無功功率計量中移相法的FPGA實現(xiàn)

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

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

3.3 FIR 型Hilbert 數(shù)字濾波器的FPGA 實現(xiàn)

3.3.1 FIR IP 核的生成

Altera 公司提供的FIR IP 核是一個高性能、參數(shù)化的IP 核， 可以用來實現(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，也可以將在第三方軟件中設(shè)計好的濾波器系數(shù)導(dǎo)入該IP 核中從而完成濾波器設(shè)計， 它的所有輸入輸出信號格式都與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 核的的驗證

由于所設(shè)計的Hilbert 濾波器的頻率范圍為40 Hz~960 Hz， 所以驗證時將用頻率為150 Hz 正弦波信號通過所設(shè)計的濾波器， 觀察結(jié)果來驗證該濾波器是否實現(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， 以及計算無功功率方法中移相法的兩種方法， 根據(jù)在Matlab中對基于采樣點平移的移相法和Hilbert 濾波器法的仿真可以看出， 基于采樣點平移的移相法在實際應(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、計量精度高， 因此， 基于Hilbert 變換的移相算法是無功計量中較好的方法。