當(dāng)前位置:首頁 > 電源 > 數(shù)字電源
[導(dǎo)讀] 由于電力系統(tǒng)中非線性電子元件的大量使用,使得諧波污染問題日益嚴(yán)重,當(dāng)諧波含量超過一定限度時(shí)就可能對(duì)電網(wǎng)和用戶造成極大的危害,且增加線路損耗,降低線路傳輸能力,干擾通信信號(hào)等。因此,應(yīng)該積極尋找一種治

 由于電力系統(tǒng)中非線性電子元件的大量使用,使得諧波污染問題日益嚴(yán)重,當(dāng)諧波含量超過一定限度時(shí)就可能對(duì)電網(wǎng)和用戶造成極大的危害,且增加線路損耗,降低線路傳輸能力,干擾通信信號(hào)等。因此,應(yīng)該積極尋找一種治理諧波污染的有效手段。

  目前有源電力濾波器(APF)是治理電網(wǎng)諧波污染的一種有效手段,APF的補(bǔ)償原理是實(shí)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)與系統(tǒng)中的無功和諧波電流大小相等、方向相反的補(bǔ)償電流,用以抵消非線性負(fù)載產(chǎn)生的無功和諧波電流,使流入電網(wǎng)的電流全是有功分量,因此無功和諧波電流的實(shí)時(shí)檢測就成為實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵。而諧波及無功電流的檢測實(shí)質(zhì)就是低通濾波器的設(shè)計(jì)。本文利用MATLAB中的FDAtool實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)字低通濾波器模型的快速設(shè)計(jì),并采用VHDL語言在FPGA上實(shí)現(xiàn)。
  1 低通濾波器的選擇

  濾波器有模擬濾波器和數(shù)字濾波器兩種。這里選用數(shù)字濾波器,因?yàn)樗鄬?duì)于模擬濾波器更容易進(jìn)行濾波代數(shù)運(yùn)算,而且它不會(huì)像模擬濾波器那樣隨時(shí)間、溫度、電壓漂移,還有就是它能實(shí)現(xiàn)近似理想的響應(yīng)和線性相位,所以能更好地達(dá)到諧波檢測的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性的要求。

  數(shù)字濾波器有無限沖激響應(yīng)(IIR)系統(tǒng)和有限沖激響應(yīng)(FIR)系統(tǒng)兩種。雖然FIR濾波器相對(duì)于IIR濾波器可以得到嚴(yán)格的線性相位,但在相同技術(shù)指標(biāo)下,IIR濾波器由于存在輸出對(duì)輸入的反饋,因而可用大約1/10~1/5FIR濾波器的階數(shù)來滿足指標(biāo)的要求,從而使得所用空間少,運(yùn)算次數(shù)少,實(shí)時(shí)性強(qiáng)。由于諧波檢測環(huán)節(jié)對(duì)相位要求不高,而對(duì)計(jì)算速度要求極高,因此選擇IIR濾波器作為研究的對(duì)象。

  2 利用MATLAB設(shè)計(jì)IIR濾波器

  目前數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)有許多現(xiàn)成的高級(jí)語言設(shè)計(jì)程序,但他們都存在設(shè)計(jì)效率較低,不具有可視圖形,不便于修改參數(shù)等缺點(diǎn),而Matlab為數(shù)字濾波的研究和應(yīng)用提供了一個(gè)直觀、高效、便捷的工具。它以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ),把計(jì)算、可視化、程序設(shè)計(jì)融合到了一個(gè)交互式的工作環(huán)境中。尤其是Matlab工具箱使各個(gè)領(lǐng)域的研究人員可以直觀而方便地進(jìn)行科學(xué)研究與工程應(yīng)用。其中的信號(hào)處理工具箱、圖像處理工具箱、小波工具箱等更是為數(shù)字濾波研究的蓬勃發(fā)展提供了可能。

  2.1 在Matlab中進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)

  許多文獻(xiàn)中在利用Matlab設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器時(shí),采用先設(shè)計(jì)一個(gè)模擬濾波器,然后利用脈沖響應(yīng)不變法或者雙線性變換法,將模擬濾波器的傳輸函數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù),設(shè)計(jì)過程比較復(fù)雜,編寫的程序比較長,沒有很專業(yè)的知識(shí)是設(shè)計(jì)不出來的。而本文利用FDAFool工具可以非常方便地設(shè)計(jì)出數(shù)字濾波器。

  FDATool(Filter Design&Analysis Tool)是Matlab中的一種圖形用戶工具,為濾波器的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)綜合、簡便的圖形用戶界面。本文要設(shè)計(jì)一個(gè)諧波中的低通檢測電路濾波器,對(duì)于三相電路而言,其交流側(cè)主要是5次和7次諧波,因此本文設(shè)計(jì)的低通濾波器的指標(biāo)為:模擬信號(hào)采樣頻率Fs=2000Hz,通帶截止頻率Fpass=100Hz,阻帶截止頻率Fstop=200Hz,通帶波動(dòng)不大于0.1dB,阻帶衰減不小于32dB。在圖1界面中設(shè)置好參數(shù),并且選擇IIR中的Elliptic濾波器,然后點(diǎn)擊Design Filter,即可得到所設(shè)計(jì)濾波器的模型:Order(階)=4,Sections(節(jié))=2,并可觀察其幅度響應(yīng)、相位響應(yīng),還可以觀察脈沖響應(yīng)、階躍響應(yīng)、濾波器的零極點(diǎn)繪制圖以及系統(tǒng)函數(shù)的各個(gè)系數(shù)等指標(biāo)。
 

[!--empirenews.page--]

  2.2 利用Simulink檢驗(yàn)濾波效果

  打開Simulink新建一個(gè)文件untitledl如圖2,在FDATool界面中點(diǎn)擊Realize Model,將設(shè)計(jì)好的濾波器模型導(dǎo)入Simulink中,然后添加三個(gè)頻率分別為50Hz、250Hz、350Hz的正弦波,利用Scope見察通過數(shù)字低通濾波器Filter的濾波效果。
 


 

  Scopel顯示的是50Hz正弦波,Scope2顯示的是50Hz疊加上250Hz、350Hz正弦波后的波形,Scope顯示的是通過我們設(shè)計(jì)的低通濾波器后的波形,對(duì)比圖3(a)、(b)可以看出,濾波后的波形保留了50Hz的信號(hào),且略有延遲,并將高頻部分有效地濾除,說明設(shè)計(jì)的濾波器符合要求。
 


 

  3 數(shù)字低通濾波器FPGA實(shí)現(xiàn)

  數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)方法一般有以下幾種:

  (1)采用加法器、乘法器、延時(shí)器設(shè)計(jì)專用的濾波電路。

  (2)在通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中加上專用的加速處理機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。

  (3)用通用的可編程實(shí)現(xiàn)。

  (4)用專用的DSP芯片實(shí)現(xiàn)。在一些特殊的場合,要求的信號(hào)處理速度極高,用通用DSP芯片很難實(shí)現(xiàn)。這種芯片將相應(yīng)的濾波算法在芯片內(nèi)部用硬件實(shí)現(xiàn),無需進(jìn)行編程。

  (5)采用FPGA/CPLD設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。

  在上述幾種方法中,第(2)種方法的缺點(diǎn)是速度較慢,一般可用于DSP算法的模擬。第(1)、(4)種方法專用性強(qiáng),應(yīng)用受到很大的限制。第(3)、(5)種方法都可以通過編程來實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字濾波,使用DSP器件實(shí)現(xiàn)雖然簡單,但由于程序順序執(zhí)行,執(zhí)行速度必然不快。FPGA有著規(guī)整的內(nèi)部邏輯陣列和豐富的連線資源,特別適合于數(shù)字信號(hào)處理任務(wù),相對(duì)于串行運(yùn)算為主導(dǎo)的通用DSP芯片來說,其并行性和可擴(kuò)展性更好。但長期以來,F(xiàn)PGA一直被用于系統(tǒng)邏輯或時(shí)序控制上,很少有信號(hào)處理方面的應(yīng)用,其原因主要是因?yàn)樵贔PGA中缺乏實(shí)現(xiàn)乘法運(yùn)算的有效結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在這個(gè)問題得到了解決,使FPGA在數(shù)字信號(hào)處理方面有了長足的發(fā)展。

  文獻(xiàn)中是在MATLAB中設(shè)計(jì)出數(shù)字低通濾波器后,得到其系統(tǒng)函數(shù)H(z)的系數(shù),然后將系數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制,再利用VHDL語言進(jìn)行編程,而編程的過程非常繁瑣。

  本文利用FDATool可以直接得到VHDL文件,在其菜單欄中的選擇Fargets\Generate HDL,在打開的界面中選擇VHDL file,建立文件名為filter.vhd,同時(shí)可以得到測試文件filter tb.vhd。利用QuartusII軟件打開以上文件進(jìn)行編譯、綜合,最后將其下載到FPGA中即可實(shí)現(xiàn)低通濾波器的功能。

  4 結(jié)束語

  本文利用Matlab中的FDATool實(shí)現(xiàn)了IIR數(shù)字低通濾波器的設(shè)計(jì)及仿真,設(shè)計(jì)過程簡單、直接,大大縮減了設(shè)計(jì)開發(fā)的時(shí)間。采用FPGA進(jìn)行濾波器的硬件設(shè)計(jì),能夠達(dá)到諧波檢測實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性的要求,為電力有源濾波器諧波檢測中低通濾波器的設(shè)計(jì)提供了參考。同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用中,可以方便地對(duì)濾波器參數(shù)進(jìn)行修改,很容易實(shí)現(xiàn)其他各種濾波器的設(shè)計(jì),具有一定的工程設(shè)計(jì)參考價(jià)值

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關(guān)鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時(shí)1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動(dòng) BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時(shí)企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對(duì)日本游戲市場的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對(duì)環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競爭力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競爭優(yōu)勢...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺(tái)與中國電影電視技術(shù)學(xué)會(huì)聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會(huì)上宣布正式成立。 活動(dòng)現(xiàn)場 NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會(huì)上,軟通動(dòng)力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡稱"軟通動(dòng)力")與長三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉