[发明专利]巴特沃斯数字滤波器及利用其实现频率自适应的滤波方法

摘要

本发明公开的巴特沃斯数字滤波器，由相互串联的两个二阶带通滤波器组成，本发明公开的利用巴特沃斯数字滤波器实现频率自适应的滤波方法，其采用两个双二阶巴特沃斯带通滤波器，电网电压信号通过第一个双二阶巴特沃斯带通滤波器得到电网电压基波信号，再通过三点计算方法和均值滤波得到该信号的实时频率，该实时频率作为第二个双二阶巴特沃斯带通滤波器的中心频率，使该滤波器能够实时跟踪电网频率。本发明的巴特沃斯数字滤波器及利用其实现频率自适应的滤波方法能够实时跟踪电网的相位和频率，并能有效消除因电网频率变化而导致的相位和频率检测误差，从而使滤波效果最佳，且最终输出的电网电压基波信号幅值无衰减、相位无偏差。

主权项

一种利用巴特沃斯数字滤波器实现频率自适应的滤波方法，其特征在于，所用的巴特沃斯数字滤波器由相互串联的两个二阶带通滤波器组成，所述两个二阶带通滤波器的传递函数分别为：H1(s)=(K1ω0C/Q)ss2+(Dω0/E)s+D2ω02---(2),]]>H2(s)=(K2ω0C/Q)ss2+(ω0/DE)s+ω02/D2---(3),]]>在公式(2)和(3)中，E=1BC+4Q2+(C+4Q2)2-(2BQ)22---(4),]]>D=12[BEQ+(BEQ)2-4]---(5),]]>其中，Q为品质因数，ω0为滤波器的角频率，B和C为低通系数，K1和K2为对应两个二阶带通滤波器的增益；包括如下步骤：步骤一，将电网电压Uin经过零阶保持器离散化处理后依次通过前置的巴特沃斯数字滤波器中串联的两个二阶带通滤波器，得到电网电压的基波信号Uf0＝50Hz，此信号幅值有衰减，相位有偏差，并通过采样得到Uf0＝50Hz最近的三个采样点的瞬时值，记为U1，U2，U3；步骤二，利用U1，U2，U3通过三点计算方法得到所述电网电压基波信号Uf0＝50Hz的频率f，幅值U和相位角α，三点计算方法的公式如下：cosωT=U1+U32U2---(9),]]>tanα=U3sinωTU3cosωT-U2---(10),]]>U=U22+U32-2U1U3cosωT2sinωT---(11),]]>其中，ω是电网电压基波信号的角频率，T为三点计算方法的采样时间；步骤三，将所述电网电压基波信号Uf0＝50Hz的频率f经过均值滤波后得到所述电网电压基波信号Uf0＝50Hz的实时频率fav；步骤四，将所述电网电压基波信号Uf0＝50Hz的实时频率fav作为后置的巴特沃斯数字滤波器的中心频率，将所述步骤一中的电网电压Uin经过零阶保持器离散化处理后的信号和将所述电网电压基波信号Uf0＝50Hz的实时频率fav同时通过后置的巴特沃斯数字滤波器中串联的两个二阶带通滤波器，得到幅值无衰减，相位无偏差的电网电压基波信号，实现对电网电压Uin频率自适应的滤波处理。