_R型和FIR型希爾伯特數(shù)字濾波器在無功功率測量中的對比研究

1、ACADEMIC RESEARCH 學(xué)術(shù)研究 引言 電力系統(tǒng)運行時,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,無功功率時所導(dǎo)致的誤差可能達到5%電到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。一、無功功率的測量原理文獻1IIR型和FIR型希爾伯特數(shù)字濾波器在無功功率測量中的對比研究 章哲慶張靈摘要:希爾伯特變換在數(shù)字信號處理理論和應(yīng)用中有著十分重要的作用,它維系著對離散序列進行傅里葉變換后的實部和虛部之間或者幅度和相位之間的關(guān)系。無功功率測量在電力系統(tǒng)分析中占有非常重要的作用,現(xiàn)代電力系統(tǒng)對無功功率的測量有著更高的要求。本文設(shè)計了分別設(shè)計了IIR型和FIR型希爾伯特濾波器,對比分析了各自在

2、測量無功功率的優(yōu)缺點。以便于應(yīng)用在不同精度要求的測量儀表中。關(guān)鍵詞:希爾伯特濾波器;無功功率;IIR;FIR;諧波無功功率的定義,其中最主要的定義有以下兩種:U ,I ,P 有階次較低、計算量和數(shù)據(jù)存儲量較小的優(yōu)點。對于工頻基波信號頻率為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)計的兩個移相濾波器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4,窗口法設(shè)計和頻率采樣設(shè)計都存在某些缺陷。所以采用等波紋切比雪夫法進行Hilbert數(shù)字濾波器的設(shè)計。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,等紋切比雪夫法采用最大誤差最小的準則來逼近理想的Hilbert數(shù)字濾波器,在設(shè)計指標相同 ACADEMIC RESEARCH 學(xué)術(shù)研究時,使濾波器階數(shù)最低階數(shù)相同時,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)直接計算基波及各次諧波的無功功率總和為Q=0.87185var 。采用IIR 型希爾伯特濾波器計算的結(jié)果Q_IIR = 0.87202

4、var ,相對誤差為0.02%。采用FIR 型希爾伯特濾波器計算的結(jié)果Q_FIR=0.87155,相對誤差為0.03%。五、結(jié)論在考慮18次諧波的情況下,由實驗仿真結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)兩種濾波器的差別不大,都能帶來很好的誤差控制。但在實際的應(yīng)用中,IIR 濾波器要求設(shè)計兩組相位差90°的希爾伯特濾波器,在實際應(yīng)用中,編程量比較大,同時會產(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,同時是非遞歸實現(xiàn)。只需要找到相關(guān)的單位沖擊響應(yīng),實現(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做出選擇。 H參考文獻1王兆安,楊君,劉進軍.諧波抑制和無功功率的補償M.北京:機械工業(yè)出版社,1998.2丁玉美,高西全.數(shù)字信號處理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)字濾波的無功功率測量方法J.電力系統(tǒng)自動化,2003.4吳思聰,趙威威,陳燕紅.Hilbert 變換在無功電能計量中的應(yīng)用研究J.電測與儀表,2009.5龐浩,李東霞,王贊基,等.基于2對Hilbert移相濾波器的無功功率測量方法J