步骤中确定所述目标采样点的数据值A_n′的公式为：A_n′＝0.5×(A_n-1+A_n+1)。

在其中一个实施例中，所述判断目标采样点是否受到浪涌雷电波的干扰的步骤中，若所述目标采样点未受到浪涌雷电波的干扰，则不对所述目标采样点进行操作。

在其中一个实施例中，按预设采样频率对所述模拟量信号进行采样的步骤中，采样周期大于所述浪涌雷电波的宽度。

在其中一个实施例中，所述预设采样频率为1200赫兹。

在其中一个实施例中，所述获取目标采样点的采样值A_n的步骤之后还包括步骤：判断所述目标采样点的采样值A_n是否大于或等于保护阈值；若否，则执行所述获取目标采样点的采样值A_n的步骤之后的步骤。

在其中一个实施例中，所述判断所述目标采样点的采样值A_n是否大于或等于保护阈值的步骤中，若所述采样值A_n大于或等于所述保护阈值，则执行所述对所述目标采样点进行滤波处理的步骤。

在其中一个实施例中，还包括步骤：将所述电子设备接地。

上述抑制浪涌雷电波干扰的方法可以根据目标采样点以及与目标采样点相邻的两个采样点的采样值之间关系判断目标采样点是否受到浪涌雷电波的干扰，从而在目标采样点受到干扰后对该目标采样点进行滤波处理，从而避免电子设备因干扰而带来误动作，系统的抗干扰性强。

附图说明

图1为一实施例中的抑制浪涌雷电波干扰的方法的流程图；

图2为雷电流波形图；

图3为雷电压波形图；

图4～图7为雷电波干扰模拟量信号并叠加到模拟量信号的示意图；

图8为目标采样点采样误差计算示意图；

图9为另一实施例中的抑制浪涌雷电波干扰的方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种抑制浪涌雷电波干扰的方法，用于抑制浪涌雷电波对电子设备内模拟量信号的干扰。电子设备可以为电力系统继电保护装置等与户外设备有直接电缆联系的微机控制和保护设备。本实施例中，以电力系统继电保护装置为例进行说明。图1为一实施例中的抑制浪涌雷电波干扰的方法的流程图，包括以下步骤。

S110，按预设采样频率对模拟量信号进行采样。

为避免相邻的两个采样点都采样到干扰波形，采样周期设定为大于浪涌雷电波的宽度。由于，浪涌雷电波的特点是尖峰脉冲，幅值非常大但脉冲宽度很小，如图2和图3所示。其中，波前时间T1为1.2微秒而半峰值时间T2也仅为50微秒，即整个浪涌雷电波的宽度也就只有50微秒(脉冲宽度很小)。在本实施例中，采样频率为1.2KHz，其采样周期约为0.833毫秒，大于浪涌雷电波的宽度。

S120，获取目标采样点的采样值。

目标采样点可以为任意采样点，获取到目标采样点的采样值A_n，其中A用于表示采样获得的数据值，n则用于表示对应的采样点。采样值可以为模拟量信号的电压幅值或者电流幅值等能够反映模拟量信号特性且具有连续变化特性的参数。

S130，获取与目标采样点相邻的两个采样点的采样值。

获取与目标采样点相邻的两个采样点的采样值，分别为采样值A_n-1和A_n+1。步骤S130与步骤S120的先后顺序可以进行互换，也可以同时进行，并没有严格的限定。

S140，判断目标采样点是否受到浪涌雷电波的干扰。

电子设备的采样周期大于浪涌雷电波的宽度，并且雷电波发生的频率不高，同一地点不太可能在1秒内发生两次以上的雷电。因此一个工频周期内最多只可能出现一个干扰点，即采样过程中不大可能会在连续的两个采样点都采样到干扰波形，故只需要将干扰采样点进行识别并滤除即可。

由于浪涌雷电波可正可负，其方向可能与模拟量信号上受干扰点的方向相同或者相反，如图4～7所示。在本实施例中，模拟量信号的采样波形为正弦波。判断目标采样点是否受到浪涌雷电波的干扰是通过判断采样值A_n、A_n-1以及A_n+1是否满足条件(1)和条件(2)：

k|A_n-A_n-1|＞A_n-1 (1)

k|A_n-A_n+1|＞A_n+1 (2)

其中，k为大于1的正数。k的大小需要根据模拟量信号自身的幅值大小以及浪涌雷电波的幅值进行设定。在本实施例中，k的范围为2.0～5.0。通过判断采样值A_n、A_n-1以及A_n+1是否满足条件(1)和条件(2)的方法适用于图4～7的任一情况。

在其他的实施例中，可以根据图4～7将浪涌雷电波的干扰情况分为过量保护和欠量保护两种情况，并分情况进行判断。如果采样值A_n、A_n-1以及A_n+1满足|A_n|＞k′|A_n-1|且|A_n|＞k′|A_n+1|(k′可取1.2～2.0)，则可以确定目标采样点受到雷电波的干扰，需要对该目标采样点进行过量保护，即图4和图6的情况。如果采样值A_n、A_n-1以及A_n+1满足|A_n|＜k′|A_n-1|且|A_n|＜k′|A_n+1|(k′可取0.5～0.7)，则可以确定目标采样点受到雷电波的干扰，需要对该目标采样点进行欠量保护，即图5和图7的情况。

在本实施例中，如果判断出目标采样点受到浪涌雷电波的干扰则执行步骤S150，否则执行步骤S160。

S150，对目标采样点进行滤波处理。

当目标采样点受到浪涌雷电波干扰时，需要对该目标采样点进行滤波处理，从而避免雷电波被电子设备捕捉到瞬间放大或者缩小模拟量信号从而造成误动作。在本实施例中，滤波处理是根据与目标采样点相邻的两个采样点的采样值A_n-1和A_n+1来确定目标采样点的数据值并将该值赋给目标采样点，从而保证电子设备中的模拟量信号保持在正常范围之内，不会引起误动作。

从图4～7中不难发现，在不受干扰的情况下，采样点的采样值总是按照单调上升或单调下降的趋势发生变化，拐点就在于正弦波的波峰和波谷。也就是说，连续3个采样点，如果不是在峰谷位置，中间点的值总是处于两边相邻的采样点之间，不可能同时大于或者小于相邻的两个采样点的采样值。因此，把连续的3个点用直线连接，完全可以用于近似原始波形。因此，可以根据直线上的两点确定另一点。由于采样周期是固定的，重新确定的数据值A_n′的公式为：

A_n′＝0.5×(A_n-1+A_n+1)

采用这种近似原始波形的方法来确定数据值A_n′，而这种近似对模拟有效值造成的最大误差就发生在正弦波的峰谷位置。即使在峰谷位置，以采样频率为1.2KHz为例，计算采样点90°相位时的单采样点最大误差值。跟90°采样点相邻的采样点的相位角分别为75°和105°，这两采样点相对90°采样点左右对称(如图8)。用s1(或者s3)采样点的采样值近似计算s2点的最大误差为：

而该点的计算误差对于整周波有效值的影响，可以用标准正弦波有效值加绝对误差值，再与标准正弦波有效值相比：

故该点的计算误差所引起的相对误差仅为0.22％，即雷电波干扰发生在正弦波峰位置时，采用步骤S150中的滤波计算方法造成的最大相对误差值仅为0.22％，这对于继电保护等电子设备的3％精度要求而言完全可以忽略。

S160，不对目标采样点进行操作。

如果判断结果为未受到浪涌雷电波的干扰，则不对目标采样点进行任何操作。

上述抑制浪涌雷电波干扰的方法可以根据目标采样点以及与目标采样点相邻的两个采样点的采样值之间关系判断目标采样点是否受到浪涌雷电波的干扰，从而在目标采样点受到干扰后对该目标采样点进行滤波处理，从而避免电子设备因干扰而带来误动作，系统的抗干扰性强。并且，上述抑制浪涌雷电波干扰的方法还通过近似原始波形的方法对受干扰的目标采样点进行滤波处理，从而实现对采样点的修正滤波，保证模拟量信号的有效性。

图9为另一实施例中的抑制浪涌雷电波干扰的方法的流程图。在本实施例中，在步骤S120之后还执行步骤S125：判断目标采样点的采样值A_n是否大于或等于保护阈值。若是，则确认该目标采样点受到浪涌雷电波干扰，执行步骤S150，对目标采样点进行滤波处理。若目标采样点的采样值A_n小于保护阈值，则执行步骤S120之后的步骤，即执行步骤S130及其后续步骤，以进一步判断目标采样点是否受到浪涌雷电波的干扰。通过将采样值与保护阈值进行比较，从而在采样值高于保护阈值时进行钳位限幅，从而对电子设备进行保护。在本实施例中，还可以将电子设备进行多方位接地，进一步增强电子设备的抗浪涌雷电波干扰的性能，解决浪涌雷电波对电子设备的伤害和干扰造成电子设备中的保护装置误动问题。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种抑制浪涌雷电波干扰的方法，用于抑制浪涌雷电波对电子设备内的模拟量信号的干扰，包括以下步骤：

按预设采样频率对所述模拟量信号进行采样；

获取目标采样点的采样值A_n；

获取与所述目标采样点相邻的两个采样点的采样值A_n-1、A_n+1；

若所述目标采样点受到浪涌雷电波的干扰，则对目标采样点进行滤波处理。

2.根据权利要求1所述的抑制浪涌雷电波干扰的方法，其特征在于，所述对目标采样点进行滤波处理的步骤具体为：

根据与目标采样点相邻的两个采样点的采样值确定目标采样点的数据值；

将所述数据值赋给所述目标采样点。

3.根据权利要求2所述的抑制浪涌雷电波干扰的方法，其特征在于，所述根据与目标采样点相邻的两个采样点的采样值确定目标采样点的数据值的步骤中确定所述目标采样点的数据值A_n′的公式为：A_n′＝0.5×(A_n-1+A_n+1)。

4.根据权利要求1所述的抑制浪涌雷电波干扰的方法，其特征在于，所述判断目标采样点是否受到浪涌雷电波的干扰的步骤中，若所述目标采样点未受到浪涌雷电波的干扰，则不对所述目标采样点进行操作。

5.根据权利要求1所述的抑制浪涌雷电波干扰的方法，其特征在于，按预设采样频率对所述模拟量信号进行采样的步骤中，采样周期大于所述浪涌雷电波的宽度。

6.根据权利要求5所述的抑制浪涌雷电波干扰的方法，其特征在于，所述预设采样频率为1200赫兹。

7.根据权利要求1所述的抑制浪涌雷电波干扰的方法，其特征在于，所述获取目标采样点的采样值A_n的步骤之后还包括步骤：

判断所述目标采样点的采样值A_n是否大于或等于保护阈值；

若否，则执行所述获取目标采样点的采样值A_n的步骤之后的步骤。

8.根据权利要求7所述的抑制浪涌雷电波干扰的方法，其特征在于，所述判断所述目标采样点的采样值A_n是否大于或等于保护阈值的步骤中，若所述采样值A_n大于或等于所述保护阈值，则执行所述对所述目标采样点进行滤波处理的步骤。

9.根据权利要求1所述的抑制浪涌雷电波干扰的方法，其特征在于，还包括步骤：

将所述电子设备接地。