_R型和FIR型希爾伯特?cái)?shù)字濾波器在無(wú)功功率測(cè)量中的對(duì)比研究

1、ACADEMIC RESEARCH 學(xué)術(shù)研究 引言 電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),電網(wǎng)需要提供兩部分電能,用于電能。有功功率反映的是電網(wǎng)消耗能量的情況,無(wú)功功率時(shí)所導(dǎo)致的誤差可能達(dá)到5%電到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。一、無(wú)功功率的測(cè)量原理文獻(xiàn)1IIR型和FIR型希爾伯特?cái)?shù)字濾波器在無(wú)功功率測(cè)量中的對(duì)比研究 章哲慶張靈摘要:希爾伯特變換在數(shù)字信號(hào)處理理論和應(yīng)用中有著十分重要的作用,它維系著對(duì)離散序列進(jìn)行傅里葉變換后的實(shí)部和虛部之間或者幅度和相位之間的關(guān)系。無(wú)功功率測(cè)量在電力系統(tǒng)分析中占有非常重要的作用,現(xiàn)代電力系統(tǒng)對(duì)無(wú)功功率的測(cè)量有著更高的要求。本文設(shè)計(jì)了分別設(shè)計(jì)了IIR型和FIR型希爾伯特濾波器,對(duì)比分析了各自在

2、測(cè)量無(wú)功功率的優(yōu)缺點(diǎn)。以便于應(yīng)用在不同精度要求的測(cè)量?jī)x表中。關(guān)鍵詞:希爾伯特濾波器;無(wú)功功率;IIR;FIR;諧波無(wú)功功率的定義,其中最主要的定義有以下兩種:U ,I ,P 有階次較低、計(jì)算量和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量較小的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于工頻基波信號(hào)頻率為50Hz,若考慮40960Hz,Fs=2KHz,在相移誤差不大于0.0006rad的條件下,可以設(shè)計(jì)的兩個(gè)移相濾波器Fl,F2的脈沖傳遞函數(shù)為:(10(11數(shù)法、頻率抽樣法和等波紋切比雪夫法(即最優(yōu)法。根據(jù)文獻(xiàn)4,窗口法設(shè)計(jì)和頻率采樣設(shè)計(jì)都存在某些缺陷。所以采用等波紋切比雪夫法進(jìn)行Hilbert數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)。圖3-3、圖3-4和圖3-5所示為等波紋切比雪夫

3、法設(shè)計(jì)的Hilbert數(shù)字濾波器的幅頻特性、相頻特性和單位脈沖響應(yīng)圖。由結(jié)果可見(jiàn),等紋切比雪夫法采用最大誤差最小的準(zhǔn)則來(lái)逼近理想的Hilbert數(shù)字濾波器,在設(shè)計(jì)指標(biāo)相同 ACADEMIC RESEARCH 學(xué)術(shù)研究時(shí),使濾波器階數(shù)最低階數(shù)相同時(shí),使通帶最平坦,阻帶最小衰減最大,通帶和阻帶均為等紋形式,既能獲得嚴(yán)格線性相位,又有很好的衰減特性。四、仿真結(jié)果本文選取信號(hào)的基波和各次諧波的電壓、電流有效值以及各次諧波電壓、電流之間的相位差如表4-1所示。由表中的數(shù)據(jù)直接計(jì)算基波及各次諧波的無(wú)功功率總和為Q=0.87185var 。采用IIR 型希爾伯特濾波器計(jì)算的結(jié)果Q_IIR = 0.87202

4、var ,相對(duì)誤差為0.02%。采用FIR 型希爾伯特濾波器計(jì)算的結(jié)果Q_FIR=0.87155,相對(duì)誤差為0.03%。五、結(jié)論在考慮18次諧波的情況下,由實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)兩種濾波器的差別不大,都能帶來(lái)很好的誤差控制。但在實(shí)際的應(yīng)用中,IIR 濾波器要求設(shè)計(jì)兩組相位差90°的希爾伯特濾波器,在實(shí)際應(yīng)用中,編程量比較大,同時(shí)會(huì)產(chǎn)生相關(guān)的紋波和相位差,而FIR 型濾波器的具有良好的線性相位,同時(shí)是非遞歸實(shí)現(xiàn)。只需要找到相關(guān)的單位沖擊響應(yīng),實(shí)現(xiàn)的難度較小。在具體應(yīng)用中,要綜合考慮處理器的能力來(lái)做出選擇。 H參考文獻(xiàn)1王兆安,楊君,劉進(jìn)軍.諧波抑制和無(wú)功功率的補(bǔ)償M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998.2丁玉美,高西全.數(shù)字信號(hào)處理M.西安:西安電子科技大學(xué)出圖3-3 幅頻特性 圖3-4 相頻特性圖3-5 單位脈沖響應(yīng)版社,2001.3俎云霄,龐浩,李東霞,等. 一種基于hilbert數(shù)字濾波的無(wú)功功率測(cè)量方法J.電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2003.4吳思聰,趙威威,陳燕紅.Hilbert 變換在無(wú)功電能計(jì)量中的應(yīng)用研究J.電測(cè)與儀表,2009.5龐浩,李東霞,王贊基,等.基于2對(duì)Hilbert移相濾波器的無(wú)功功率測(cè)量方法J