匹配滤波器-定义与性质

匹配滤波器

?匹配滤波器的定义?匹配滤波器的性质?计算举例

1. 匹配滤波器的定义

定义:白噪声环境下输出信噪比最大的最佳线性滤波器

冲激响应: 输入信号的共轭镜像,对实信号,当c=1

时,h(t)与s(t)关于

t 0/2呈偶对称关系 0()()h t cs t t *=-()h t ()s t 1c =0/2

t t 0)

()()(*t j n e G S c H ωωωω-?=0

*()()j t H cS e -ωω=ω

(1)输出的最大信噪比与输入信号的波形无关

200()122/2m S d E d N N ∞-∞ωω

==π?最大信噪比只与信号的能量和噪声的强度有关,与信号

的波形无关

(2) t 0 应该选在信号s (t )结束之后

0()()

h t cs t t =-如果要求系统是物理可实现的,则t 0应该选在信号s (t )结束之后。

(3)匹配滤波器对信号幅度和时延具有适应性

设 1()()

s t as t =-τ1()()j S aS e -ωτ

ω=ω1101010*11()*

()*()()()()()()j t j t j t j t t j t t H cS e

caS e acS e

e aH e -ω-ω-τ-ω-ω-τ--ω-τ-ω=ω=ω=ω=ω()

H ω如果选择 t 1=τ+t 0 1()()

H aH ω=ω

对频移不具有适应性 2S ( )=S( )d ωω+ω0

*2()()j t d H cS e

-ωω=ω+ω不同于H (ω)

匹配滤波器对信号的频移不具有适应性

有源电力滤波器的研究热点和发展

有源电力滤波器的研究热点和发展 1、引言 近年来,随着电力电子技术的广泛应用,电能得到了更加充分的利用。但电力电子装置自身所具有的非线性也使得电网的电压和电流发生畸变,这些高度非线性设备数量和额定容量的日益增大使得电力系统谐波污染问题日益严重,已成为了影响电能质量的公害,对电力系统的安全、经济运行造成极大的影响;而另一方面供电方及其电力系统设备、用户及其用电器对电能质量的要求越来越高,这一矛盾使得人们对谐波污染问题越来越重视。据《中国电力》报道,我国仅由电能质量问题造成的年电能损失就高达400多亿元,冶金、铁路、矿山等企业的谐波严重超标,因谐波问题导致的开关跳闸、大面积停电甚至电力系统解列等事故也屡见不鲜,因此对电力系统的谐波污染进行综合治理已成为摆在科技工作者面前的一个具有重要现实意义的研究课题。而有源电力滤波器 由于具有高度可控性和快速响应性,能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿,因而受到广泛的重视,成为目前国内外供电系统谐波抑制研究的热点。 2、谐波治理的措施 目前,在电力系统中抑制或减少谐波主要从两个方面进行:第一方面是从产生谐波的谐波源装置本身入手。在这些装置设计时就考虑减小谐波的方法,增加谐波抑制环节,已减少电网的谐波注入量,在谐波源本身采取一些措施能大大减小电网谐波。但由于现代电力系统的复杂性以及电力半导体装置开关工作方式,不可能完全消除电网谐波。所以,谐波治理的第二个重要方面就是研究对系统中的谐波进行有效滤波和补偿的方法和措施。下面分别简要介绍这两方面工作的现状和发展。 2.1治理谐波源 近年来,随着几种电力电子装置的大量应用,可控和不可控整流器在电力系统中的应用越来越普遍。这类型整流器在带大电感 (rl)负载时电流近似为方波。带大电容(rc)负载时电流为尖脉冲,使电力系统中的电流严重畸变,成为目前电力系统中主要谐波源,也是目前治理的重点。针对这一类整流器减少谐波、提高功率因数的方法和措施,概括起来主要有以下几种: (1)多相整 脉宽调制pwmpulsewidthmodulation)整流技术; 2.2谐波滤波与补偿 采用主动治理谐波源的方式,可有效限制谐波的产生,但由于谐波源的多样性,要完全

数字滤波器的基本概念及一些特殊滤波器

第五章数字滤波器的基本概念及一些特殊滤波器 5.1 数字滤波器的基本概念 1.数字滤波器与数字滤波 滤波的涵义: 将输入信号的某些频率成分或某个频带进行压缩、放大; 对信号进行检测; 对参数估计; 数字滤波器: 通过对输入信号的进行数值运算的方法来实现滤波 模拟滤波器: 用电阻、电容、电感及有源器件等构成滤波器对信号进行滤波 2.数字滤波器的实现方法 用软件在计算机上实现 用专用的数字信号处理芯片 用硬件 3.数字滤波器的可实现性 ?要求系统因果稳定设计的系统极点全部集中 在单位圆内。 ?要求系统的差分方程的系数或者系统函数的系数为实数系统的零极点必须共轭成对出现,或者是实数。 4.数字滤波器的种类 现代滤波器 经典滤波器 ?滤波特性?a?a数字高通、数字低通、数字带 通、数字带阻; ?实现方法 ?a?a无限脉冲响应滤波器,简称IIR (Infinite Impulse Response),它的单位脉冲响应为无限长,网络中有反馈回路。其系统函数为: ?a?a有限脉冲响应滤波器,简称FIR (Finite Impulse Response)它的单位脉冲响应为有限长,网络中没有反馈回路。其系统函数为:5.2 理想数字滤波器

理想滤波器是一类很重要的滤波器,对信号进行滤波能够达到理想的效果,但是他只能近似实现。设计的时候可以把理想滤波器作为逼近标准用。 本节主要讲述: 理想滤波器的特点: 在滤波器的通带内幅度为常数(非零),在阻带中幅度为零; 具有线性相位; 单位脉冲响应是非因果无限长序列。 理想滤波器的传输函数: ?幅度特性为: 相位特性为: 群时延为: ?则信号通过滤波器输出的频率响应为: 其时域表达式: ?输入信号输出信号, 表示输出信号相对输入信号没有发生失真。 假设低通滤波器的频率响应为 式中,是一个正整数,称为通带截止频率。 其幅度特性和相位特性图形如下: 滤波器的单位脉冲响应为: 举例:假设

IIR数字滤波器设计原理

IIR 数字滤波器设计原理 利用双线性变换设计IIR 滤波器(只介绍巴特沃斯数字低通滤波器的设计),首先要设计出满足指标要求的模拟滤波器的传递函数)(s H a ,然后由)(s H a 通过双线性变换可得所要设计的IIR 滤波器的系统函数)(z H 。 如果给定的指标为数字滤波器的指标,则首先要转换成模拟滤波器的技术指标,这里主要是边界频率 s p w w 和的转换,对s p αα和指标不作变化。边界频率的转换关系为)21tan(2w T =Ω。接着,按照模拟低通滤波器的技术指标根据相应 设计公式求出滤波器的阶数N 和dB 3截止频率c Ω;根据阶数N 查巴特沃斯归一 化低通滤波器参数表,得到归一化传输函数 )(p H a ;最后,将c s p Ω=代入)(p H a 去归一,得到实际的模拟滤波器传输函数)(s H a 。之后,通过双线性变换法转换公式 11 112--+-=z z T s ,得到所要设计的IIR 滤波器的系统函数)(z H 。 步骤及内容 1) 用双线性变换法设计一个巴特沃斯IIR 低通数字滤波器。设计指标参数为: 在通带内频率低于π2.0时,最大衰减小于dB 1;在阻带内[]ππ,3.0频率区间上,最小衰减大于dB 15。 2) 以π02.0为采样间隔,绘制出数字滤波器在频率区间[]2/,0π上的幅频响应特 性曲线。 3) 程序及图形 程序及实验结果如下: %%%%%%%%%%%%%%%%%%

%iir_1.m %lskyp %%%%%%%%%%%%%%%%%% rp=1;rs=15; wp=.2*pi;ws=.3*pi; wap=tan(wp/2);was=tan(ws/2); [n,wn]=buttord(wap,was,rp,rs,'s'); [z,p,k]=buttap(n); [bp,ap]=zp2tf(z,p,k); [bs,as]=lp2lp(bp,ap,wap); [bz,az]=bilinear(bs,as,.5); [h,f]=freqz(bz,az,256,1); plot(f,abs(h)); title('双线性z 变换法获得数字低通滤波器,归一化频率轴'); xlabel('\omega/2\pi'); ylabel('低通滤波器的幅频相应');grid; figure; [h,f]=freqz(bz,az,256,100); ff=2*pi*f/100; absh=abs(h); plot(ff(1:128),absh(1:128)); title('双线性z 变换法获得数字低通滤波器,频率轴取[0,\pi/2]'); xlabel('\omega'); ylabel('低通滤波器的幅频相应');grid on; 运行结果: 00.050.10.150.20.25 0.30.350.40.450.500.1 0.2 0.3 0.40.50.60.70.8 0.9 1 双线性z 变换法获得数字低通滤波器,归一化频率轴 ω/2π低通滤波器的幅频相应

有源电力滤波器的发展历史和研究现状概述

有源电力滤波器的发展历史和研究现状概述 1969 年,Bird 和Marsh 等人提出通过向电网注入三次谐波电流来减少电流中 的谐波成分,从而改善电流波形的思想,这就是有源电力滤波技术的萌芽 [11]。 1971 年,日本的H.Sasaki 和T.Machida 提出有源电力滤波器技术,首次完整地描述了有源电力滤波器的基本原理:通过产生与负载谐波和无功电流大小相 等方向相反的补偿电流,来抵消负载谐波和无功电流,从而达到净化电网的目 的。但是由于当时电力电子技术的发展水平不高,全控型器件功率小、频率 低,采用线性放大器产生补偿电流, 损耗大、成本高,因而有源电力滤波器仅局限于实验研究,未能在工业中应 用。 1976 年,L.Gyugyi 等人提出用大功率晶体管构成PWM 逆变器控制APF 来抑制谐波,引起了普遍关注,确立了有源电力滤波器的主电路的基本拓扑结构和控 制方法,从原理上阐明了有源电力滤波器是一个理想的电流发生器,并讨论了 实现方法和相应的控制原理,奠定了有源电力滤波器的基础。 80 年代以来,随着大中功率全控型半导体器件的成熟和脉宽调制(Pulse Width Modulation PWM)控制技术的进步,对有源电力滤波器的研究逐渐活跃起来。这 一时期的一个重大突破是,1983 年H.Akagi 等人提出了“三相电路瞬时无功 功率理论”[12],以该理论为基础的谐波和无功电流检测方法在有源电力滤波 器中得到了成功的应用,极大地促进了有源电力滤波器的发展。 随着电力电子技术的发展,特别是高功率大电流的半导体器件及可关断晶闸管(GTO)的发展以及瞬时无功功率理论提出的发展,国内外对谐波问题的研究也不 断有新的进展,近年来,国际上有关有害电流检测和抑制技术的研究更是十分 活跃,每年都有量的论文发表。这一方面说明了这一研究的重要性,另一方面 也预示着这一领域的研究有望取得重大突破。 国外对有源电力滤波装置的开发研究工作始于20 世纪90 年代初期,到现在已进入实用化阶段。有源电力滤波技术作为改善供电质量的一项关键技术,其补 偿范围包括谐波、无功、畸变电压等,补偿对象有工业整流负载、电弧炉以及 电气化铁道等。在日本、美国以及德国等工业发达国家已得到了高度重视和日 益广泛的应用,APF 被公认为是今后改善电力系统电能质量的发展方向,现在 也已出现具有快速响应、稳定性高的有源滤波装置。目前,世界上APF 的主要生产厂家有日本三菱电机公司、美国西屋电气公司、德国西门子公司等。文献 显示,从1981 年以来,仅日本就有500 多台APF 投入运行,容量范围在 50kVA-60MVA;而在欧洲,投入运行的工业用并联APF 最大容量已经达到 610KVA[13]。

巴特沃斯数字低通滤波器

目录 1.题目.......................................................................................... .2 2.要求 (2) 3.设计原理 (2) 3.1 数字滤波器基本概念 (2) 3.2 数字滤波器工作原理 (2) 3.3 巴特沃斯滤波器设计原理 (2) 3.4脉冲响应不法 (4) 3.5实验所用MA TLAB函数说明 (5) 4.设计思路 (6) 5、实验内容 (6) 5.1实验程序 (6) 5.2实验结果分析 (10) 6.心得体会 (10) 7.参考文献 (10)

一、题目:巴特沃斯数字低通滤波器 二、要求:利用脉冲响应不变法设计巴特沃斯数字低通滤波器,通带截止频率100HZ,采样频率1000HZ ,通带最大衰减为0.5HZ ,阻带最小衰减为10HZ ,画出幅频、相频相应相应曲线。并假设一个信号x(t)=sin(2*pi*f1*t)+sin(2*pi*f2*t),其中f1=50HZ,f2=200HZ 。用此信号验证滤波器设计的正确性。 三、设计原理 1、数字滤波器的基本概念 所谓数字滤波器,是指输入、输出均为数字信号,通过数值运算处理改变输入信号所含频率成分的相对比例,或者滤波器除某些频率成分的数字器件或程序,因此,数字滤波的概念和模拟滤波相同,只是的形式和实现滤波方法不同。正因为数字滤波通过数值运算实现滤波,所以数字滤波处理精度高、稳定、体积小、质量轻、灵活、不存在阻抗匹配问题,可以实验模拟滤波器无法实现的特殊滤波功能。如果要处理的是模拟信号,可通过A\DC 和D\AC,在信号形式上进行匹配转换,同样可以使用数字滤波器对模拟信号进行滤波。 2、数字滤波器的工作原理 数字滤波器是一个离散时间系统,输入x(n)是一个时间序列,输出y(n)也是一个时间序列。如数字滤波器的系统函数为H(Z),其脉冲响应为h(n),则在时间域内存在下列关系 y(n)=x(n) h(n) 在Z 域内,输入输出存在下列关系 Y(Z)=H(Z)X(Z) 式中,X(Z),Y(Z)分别为输入x(n)和输出y(n)的Z 变换。 同样在频率域内,输入和输出存在下列关系 Y(jw)=X(jw)H(jw) 式中,H(jw)为数字滤波器的频率特性,X(jw)和Y(jw)分别为x(n)和y(n)的频谱。w 为数字角频率,单位rad 。通常设计H(jw)在某些频段的响应值为1,在某些频段的响应为0.X(jw)和H(jw)的乘积在频率响应为1的那些频段的值仍为X(jw),即在这些频段的振幅可以无阻碍地通过滤波器,这些频带为通带。X(jw)和H(jw)的乘积在频段响应为0的那些频段的值不管X(jw)大小如何均为零,即在这些频段里的振幅不能通过滤波器,这些频带称为阻带。 一个合适的数字滤波器系统函数H(Z)可以根据需要输入x(n)的频率特性,经数字滤波器处理后的信号y(n)保留信号x(n)中的有用频率成分,去除无用频率成分。 3、巴特沃斯滤波器设计原理 (1)基本性质 巴特沃斯滤波器以巴特沃斯函数来近似滤波器的系统函数。巴特沃斯滤波器是根据幅频特性在通频带内具有最平坦特性定义的滤波器。 巴特沃思滤波器的低通模平方函数表示1 () ΩΩ+ =Ωc N /22 a 11 ) (j H

电力有源滤波器的设计 开题报告

南京工程学院 本科毕业设计(论文)开题报告题目:电力有源滤波器的设计 专业: 班级:学号: 学生姓名: 指导教师: 2014 年3月

学生姓名学号专业指导教师职称 课题来源自拟课题课题 性质 工程技术研究 课题名称电力有源滤波器的设计 毕业设计的内容和意义 根据个人所选课题,把我的研究内容分为以下几个部分: 第 1 部分为绪论,概述了谐波的产生与其危害及谐波抑制的各种方法。有源电力滤波器发展现状,阐述了当前 APF 的研究热点。 第 2部分分析了有源电力滤波器的拓扑结构、工作原理和工作特性。从多个方面出发对有源电力滤波器进行了分类和介绍,并分析了各自的优缺点。 第 3 部分分析了有源电力滤波器谐波检测方法,并分析了各种谐波检测方法的工作原理和特性,通过对比选择 ip-iq 算法作为本文谐波检测方法。 第 4 部分介绍了本次论文的总体设计方案,并给出了相关的原理框图。 第 5部分在MATLAB/Simulink中建立三相三相制有源电力滤波器的仿真模型,并对各个模块进行仿真和详细的阐述。选择不同的整流负载,对负载电流波形和补偿后的电流波形进行对比,验证了 APF 的补偿性能。 第 6部分对全文做出总结,对有源电力滤波器系统存在的一系列问题进行探讨,并提出下一步的展望。

随着电力电子装置日益广泛的应用,电力电子装置自身所具有的非线性导致了电网中含有大量谐波,这些谐波给电力系统带来了严重的污染,严重危害了用电设备和通信系统的稳定运行。虽然传统的无源电力滤波器具有结构简单、成本低、技术成熟、运行费用低等优点,但同时也有一些缺点,例如只能抑制固定的几次谐波,并对某次谐波在一定条件下会与电网阻抗产生谐振反而而使谐波放大。 目前,谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电力滤波器,有源电力滤波器也是一种电力电子装置,且相关技术的研究也日渐成为研究的热点。本文阐述了几种常见APF的拓扑结构及各自的优缺点,详细分析了基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法,比例控制和前馈控制两种电流环控制策略以及SPWM和SVPWM两种调制策略。介绍了电力有源滤波器的基本原理和结构,并设计了并联型有源电力滤波器的控制系统,实验结果表明,其谐波抑制和无功补偿可以达到良好的效果,在技术上是可行的。 文献综述 1.1谐波的产生 谐波的产生主要是由于大容量电力和用电蒸馏或换流设备遗迹其它非线性负荷造成的。电脑里系统中,一切负载的存在将要求电网提供非正弦电流。非线性负载产生了畸变电流波形,并引起电压波形畸变。 系统中的谐波源分为三种:1稳态性:产生的谐波成分和幅值基本稳定不变。如电网电压稳定时的变压器贴心非线性产生的谐波,带稳定负载的整流器等。2动态性:产生的谐波具有明显的随机性。如电弧炉,电气机车等。3突发性:该谐波源在正在运行并不产生谐波,只在特定条件下产生。如变压器空载合闸的励磁涌流,投入电容器组时的暂态过程。 1.2谐波的危害 谐波主要危害可以说是电网的一个公害。主要表现在以下几个方面:增加电力设施的负荷,降低系统的功率因数,降低发电、输电及用电设备的有效容量和效率,造成了设备、线路的浪费和电能损失;引起无功补偿电容器谐振和谐波电流放大,导致电容器组因过电流或过电压而损坏或无法投入运行;产生脉冲转矩致使电动机振动,影响产品质量和电机寿命;由于涡流和集肤效应,使电机、变压器、输电线路等因产生附加功率损耗而过热,浪费电能并加速绝缘老化[1];

有源电力滤波器装置主要应用于什么场合

有源电力滤波器装置主要应用于什么场合 安科瑞王志彬2019.03 小编给大家分享下有源电力滤波器装置主要应用场合领域: 随着国内外电力电子技术的发展,大量由电力电子开关构成的、具有非线性特性的用电设备广泛应用于冶金、钢铁、交通、化工等工业领域,如电解装置、电气机车、轧制机械、高频炉等,故国内外电网中的谐波污染状况日益严重。电网中的高次谐波会造成旋转电机和变压器过热,使电力电容器组工作不正常,甚至造成热击穿损坏;对电力系统中的发电机、调相机、继电保护自动装置和电能计量等也有很大危害,严重时会引发设备误动作,造成重大事故;谐波污染对通信、计算机系统、高精度加工机械,检测仪表等用电设备也有严重的干扰。因此,必须采取有效的措施来消除电网中的高次谐波。 在低压配电网中这些谐波污染问题显得尤为突出,严重影响到各种类大型厂矿的正常生产,如钢铁、煤矿、化工、纺织等企业,以及IT和大规模微电子集成电路企业,造成产品报废,生产线停产,生产设备的寿命骤减甚至损坏。 目前用户通常采用并联型无源滤波器来抑制谐波,但存在不少缺陷。现在的趋势是采用电力电子装置进行谐波补偿,即有源电力滤波器(APF)与前者相比apf有源滤波器能对变化的谐波进行迅速的动态跟踪补偿,而且补偿特性不受电网阻抗的影响。有源电力滤波器装置必定是消除谐波的主导产品 安科瑞ANAPF有源电力滤波器 1、概述 1.1谐波的产生 电力系统中理想的电压、电流波形都是频率为50Hz的正弦波,但是非线性电力设备(大功率可控硅、变频器、UPS、开关电源、中频炉等)的广泛应用产生了大量畸变的谐波电流,谐波电流耦合在线路上产生谐波电压。对非正弦的畸变电流作傅立叶级数分解,其中频率与工频相同的分量为基波,频率是基波频率整数倍的分量为谐波。谐波是电能质量的重要指标。 1.2谐波的危害 ●谐波使公用电网中的元件产生附加的损耗,降低了发电、输电及用电设备的效率。大量三次谐波流过中线会使线路过热,甚至引起火灾。 ●谐波会影响电气设备的正常工作,使电机产生机械振动和噪声等;使变压器局部严重过热;使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短,以致损坏。 ●引起电网谐振,使得谐波电流放大几倍甚至数十倍,会对系统,特别是对电容器和与之串联的电抗器形成很大的威胁,经常使电容器和电抗器烧毁。 ●谐波会导致继电保护,特别是微机综合保护器与自动装置误动作,造成不必要的供电中断和生产损失。谐波还会使电气测量仪表计量不准确,产生计量误差,给用电管理部门或电力用户带来经济损失。 ●临近的谐波源或较高次谐波会对通信及信息处理设备产生干扰,轻则产生噪声、降低通信质量、计算机无法正常工作,重则导致信息丢失,使工控系统崩溃。

设计数字低通滤波器(用matlab实现)

DSP 设计滤波器报告 姓名:张胜男 班级:07级电信(1)班 学号:078319120 一·低通滤波器的设计 (一)实验目的:掌握IIR 数字低通滤波器的设计方法。 (二)实验原理: 1、滤波器的分类 滤波器分两大类:经典滤波器和现代滤波器。 经典滤波器是假定输入信号)(n x 中的有用成分和希望取出的成分各自占有不同的频带。这样,当)(n x 通过一个线性系统(即滤波器)后可讲欲去除的成分有效的去除。 现代滤波器理论研究的主要内容是从含有噪声的数据记录(又称时间序列)中估计出信号的某些特征或信号本身。 经典滤波器分为低通、高通、带通、带阻滤波器。每一种又有模拟滤波器(AF )和数字滤波器(DF )。对数字滤波器,又有IIR 滤波器和FIR 滤波器。 IIR DF 的转移函数是: ∑∑=-=-+==N k k k M r r r z a z b z X z Y z H 10 1)()()( FIR DF 的转移函数是: ∑-=-=10)()(N n n z n h z H FIR 滤波器可以对给定的频率特性直接进行设计,而IIR 滤波器目前最通用的方法是利用已经很成熟的模拟滤波器的设计方法进行设计。 2、滤波器的技术要求 低通滤波器: p ω:通带截止频率(又称通带上限频率) s ω:阻带下限截止频率 p α:通带允许的最大衰减 s α:阻带允许的最小衰减 (p α,s α的单位dB ) p Ω:通带上限角频率 s Ω:阻带下限角频率 (s p p T ω=Ω,s s s T ω=Ω)即 C p p F ωπ2=Ω C s s F ωπ2=Ω 3、IIR 数字滤波器的设计步骤:

有源电力滤波器仿真研究(有参考)

0引言 随着电力电子装置的广泛应用,各类非线性负载产生的谐波和无功功率对电网的危害也日益严重。有源电力滤波器APF(ActivePowerFilter)作为一种理想的谐波无功补偿装置,能够对频率和幅值均发生变化的谐波和无功进行补偿,弥补了传统无源电力滤波器的不足,具有比无源电力滤波器更好的补偿性能,因而得到了迅速的发展,在国外已开始应用于实际生产中。 目前,我国对APF的研究和开发尚处于实验阶段,暂时没有大容量的成熟产品投入使用,因此对APF的研究具有十分重要的意义[1]。 1APF工作原理[2-3] APF由2大部分组成:谐波和无功电流检测电路 及补偿电流发生电路(由补偿电流控制电路、驱动隔离电路和主电路3个部分构成),APF工作原理示意图如图1所示。前者的作用是检测出负载电流中的谐波和无功电流等分量;后者的作用是根据检测出来的谐波和无功电流等产生相应的补偿电流。其中, 补偿电流控制电路是补偿电流发生电路的核心环 节,负责根据补偿电流指令信号,由控制算法计算得到主电路每相桥臂各功率开关器件的触发脉冲;隔离与驱动电路负责驱动主电路IGBT开关;主电路用来产生补偿电流。与APF并联的高通滤波器HPF(HighPassFilter)能滤除APF所产生的补偿电流中开关频率附近的谐波。 APF的基本工作原理是:谐波无功电流检测电路将负载电流iL中的谐波电流iLh和无功电流iLq分离出来,然后把它们反相并产生出补偿电流ic的调制波信号ic*,亦即指令信号ic*=iLh+iLq。补偿电流控制电路根据ic*的值输出触发脉冲,通过驱动隔离电路驱动主电路的功率开关,使其创建出补偿电流ic,ic要跟踪ic*,故ic≈-ic*,因此 is=iL+ic=iL+ic*=iL-(iLh+iLq)=iLp (1)即电源电流is中只含有基波有功分量iLp,从而达到消除谐波和补偿无功功率的目的。根据此原理,对于三相APF,还能对电流的不对称度和负序电流等进行补偿。另外,作为主电路的PWM变流器,在产生补偿电流时,主要作为逆变器工作,在电网向APF直流侧储能元件充电时作为整流器工作,由于其既能工作在逆变状态又能工作在整流状态,故可称作变流器。 APF控制系统中谐波无功电流的检测和补偿电流控制2部分控制方法的选取是影响APF性能的关键。 2APF谐波和无功电流检测方法 准确、实时地检测出电网中瞬态变化的畸变电流是APF进行精确补偿的关键。谐波电流检测方法主要有以下几种[2-3]:模拟带通滤波器(或陷波器)检测法、基于频域分析的快速傅里叶变换FFT(FastFourier Transformation)检测法、 基于现代控制理论的检测法、瞬时波形比较法、自适应检测法和基于瞬时无功功率理论的检测法。其中,常用的是基于瞬时无功功 有源电力滤波器仿真研究 华晓萍,王 奔,孟凌凌,兰金茹,孟庆波 (西南交通大学电气工程学院,四川成都610031) 摘要:叙述了有源电力滤波器APF(ActivePowerFilter)的基本原理,分别介绍了组成APF的谐波和无功电流检测电路、补偿电流发生电路的构成和功能,在此基础上,介绍了常用的APF的谐波和无功电流检测方法、补偿电流控制方法和直流侧电压控制方法。为了验证APF的补偿功能同时加深对其控制方法的认识和理解,用Matlab6.5/Simulink下的SimPowerSystemsBlockset对整个三相并联电压型APF系统进行了仿真研究。仿真结果表明,电压空间矢量脉宽调制SVPWM(SpaceVector PulseWidthModulation)控制的APF能对负载电流中的谐波和无功分量进行快速精确的补偿。 关键词:有源电力滤波器;谐波和无功电流检测;补偿电流控制;Matlab仿真中图分类号:TN713;TM714.3 文献标识码:A 文章编号:1006-6047(2007)01-0042-04收稿日期:2006-03-15;修回日期:2006-07-01 电力自动化设备 ElectricPowerAutomationEquipment Vol.27No.1Jan.2007 第27卷第1期2007年1月 图1APF基本工作原理 Fig.1Principleofactivepowerfilter 负载 驱动隔离电路 补偿电流控制电路 谐波无功电流检测电路 es is RL HPF APF iL ic ic*

浅谈有源电力滤波器设计

综述 随着大容量电力电子装置在高压交流电力系统中日益广泛的应用,谐波和无功等问题严重地威胁着系统自身的安全稳定运行。针对10~35kV高压交流电力系统,国内外目前主要采用无源电力滤波器来抑制谐波并补偿无功功率。无源电力滤波器具有诸多的缺陷,难以达到理想的性能。受功率半导体开关器件的约束,有源电力滤波器常规技术方案的应用限制在低压交流电力系统。提出一种基于基波磁通补偿的串联型有源电力滤波器新原理,通过电力电子变换器的控制,使串联变压器对基波呈现很小的一次侧漏阻抗,对谐波呈现很大的励磁阻抗。通过电力电子变换器的控制,变压器一次侧呈现连续无极可调的电抗。借鉴基波磁通补偿理论及磁通可控的可调电抗器原理,根据串并联的对偶特性,本文提出一种新型的基于阻抗可控的并联混合型有源电力滤波器。在电力电子变换器的控制下,变压器对谐波电流呈现近似为零的低阻抗,从而输导电力系统中的谐波电流,同时对基波电流呈现连续无极可调的电抗,与无源电力滤波器相结合,实时补偿系统的无功功率。通过变压器隔离降压,确保该滤波器安全、可靠、稳定地工作。

1 工作原理 1.1 变压器的结构 变压器的结构如图1所示。其一次侧AX与二次侧ax的匝数分别为W1、W2,变比k=W1/W2,一次侧与二次侧的互感为M。一次侧绕组的电阻为r1,自感为L11。变压器采用非晶态合金铁心,为了确保变压器工作在B-H曲线的线性区,铁心开有气隙。利用电压型逆变器向变压器二次侧绕组中注入补偿电流i2且满足i2=-α*∑i1(n)-β*i1(1) 式中:α为谐波补偿系数;∑i1(n)为实时检测的变压器一次侧谐波电流;β为基波补偿系数;i1(1)为实时检测的变压器一次侧基波电流。 1.2 谐波抑制原理 从AX端看,变压器n次谐波电压方程为ù1(n)=(r1+jW n L11)/ì1(n)+jW n Mì2(n) 若α满足谐波补偿条件α=L11/M 则从AX端看,变压器对谐波电流的等效阻抗为Z AX(n)=ù1(n)/ì1(n)=r1通常r1可忽略,因此,在满足谐波补偿条件时,变压器对谐波电流呈现近似为零的低阻抗。谐波等效电路如图2所示。

有源滤波器的概念原理与设计说明

一、基本概念: 有源电力滤波器(APF)是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置,它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿,之所以称为有源, 顾名思义该装置需要提供电源,其应用可克服LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点(传统的只能固定补偿),实现了动态跟踪补偿,而且可以既补谐波又补无功;三相电路瞬时无功功率理论是APF发展的主要基础理论;APF有并联型和串联型两种,前者用的多;并联有源滤波器主要是治理电流谐波,串联有源滤波器主要是治理电压谐波等引起的问题。有源滤波器同无源滤波器比较,治理效果好,主要可以同时滤除多次及高次谐波,不会引起谐振,但是价位相对高! 二、基本原理: 有源电力滤波器,是采用现代电力电子技术和基于高速DSP器件的数字信号处理技术制成的新型电力谐波治理专用设备。它由指令电流运算电路和补偿电流发生电路两个主要部分组成。指令电流运算电路实时监视线路中的电流,并将模拟电流信号转换为数字信号`,送入高速数字信号处理器(DSP)对信号进行处理,将谐波与基波分离,并以脉宽调制(PWM)信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲,驱动IGBT或IPM功率模块,生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流注入电网,对谐波电流进行补偿或抵消,主动消除电力谐波。 三、基本应用: 谐波主要危害: ? 增加电力设施负荷,降低系统功率因数,降低发电、输电及用电设备的有效容量和效率,造成设备浪费、线路浪费和电能损失; ? 引起无功补偿电容器谐振和谐波电流放大,导致电容器组因过电流或过电压而损坏或无法投入运行; ? 产生脉动转矩致使电动机振动,影响产品质量和电机寿命; ? 由于涡流和集肤效应,使电机、变压器、输电线路等产生附加功率损耗而过热,浪费电能并加速绝缘老化; ? 谐波电压以正比于其峰值电压的形式增强了绝缘介质的电场强度,降低设备使用寿命; ? 零序(3的倍数次)谐波电流会导致三相四线系统的中线过载,并在三角形接法的变压器绕组内产生环流,使绕组电流超过额定值,严重时甚至引发事故。 ? 谐波会改变保护继电器的动作特性,引起继电保护设施的误动作,造成继电保护等自动装置工作紊乱;

数字带通滤波器

课程设计报告 专业班级 课程 题目 学号 学生姓名 指导教师 年月

一、设计题目:IIR 数字带通滤波器设计 二、设计目的 1、巩固所学理论知识。 2、提高综合运用所学理论知识独立分析和解决问题的能力。 3、更好地将理论与实践相结合。 4、掌握信号分析与处理的基本方法与实现。 5、熟练使用MATLAB 语言进行编程实现。 三、设计要求 采用适当方法基于MATLAB 设计一个IIR 带通滤波器,其中带通的中心频率为ωp0=0.5π,;通带截止频率ωp1=0.4π,ωp2=0.6π;通带最大衰减αp =3dB;阻带最小衰减αs =15dB;阻带截止频率ωs2=0.7π. 四、设计原理 1.用脉冲相应不变法设计IIR 数字滤波器 利用模拟滤波器来设计数字滤波器,也就是使数字滤波器能模仿模拟滤波器的特性,这种模仿可以从不同的角度出发。脉冲响应不变法是从滤波器的脉冲响应出发,使数字滤波器的单位脉冲响应序列h (n )模仿模拟滤波器的冲激响应 h a (t ),即将h a (t )进行等间隔采样,使h (n )正好等于h a (t )的采样值,满足 h (n )=h a (nT ) 式中,T 是采样周期。 如果令H a (s )是h a(t )的拉普拉斯变换,H (z )为h (n )的Z 变换,利用采样序列的 Z 变换与模拟信号的拉普拉斯变换的关系得 (1-1) 则可看出,脉冲响应不变法将模拟滤波器的S 平面变换成数字滤波器的Z 平面,这个从s 到z 的变换z =e sT 是从S 平面变换到Z 平面的标准变换关系式。 ??? ?? -= Ω-= ∑∑ ∞ -∞=∞ -∞ ==k T j s X T jk s X T z X k a s k a e z sT π21 )(1) (

有源电力滤波器的研究综述

想要使项目建设成本控制达到真正的有效控制,就必须严格按照一定的经济责任制要求,贯彻实施责任和权利相匹配的原则类型,只有这样在项目建设过程中完全有效的确定各成本发生中心体系,它们都是有效控制成本的载体。 (四)营房建设项目管理成本控制的方法 随着实践和科学研究的不断进行,到现在为止工程建设项目用来成本控制的基本方法和理论依据不断的增加,但是这些方法适合于不同的情况或者说是背景类型,在不同的建设背景下实施不同的控制方法将会产生不同的效果类型。营房建设项目成本控制的基本方法类型包括以下几种: 1.制度控制 制度控制是从最基本的施工单位角度对项目成本实施过程中的总体进行宏观有效的控制。它规定和约定了项目建设成本控制的有效方法和内容,用来解决项目施工建设过程中和成本控制管理中出现的可以有章可循、有例可根的重要问题的解决方法。 2.额度控制 为了控制建设项目最终成本的核算结果,建设或者承包单位必须及时获取或者调查完整的市场材料等价格信息资料。这些最基本的市场资料类型,对比以往历史资料按照一定比例予以控制和计算,由此用于确定建筑安装工程过程中材料基础定额。 3.合同控制 为了有效的控制建设过程中的成本,除采取上述的办法用来控制成本外,还经常采取与以上方法相配套的合同控制的办法。用合同来控制建设成本是指建设企业实施成本建设控制的重要方向之一。合同管理与其他控制办法的最主要不同之处就在于前面的控制方法大多属于行政控制。然而项目建设合同控制管理是指建设合作双方在合同自愿协商、自愿负责控制的基础上,产生的按照法律程式和方法具有约束力的有效控制办法。 作者简介:毕胜,1979年生,工作于中国人民解放军65139部队,现在长春工业大学攻读硕士研究生,项目管理专业。 摘要:随着电力电子技术的发展,电力电子装置在电力系统中的应用越来越广泛,应运而生的非线性和冲击性负载产生的谐波及无功电流对公共电网的污染也日渐严重。在解决谐波问题的众多方法中,有源电力滤波器(APF)是一种相当具有发展前景的谐波抑制装置。在国外,有远点滤波器早已进入了工业实用化阶段;而在国内,由于起步较晚,虽然在理论上已相当成熟,但在工业上却还没有得到广泛的应用。 关键词:有源电力滤波器串联混合型有源电力滤波器并联混合型有源电力滤波器 一、有源电力滤波器的发展历史及分类 有源电力滤波器最早被提出是在B.M.Bird和J.F.Marsh发表的论文(1969年)中,该论文所描述的方法是将三次谐波电流通入交流电网来减少电源中电流的谐波成分,从而改善电源电流波形。 在此之后,L.Gyugyi等人提出了用PWM变换器构成有源电力滤波器的方法,从而确立了有源电力滤波器的概念包括主电路的拓扑结构和控制方法。但由于技术水平还不高,有源电力滤波器仍然只能处于实验研究阶段。 80年代后,电力电子技术和PWM控制技术得到了长足的发展,在此基础上“三相电路瞬时无功功率理论”也被日本学者赤木泰文等人提出,其衍生出来的无功电流检测方法也成功的在有源电力滤波中得到了应用,直到现在该理论任然是有源电力滤波器研究的主要理论。 20世纪90年代末国外学者在此基础上进一步提出了一种新型的有源电力滤波器—— —统一电能质量调节器(UPQC),这种APF同时具有串、并联APF的功能而且具有较高的性价比,虽然目前任然处于试验阶段,但是这也将成为以后有源电力滤波器的一个重要研究方向。 有源电力滤波器从最早的单独使用的并联型,经过多年发展后,分化为现在的串联混合型和并联混合型。为适应对不同电网的补偿,进一步提出了串联型有源电力滤波器等。其本质是根据有源电力滤波器接入电网的方式的不同,将其分为并联型和串联型两大类。 二、有源电力滤波器的国内外研究现状 目前对有源电力滤波器的研究较为成熟的国家主要是日本及一些欧美国家,然而日本学者对拓扑结构的研究更为深入。 有源电力滤波器的主要生产厂商有三菱公司、西屋电气公司、西门子公司、ABB公司等,对有源滤波器的研究也领先于其他生产公司。其中一些产品已经相当成熟,已进入了实用化生产阶段。据日本电气学会对有源电力滤波器在日本应用情况的调查显示,在工业应用中,有源电力滤波器主要用于补偿谐波,占71.7%。而我国对于谐波问题的研究远远落后于其他国家,直到80年代末才有这方面的文章出现,直到现在国内对有源电力滤波器的研究任然处于理论及实验室阶段,虽然近几年有越来越多的单位在进行有源电力滤波器的研究,但研究方向却集中在并联型和混合型上,其中并联混合型有源电力滤波器的研究最成熟。其中包括了功率理论的定义,谐波的检测方法、有源电力滤波器的稳态和动态特性分析等。进几年来国内对谐波问题重视越来越高,利用有源电力滤波器对电能质量的改进潜藏着巨大的市场应用价值,有源电力滤波器在补偿滤波、不平衡电流、中线电流和无功功率等方面必将得到更为广泛的应用。 三、有源电力滤波器的发展方向 有源电力滤波器的主要使用方法是通过对PWM调制来提高开关器件的效率,通常采用IGBT及PWM技术进行谐波补偿和GTO和多重化技术来对谐波进行补偿。 从经济上考虑,大功率滤波装置可采用有源电力滤波器与LC无源滤波的并联使用来减小有源电力滤波器的容量,从而降低成本、提高效率。目前的主要应用趋势是将一种名为“统一电能质量调节器"的有源电力滤波器安装在供电系统的供电侧。 随着高速数字信号处理器(DSP)的出现,使有源电力滤波器的数字化控制也成为一种发展趋势,采数字方法可对谐波和无功电流进行实时计算,而且通过DSP还可以实现数字控制方,可将开关控制信号直接通过I/O接口和PWM接口发出,解决了模拟方法所不能解决的不少问题,同时使系统的抗干扰能力也得到了极大的提高。 在未来的研究中,我们可以从有源滤波器的拓扑结构,补偿性能,控制系统结构和降低成本等几个方面对有源滤波器进行更深一步的研究。 四、评述总结: 为了适应快速增长的电力需求,我国电力系统目前正沿着高电压、大容量、远距离的方向发展。随着电网的迸一步扩大,电力系统的结构日益复杂,需要补偿的谐波和无功容量急剧增加,电力系统对有源电力滤波器装置的容量、性能的要求也越来越高。因此,如何利用有源电力滤波器解决复杂电力系统和复杂负载中的谐波和无功抑制问题,以及如何提高有源电力滤波器的容量和滤波性能是目前有源电力滤波器需要解决的问题。现如今,对并联混合型有源电力滤波器的研究已相当的成熟,并在国外已得到了广泛的应用,在理论上的进一步研究也受到生产能力的限制。再之,其本身存在不能抑制谐振的缺陷,并联混合型有源电力滤波器的进一步研究的空间已经相当的小了。然而串联混合有源电力滤波器就很好的弥补了这一缺陷,并且其研究起步晚,理论也相当的不成熟,其研究的空间还相当的大。 参考文献: [1]周国梁,石新春.经济型有源电力滤波器的分析[J].电力科学与工程, 2004,6(3):34-36. [2]颜晓庆,王兆安.电力有源滤波器及其新发展[J].电工技术杂志,1998,7:3-5. [3]罗安,付青等.变电站谐波抑制与无功补偿的大功率混合型电力滤波器[J].中国电机工程学报,2004,24(9):l16-123. [4]薛文平,刘国海。基于同步参考坐标变换的改进型谐波检测法[J].电力电子技术,2006,40(1):47-49. [5]周柯,罗安等.一种大功率混合注入式有源电力滤波器的工程应用[J].中国电机工程学报,2007,27(22):80-86. 有源电力滤波器的研究综述 王文凯肖亚李茂罗欣沂杨凡弟谢延义 重庆邮电大学自动化学院 上接第265页 257

滤波器的基本技术指标与设计方法

对于滤波器的幅频响应,通常把能通过的信号频率范围定义为通带,而把受阻或衰减的信号频率范围称为阻带,通带和阻带之间的界限频率称为截止频率。对于理想的滤波器在通带内具有零衰减的幅频响应,而在阻带内具有无限大的衰减,这种突变的衰减在物理上是不可实现的,实际的滤波器通常在通带和阻带之间有一个过渡带,而且在通带内无法实现没有衰减,在阻带内无法实现无限大衰减,通常有一个容限。图3.25给出了四种滤波器参数的含义https://www.360docs.net/doc/935061273.html,/article/show-2280.htm 图中δ1和δ2分别为通带和阻带的容限,在设计时通常给出通带允许的最大衰减αp和阻带应达到的最小衰减αs。滤波器的衰减定义为 FIR数字滤波器可以根据要求直接设计,但是对于模拟滤波器和IIR数字滤波器的设计都是基于模拟低通滤波器的基础上进行设计。模拟滤波器的设计流程如图3.26所示。 其中有两个关键的设计步骤,一个就是原型变换,将其他类型的滤波器技术指标转换成模拟低通滤波器的技术指标;另外一个就是模拟低通滤波器设计。 IIR滤波器通常借助模拟滤波器的设计方法来设计。因为在数字滤波器之前,模拟滤波器在设计、应用方面已经有了很长时间,形成了完善的设计理论,并有丰富的设计数据积累和设计表格可以查询,所以在设计数字滤波器时借助模拟滤波器的设计方法是比较经济的。图3.27是IIR数字滤波器的设计流程图。

图中也有两个关键步骤,一个就是从数字域到模拟域的变换,这个变换实现了数字滤波器技术到模拟滤波器技术指标的转换,同样也实现了模拟滤波器系统函数到数字滤波器系统函数的转换;另外一个就是从模拟滤波器技术指标到相应的模拟滤波器的设计。 本资料属于购线网所有,如需转载,请注明出处,更多资料查看,请前往购线网!

有源电力滤波器电路拓扑研究综述

电力电子技术 Power Electronics Vol.43No.10October ,2009 第43卷第10期2009年10月 定稿日期:2009-08-04 作者简介:童立青(1976-),男,浙江宁波人,博士研究生,研 究方向为电能质量控制和电力电子装置在电力系统中的应用。 1引言为适应快速增长的电力需求,我国电力系统正沿着高电压、大容量、远距离的方向发展。随着电网的日益扩大,电力系统的结构也日益复杂,需要补偿的谐波和无功容量急剧增加,电力系统对有源电力滤波器(APF )的容量、性能要求也越来越高[1-3]。同时,电力电子器件可控能量水平与电力系统要求控制能量之间存在巨大的差距,因此如何利用APF 抑制复杂电力系统和复杂负载中的谐波和无功,以及提高 APF 容量和滤波性能是目前亟需解决的问题。 APF 的电路拓扑众多,特别是混合型APF 呈现 出多样化的趋势,因此有必要对拓扑类型进行总结概括和比较分析[4-8]。以电路对偶原理为基础,如电流源型和电压源型负载为对偶,并联型和串联型为对偶等,对现有的APF 电路拓扑按对偶方法进行分类和概括,衍生出各类新型对偶型APF 拓扑,并对它们的电路特性进行了比较。同时,以降低APF 逆变器容量为原则,导出可能存在的低有源容量的混合型APF 。 2谐波源非线性负载 直流侧串有大电感的晶闸管相控或二极管不控 整流装置是传统的电流源型非线性负载(CSNL ),如 图1所示。由于其直流侧电感足够大,直流侧电流保持恒定,可采用并联无源电力滤波器(PPF )或并联有源电力滤波器(PAF )实现谐波抑制。其滤波原理是给并联谐波源提供一个低阻通道,减少流入电网的谐波,而对于高次谐波,电网本身的系统阻抗也会阻止谐波电流流入电网。近年来大量应用带直流平滑电容器的二极管整流装置,其电路特性属电压源型非线性负载(VSNL ),如图2所示。而PPF 或PAF 不适合抑制这种谐波源,于是产生了另一种谐波抑制装置,即用串联无源电力滤波器(SPF )或串联有源电力滤波器(SAF )来补偿谐波源产生的谐波电压。 3有源电力滤波器拓扑 从电路对偶原理角度,谐波电流源与谐波电压 源是一对对偶电路,同样PPF (PAF )与SPF (SAF )也 有源电力滤波器电路拓扑研究综述 童立青1,2,钱照明1,彭方正1 (1.浙江大学,浙江杭州 310027;2.复旦大学,上海200433) 摘要:对有源电力滤波器(APF )的各种拓扑进行了研究。通过电路对偶原理,把现有的谐波负载类型分为电流源非线性负载(Current Source Nonlinear Load ,简称CSNL )和与其对偶的电压源非线性负载(Voltage Source Nonlinear Load ,简称VSNL ),同样把现有的APF 按其功能分类概括为抑制和补偿这两类谐波负载的对偶型APF ,同时对由对偶衍生出的一些新型拓扑的滤波特性进行了比较。 关键词:滤波器;拓扑/有源电力滤波器;对偶原理;非线性负载中图分类号:TM761 文献标识码:A 文章编号:1000-100X (2009)10-0002-03 Overview Research of Active Power Filter Topologies TONG Li -qing 1,2,QIAN Zhao -ming 1,PENG Fang -zheng 1 (1.Zhejiang University ,Hangzhou 310027,China ;2.Fudan University ,Shanghai 200433,China ) Abstract :The topologies of the active power filters (APF )are mainly researched.The existing nonlinear harmonic loads are classed with current source nonlinear load (CSNL )and its dual voltage source nonlinear load (VSNL )based on circuitry duality.Similarly ,the existing APF are classified two sorts according to the function of harmonic suppressing orcompensa -tion.Then ,some novel APF topologies are dual derived.Finally ,a comprehensive comparison of all configurations is made in terms of required ratings ,costs ,performance and control. Keywords :filter ;topology /active power filter ;circuitry duality ;nonlinear load 图2 二极管整流电压源 图1晶闸管相控或二极管不控相控整流电流源 2

相关文档
最新文档