無功功率計(jì)量中移相法的FPGA實(shí)現(xiàn)

圖5 為頻率為150 Hz 的正弦波信號(hào)經(jīng)過Hilbert 濾波器以后的信號(hào)。

由仿真結(jié)果可知所設(shè)計(jì)的Hilbert 數(shù)字濾波器能精確地將所輸入的電壓諧波信號(hào)的基波及每次諧波都移相，并在此基礎(chǔ)上計(jì)算獲得精確的無功功率值。

3.3 FIR 型Hilbert 數(shù)字濾波器的FPGA 實(shí)現(xiàn)

3.3.1 FIR IP 核的生成

Altera 公司提供的FIR IP 核是一個(gè)高性能、參數(shù)化的IP 核， 可以用來實(shí)現(xiàn)FIR 濾波器。該IP 核支持全并行結(jié)構(gòu)、全串行結(jié)構(gòu)、多位串行結(jié)構(gòu)、可變的多時(shí)鐘結(jié)構(gòu)等多種結(jié)構(gòu)， 濾波器的參數(shù)可以通過該IP 核的參數(shù)化界面進(jìn)行設(shè)計(jì)，也可以將在第三方軟件中設(shè)計(jì)好的濾波器系數(shù)導(dǎo)入該IP 核中從而完成濾波器設(shè)計(jì)， 它的所有輸入輸出信號(hào)格式都與AvalON 總線的STreaming 結(jié)構(gòu)的接口相符，可以方便地加入到應(yīng)用工程中。

本文中FIR 濾波器的實(shí)現(xiàn)方法是將Matlab 產(chǎn)生的濾波器系數(shù)導(dǎo)入Quartus ii 中的FIR IP CORE 中。圖6是Quartus 生成的FIR IP 核。

3.3.2 FIR IP 核的的驗(yàn)證

由于所設(shè)計(jì)的Hilbert 濾波器的頻率范圍為40 Hz~960 Hz， 所以驗(yàn)證時(shí)將用頻率為150 Hz 正弦波信號(hào)通過所設(shè)計(jì)的濾波器， 觀察結(jié)果來驗(yàn)證該濾波器是否實(shí)現(xiàn)了π/2 移相。

本文討論了無功功率與有功功率之間的關(guān)系， 以及計(jì)算無功功率方法中移相法的兩種方法， 根據(jù)在Matlab中對(duì)基于采樣點(diǎn)平移的移相法和Hilbert 濾波器法的仿真可以看出， 基于采樣點(diǎn)平移的移相法在實(shí)際應(yīng)用中有局限性， 只能在一些要求不高的場合采用。而Hilbert 濾波器法可以做到移相準(zhǔn)確、計(jì)量精度高， 因此， 基于Hilbert 變換的移相算法是無功計(jì)量中較好的方法。