_R型和FIR型希尔伯特数字滤波器在无功功率测量中的对比研究

1、ACADEMIC RESEARCH 学术研究 引言 电力系统运行时,电网需要提供两部分电能,用于电能。有功功率反映的是电网消耗能量的情况,无功功率时所导致的误差可能达到5%电到了广泛的发展和应用。一、无功功率的测量原理文献1IIR型和FIR型希尔伯特数字滤波器在无功功率测量中的对比研究 章哲庆张灵摘要:希尔伯特变换在数字信号处理理论和应用中有着十分重要的作用,它维系着对离散序列进行傅里叶变换后的实部和虚部之间或者幅度和相位之间的关系。无功功率测量在电力系统分析中占有非常重要的作用,现代电力系统对无功功率的测量有着更高的要求。本文设计了分别设计了IIR型和FIR型希尔伯特滤波器,对比分析了各自在

2、测量无功功率的优缺点。以便于应用在不同精度要求的测量仪表中。关键词:希尔伯特滤波器;无功功率;IIR;FIR;谐波无功功率的定义,其中最主要的定义有以下两种:U ,I ,P 有阶次较低、计算量和数据存储量较小的优点。对于工频基波信号频率为50Hz,若考虑40960Hz,Fs=2KHz,在相移误差不大于0.0006rad的条件下,可以设计的两个移相滤波器Fl,F2的脉冲传递函数为:(10(11数法、频率抽样法和等波纹切比雪夫法(即最优法。根据文献4,窗口法设计和频率采样设计都存在某些缺陷。所以采用等波纹切比雪夫法进行Hilbert数字滤波器的设计。图3-3、图3-4和图3-5所示为等波纹切比雪夫

3、法设计的Hilbert数字滤波器的幅频特性、相频特性和单位脉冲响应图。由结果可见,等纹切比雪夫法采用最大误差最小的准则来逼近理想的Hilbert数字滤波器,在设计指标相同 ACADEMIC RESEARCH 学术研究时,使滤波器阶数最低阶数相同时,使通带最平坦,阻带最小衰减最大,通带和阻带均为等纹形式,既能获得严格线性相位,又有很好的衰减特性。四、仿真结果本文选取信号的基波和各次谐波的电压、电流有效值以及各次谐波电压、电流之间的相位差如表4-1所示。由表中的数据直接计算基波及各次谐波的无功功率总和为Q=0.87185var 。采用IIR 型希尔伯特滤波器计算的结果Q_IIR = 0.87202

4、var ,相对误差为0.02%。采用FIR 型希尔伯特滤波器计算的结果Q_FIR=0.87155,相对误差为0.03%。五、结论在考虑18次谐波的情况下,由实验仿真结果可以发现两种滤波器的差别不大,都能带来很好的误差控制。但在实际的应用中,IIR 滤波器要求设计两组相位差90°的希尔伯特滤波器,在实际应用中,编程量比较大,同时会产生相关的纹波和相位差,而FIR 型滤波器的具有良好的线性相位,同时是非递归实现。只需要找到相关的单位冲击响应,实现的难度较小。在具体应用中,要综合考虑处理器的能力来做出选择。 H参考文献1王兆安,杨君,刘进军.谐波抑制和无功功率的补偿M.北京:机械工业出版社,1998.2丁玉美,高西全.数字信号处理M.西安:西安电子科技大学出图3-3 幅频特性 图3-4 相频特性图3-5 单位脉冲响应版社,2001.3俎云霄,庞浩,李东霞,等. 一种基于hilbert数字滤波的无功功率测量方法J.电力系统自动化,2003.4吴思聪,赵威威,陈燕红.Hilbert 变换在无功电能计量中的应用研究J.电测与仪表,2009.5庞浩,李东霞,王赞基,等.基于2对Hilbert移相滤波器的无功功率测量方法J