巴特沃斯数字滤波器在逆变器中的仿真及应用.pdf
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1、船电技术|应用研究 Vol.43 No.06 2023.06 92 巴特沃斯数字滤波器在逆变器中的仿真及应用巴特沃斯数字滤波器在逆变器中的仿真及应用 黄 浩1,李 睿2(1.武汉长海电气科技开发有限公司,武汉 430064;2.武汉长海电气科技开发有限公司,武汉 430064)摘 要:数字滤波具有精度高、灵活性好、可靠性高等优势并且可以针对信号处理的要求通过修改参数来改变波特性,再现代电力电子设备中应用广泛。本文基于数字滤波器原理,通过理论推导,参数确定,程序编写,在 Matlab 软件工具箱的基础上,设计了适用于 UPS 电源的巴特沃斯低通数字滤波器。仿真和试验结果表明,巴特沃斯数字滤波器能
2、在不额外增加滤波设备的情况下,有效滤除谐波,提升电能质量。关键词:巴特沃斯滤波器 双线性变换 UPS 电源 MATLAB 中图分类号:TN713 文献标识码:A 文章编号:1003-4862(2023)06-0092-04 Simulation and application of butterworth digital filter in inverter Huang Hao1,Li Rui2(1.Wuhan ChangHai electric technology development CO.LTD,Wuhan 430064,China;2.Wuhan ChangHai electric
3、 technology development CO.LTD,Wuhan 430064,China)Abstract:digital filtering has the advantages of high precision,good flexibility and high reliability,and it can change the wave characteristics by modifying parameters according to the requirements of signal processing,and it is widely used in moder
4、n power electronic equipment.Based on the principle of digital filter,through theoretical derivation,parameter determination and programming,this paper designs Butterworth low-pass digital filter for UPS on the basis of Matlab software toolbox.The simulation and test results show that Butterworth di
5、gital filter can effectively filter out harmonics and improve power quality without additional filtering equipment.Keywords:butterworth filter;bilinear transformation;UPS power supply;MATLAB 0 引言引言 电力系统随着社会进步及发展不断加强和完善,高效率高质量电力电子装置逐渐普及及应用,各种电力装备例如 UPS 不间断电源,有源滤波器,模块化级联逆变器等,迅速得到发展应用。同时,现代社会对电能质量要求不断提
6、高,谐波不仅影响电网电能质量,产生谐波损耗,降低发电、输电及用电设备的效率,大量的 3 次谐波流过中性线会使线路过热甚至发生火灾,谐波问题亟待解决。滤波器能有效解决谐波问题,传统有源滤波器设计复杂,不能进行高次滤波,并且增加额外成本,因此,数字滤波技术应用而生。数字滤波 收稿日期:2022-06-20 作者简介:黄浩(1990-),男,助理工程师。研究方向:开关电器。E-mail: 具有精度高、灵活性好、可靠性高等明显优势并且可以针对信号处理的要求通过修改参数来改变波特性,所以在实际中使用更多的是数字滤波器1。本文基于数字滤波技术,通过双线性模数转换和巴特沃斯模拟滤波器来设计巴特沃斯无限长单位
7、冲激响应 IIR 数字滤波器,在 MATLAB 软件设计的基础上转换为 C 语言设计,并将其应用到 UPS 不间断电源中。1 IIR 数字滤波器设计原理数字滤波器设计原理 模拟滤波器的一般性传递函数如下:1010mmmmnnnnb SbSbH sa SaSa (1)不难看出,在模拟滤波器的设计过程是在 SVol.43 No.06 2023.06 船电技术|应用研究 93 平面上寻找一组a,b去不断逼近需要的频率响应,以求满足设计指标要求。类似地设计思路,在 Z 平面上去寻找一组系数不断逼近需要的频率响应,IIR 数字滤波器就可以用一个 n 阶差分方程来表示2:nrkyb x nra y nk
8、(2)用 Z 域系统函数为:z1rrkkb zHa z (3)模拟滤波器具有无限长的单位冲击响应,而数字滤波器也需要有无限长的冲击响应,所以可以按照模拟滤波器的设计思路来对应设计数字滤波器,其关键问题在于利用复值映射将模拟滤波器离散化,从而将 H(s)转换为 H(z),冲激响应不变法和双线性变换法能够有效解决此问题3-4,本文所采用的是双线性变换法,由模拟滤波器设计数字滤波器的程序流程图如图 1 所示:数字滤波器性能指标指标参数变换中间模拟滤波器性能指标求出阶数N及相关参数模拟滤波器设计数字滤波器双线性变换法 图 1 数字滤波器设计流程 巴特沃斯低通滤波器设计及 MATLAB 实现 巴特沃斯(
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