一种全通IIR型滤波器及无功功率计算方法技术

本发明专利技术属于数字信号处理技术领域，具体涉及一种全通IIR型滤波器及无功功率计算方法，该全通IIR型滤波器的系数采用相位误差逼近的方式确定，确定过程如下：1)依据Hilbert滤波器传递函数阶数和通带范围确定该滤波器的相位响应，根据该滤波器的相位响应和理想相位响应确定滤波器相位响应误差；2)依据最小P次方相位误差原则和相位响应误差建立全通IIR型滤波器的代价函数J；3)求解代价函数J，得到N阶全通IIR型滤波器的系数。由此，本发明专利技术解决了现有技术中IIR型Hilbert滤波器系数确认过程中计算步骤复杂的问题。步骤复杂的问题。步骤复杂的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种全通IIR型滤波器及无功功率计算方法


[0001]本专利技术属于数字信号处理
，具体涉及一种全通IIR型滤波器及无功功率计算方法。

技术介绍

[0002]无功功率计量是电能计量系统的一项重要功能，在监测电设备功率因数、提高电力线路供电质量的作用，而在众多的移相方法中，又以Hilbert移相法性能最优，可同时对所有的频率移相，移相精度高，而且能在一定的频率变化范围内很好的跟踪基频，减小误差。相对于FIR型的Hilbert滤波器，IIR型滤波器可在保证宽范围的通带时有效减少滤波器阶数，大大降低计算量。
[0003]但是，在IIR型Hilbert滤波器设计方法中，以椭圆形半带滤波器为基础的Hilbert滤波器对性能最优，该方法中需要经过椭圆型半带滤波器设计到Hilbert滤波器组，以传递函数复响应误差来逼近Hilbert的设计，需要考虑幅度响应，计算步骤复杂。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种全通IIR型滤波器，用以解决现有技术中IIR型Hilbert滤波器系数确定过程中计算步骤复杂的问题；本专利技术又提供一种基于全通IIR滤波器的无功功率计算方法，用以解决现有技术中由于IIR型Hilbert滤波器系数确定过程中计算复杂，导致无功功率计算复杂且慢的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所提供的技术方案以及技术方案对应的有益效果如下：
[0006]本专利技术的一种全通IIR型滤波器，该全通IIR型滤波器的系数采用相位误差逼近的方式确定，确定过程如下：
[0007]1)依据Hilbert滤波器传递函数阶数和通带范围确定该滤波器的相位响应，根据该滤波器的相位响应和理想相位响应确定滤波器相位响应误差；
[0008]2)依据最小P次方相位误差原则和相位响应误差建立全通IIR型滤波器的代价函数J；
[0009]3)求解代价函数J，得到N阶全通IIR型滤波器的系数。
[0010]上述技术方案的有益效果为：本专利技术全通IIR型Hilbert滤波器设计采用最小P次方相位误差原则逼近来求解滤波器系数。具体地，首先计算得到相位响应误差，然后基于最小P次方相位误差原则，确定滤波器的代价函数，求解代价函数的极小值，进而得到滤波器系数。相对于现有技术中以传递函数复响应误差来逼近Hilbert的设计，本专利技术无需考虑幅度响应，而是直接通过相位误差逼近目标滤波器，计算原理和步骤简单。由此，本专利技术解决了现有技术中IIR型Hilbert滤波器设计方法计算步骤复杂的问题。此外，可通过调整移相器阶数N、次数P和相位误差ε等参数来满足不同的指标要求，适用性强。
[0011]进一步地，步骤3)中采用迭代法求解代价函数J。
[0012]进一步地，步骤2)中代价函数J为：
[0013][0014]其中，R为通带范围，W(w)为权重函数，p为次数，E(w)为相位响应误差。
[0015]进一步地，迭代终止条件为：
[0016]|a
k
‑
a
k
‑1|＜ε
[0017]其中，a
k
为第k次迭代得到的滤波器系数，a
k
‑1为第k
‑
1次迭代得到的滤波器系数，ε为滤波器系数稳定误差。
[0018]本专利技术提供的一种基于全通IIR型滤波器的无功功率计算方法，包括以下步骤：
[0019]1)获取电压采样信号u(n)和电流采样信号i(n)；
[0020]2)设定全通IIR型滤波器的阶数N、P次方相位误差原则的次数p、理想相位响应函数、通带范围R、和滤波器系数稳定误差ε；
[0021]3)将电压采样信号u(n)输入全通IIR型滤波器，得到移相后的电压采样信号u
′
(n)；
[0022]4)对电流采样信号i(n)进行延时，得到延时后的电流采样信号I
′
(n)；
[0023]5)将移相后的电压采样信号u
′
(n)乘以延时后的电流采样信号I
′
(n)，得到瞬时无功功率。
[0024]上述技术方案的有益效果为：本专利技术计算无功功率时采用全通IIR型滤波器，全通IIR型滤波器设计采用最小P次方相位误差原则逼近来求解滤波器系数。具体地，首先计算得到相位响应误差，然后基于最小P次方相位误差原则，确定滤波器的代价函数，求解代价函数的极小值，进而得到滤波器系数。相对于现有技术中以传递函数复响应误差来逼近Hilbert的设计，本专利技术无需考虑幅度响应，而是直接通过相位误差逼近目标滤波器，计算原理和步骤简单，进而计算无功功率速度快计算也相对简单；而且可通过调整移相器阶数N、次数P和相位误差ε等参数来满足不同的指标要求，适用性强。
[0025]进一步地，为了提高无功功率精确度，步骤5)中全通IIR型滤波器输出瞬时无功功率之后需滤除高频信号。
[0026]进一步地，为了提高无功功率精确度，步骤5)中全通滤波器输出瞬时无功功率之后需要进行均值计算。
[0027]进一步地，通带范围R＝[0.04*π，0.96*π]。
附图说明
[0028]图1是本专利技术的一种基于全通IIR型滤波器的无功功率计算方法的原理框图；
[0029]图2是本专利技术的一种基于全通IIR型滤波器的无功功率计算方法实施例中Hilbert滤波器的相位与目标相位响应的相位误差图；
[0030]图3是本专利技术的一种基于全通IIR型滤波器的无功功率计算方法实施例中Hilbert滤波器相频响应图；
[0031]图4是本专利技术的一种基于全通IIR型滤波器的无功功率计算方法实施例中Hilbert滤波器幅频响应图。
具体实施方式
[0032]现有技术中，设计IIR型Hilbert滤波器时，以椭圆形半带滤波器为基础的Hilbert滤波器对性能最优，但该方法需要经过椭圆型半带滤波器设计到Hilbert滤波器组，还需要经过传递函数变换等等一系列的操作，计算步骤复杂。本专利技术针对现有技术存在的缺陷和不足，提出一种基于全通IIR滤波器的无功功率计算方法。该全通IIR型Hilbert滤波器设计以最小P次方相位误差原则逼近，相对于以传递函数复响应误差来逼近Hilbert的设计，本专利技术无需考虑幅度响应，直接通过相位误差逼近目标滤波器，计算原理和步骤简单，且可通过调整滤波器参数(滤波器系数)达到与半带型Hilbert滤波器相近的性能。
[0033]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。
[0034]一种全通IIR型滤波器实施例：
[0035]本专利技术的一种全通IIR型滤波器的实施例，本实施例中全通IIR型滤波器的系数采用以下方法确定：
[0036]步骤1)：依据Hilbert滤波器传递函数阶数和通带范围确定该滤波器的相位响应，根据该滤波器的相位响应和理想相位响应确定滤波器相位响应误差。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全通IIR型滤波器，其特征在于：该全通IIR型滤波器的系数采用相位误差逼近的方式确定，确定过程如下：1)依据Hilbert滤波器传递函数阶数和通带范围确定该滤波器的相位响应，根据该滤波器的相位响应和理想相位响应确定滤波器相位响应误差；2)依据最小P次方相位误差原则和相位响应误差建立全通IIR型滤波器的代价函数J；3)求解代价函数J，得到N阶全通IIR型滤波器的系数。2.根据权利要求1所述的全通IIR型滤波器，其特征在于：步骤3)中采用迭代法求解代价函数J。3.根据权利要求1所述的全通IIR型滤波器，其特征在于：步骤2)中代价函数J为：其中，R为通带范围，W(w)为权重函数，p为次数，E(w)为相位响应误差。4.根据权利要求2所述的全通IIR型滤波器，其特征在于：迭代终止条件为：|a
k
‑
a
k
‑1|＜ε其中，a
k
为第k次迭代得到的滤波器系数，a
k
‑1为第k
‑
1次迭代得到的滤波器系数，ε为滤波器系数稳定误差。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈飞飞，吴义文，黄梅莹，孙胤杰，楼红伟，
申请(专利权)人：深圳智微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：