第33卷第3期河海大学学报(自然科学版)2005年5月JournalofHohaiUniversity(NaturalSciences)May2005电力参数采集中移相算法研究陈冬红，王柏林，刘华2(1．南京市河海大学电气工程学院，江苏南京2100982；2．南京市供电局，江苏南京210002)摘要：对电力参数采集中常用的移相算法提出了改进，主要是针对选择窗函数时矩形窗过渡带窄但纹波较大，海明窗平滑但过渡带变宽、泄漏大等问题．在过渡带范围内使用非理想函数代替理想函数来设计FIRHilbert滤波器，并通过仿真比较，证明采用非理想化Hilbert变换设计的滤波器大大地改善了Gibbs现象，而且还能初步设定过渡带的截止频率．关键词：电力参数采集；移相算法；Gibbs现象；滤波器中图分类号：TM934文献标识码：A文章编号：1000—1980(2005)03—0331—03在电力参数采集中，经常会用到移相算法、以前，电网波形畸变率较小，因此对于谐波的影响考虑较少，而且近似认为频率为工频量，又由于技术及成本的限制，以前大都采用将信号采集点移后N／4(N为一个周期采样点数)作为移相90。的信号量．随着科学技术的不断发展，各种测量技术不断得到完善与发展，特别是数字测量技术．目前数字处理能力迅速提高，而且其增长速度也越来越快，但成本却越来越低、因此，数字处理技术在各行各业得到了广泛的应用，同样也应用到了电力参数采集中来．1Gibbs现象由理想Hilbert滤波器的单位抽样响应可知，此系统是非因果系统且是无限长的，因此这种系统物理上是不可实现的．因此需设计滤波器对其进行逼近．设计FIR滤波器最简单的方法是窗函数法，因此本文采用这种方法来设计FIRDF．设计一种滤波器来逼近理想滤波器，得到逼近这种系统的因果FIR滤波器的最直接的方法是截短理想脉冲响应．但是，窗函数法设计的FIRDF存在着著名的Gibbsl1．2]现象．所谓的Gibbs现象，是在把周期信号展开为傅里叶级数时，各频率分量的叠加随着频率分量项数取得愈多，愈接近原信号．但在间断点附近，尖峰幅度并未明显减少，而是随着频率分量项数的增加，趋于跃变值的8．95％(但是信号能量并未改变)，这种现象就称为Gibbs现象．文献[1]用傅里叶级数的均方误差分析了Gibbs现象的存在性．文献[2]采用MATLAB语言编程对Gibbs现象进行了计算机仿真研究，验证了Gibbs现象的存在．2改进窗函数法设计的FIRHilbert滤波器为了减少Gibbs现象，文献[3]提出了一种新的方法——数据翻转法，但这种方法只适用于波形长度相对较短的信号．常用的方法是选取旁瓣较小的窗函数．目前常用的窗函数有矩形窗、Bartlett窗、Hanning窗、Hamming窗、Blackman窗等．它们的效果各有千秋，例如：矩形窗过渡带窄，但纹波较大；Hamming窗平滑，但过渡带变宽，泄漏大．由于窗的选择与性能指标间并无严格的解析关系，设计时必须反复试凑才能获得较为理想的结果，因此给设计人员带来巨大的设计工作量，也限制了这种简易方法的广泛应用，而且这样并不能从根本上消除Gibbs现象．文献[4]提出了一种设计任意型一维FIR数字滤波器的新方法．文献[5]主要从降低非同步引起的误差方面设计的低通滤波器．因此，本文采用如下方法：过渡带使用非理想函数代替理想函数．如图1所示，实虚线是理想函数，光滑曲线部分是代替理想曲线的过渡带．这样非理想化后的(ej)就不存在不连续点了，而且能设计出过渡带的初值．因此，非理想化的Hilbert变换器的理想频率响应为收稿日期：2004—05-14作者简介：陈冬红(197o一)，女，湖南邵东人，讲师，主要从事电力系统谐波分析研究332河海大学学报(自然科学版)第33卷|KI()ej(争a)1<<7cl：K2()一ej(争am)tO2<c<c1／K2()ej(争一)0<<(ej)：(1)O2I：一丌一∞l一∞2一K2()ej(争一)一2<<0ej(争am)／一1<<一2()／一K1()ej(争am)—7c<<一l非理想化后的冲激响应为图1非理想化的(J振幅曲线一二plitudecJu～rveof(C()兰+(n∞】d+。()ej[三+(n】d+f一ej[兰+(n—a)m】ejmnd+f‘(一1)ej[苎+(n—a)】ejmnd+广(一K2())ej[兰+(n—a)m】ejmnd+f()ej[三+(n—a)m】ejmnd)：hl(n)+h2(n)+h3(n)(2)式中：n)：(([⋯)∞】d+。([⋯)∞】d)(3)Jl：(，t)：(-