[發明專利]一種用于電能計量的希爾伯特濾波器

有效

• 申請號: 200710119919.2
• 申請日: 2007-08-03
• 公開（公告）號: CN101110580A
• 公開（公告）日: 2008-01-23
• 發明（設計）人: 王榮華;門長有;楊昆;張岳
• 申請（專利權）人: 杭州萬工科技有限公司;北京萬工科技有限公司;萬高(杭州)科技有限公司
• 主分類號: H03H17/02
• 分類號: H03H17/02;G01R11/52
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所
• 代理人: 羅文群

技術領域

本發明涉及一種用于電能計量的希爾伯特濾波器，具體是一種希爾伯特(Hilbert)濾波器的超大規模集成電路實現裝置，屬于電能計量技術領域。

背景技術

在電能計量領域，計算無功功率，無功電能，功率因數的時候，都需要進行無功計量。無功計量的一種方法就是使用希爾伯特(Hilbert)濾波器。

無功計量的基本原理就是將電流或者電壓信號移相90度，可以采用采樣窗移相，積分器移相，微分器移相，濾波器逼近等方法移相，這些方法的問題在于無法保證在較寬的頻率范圍內增益為常數，移相為一致的90度，因此只能滿足計量基波無功的需要。

對于大頻率范圍內的諧波計量，希爾伯特(Hilbert)濾波器可以提供理想的移相特性?？梢员ＷC基波和諧波具有同樣的增益和嚴格一致的90度移相。

希爾伯特(Hilbert)濾波器設計的難點在于，要達到一定的設計精度要求，同時保證濾波器的穩定，希爾伯特(Hilbert)濾波器一般都是高階的濾波器，需要大量的乘法器和存儲器單元，采用直接實現的方法將占用大量的硅片面積，大大增加了最終產品的成本。

發明內容

本發明的目的是提出一種用于電能計量的希爾伯特濾波器，利用超大規模集成電路首先希爾伯特(Hilbert)濾波器各項功能，使希爾伯特濾波器占用的硅片面積小，以降低希爾伯特(Hilbert)濾波器的硅片成本。

本發明提出的用于電能計量的希爾伯特濾波器，包括：

輸入端口選擇器，用于接收來自電網的電流和電壓信號，并將并行輸入的電流和電壓信號數據流轉換為串行數據流，所述的輸入端口選擇器與數據選擇器相連接；

數據選擇器，用于根據控制器的控制時序，對來自輸入端口選擇器的串行電流和電壓信號與來自乘法累加器的乘法累加結果進行選擇，將選擇結果輸入到存儲器中；

地址發生器，用于根據控制器譯碼產生存儲器讀寫操作地址；

控制器，用于根據希爾伯特濾波器每一個二階節的計算時序，分別產生數據選擇器、地址發生器、輸入端口選擇器、輸出端口選擇器、乘法累加器和系數發生器的控制時序，所述的控制器分別與數據選擇器、地址發生器、輸入端口選擇器、輸出端口選擇器、乘法累加器和系數發生器相連接；

存儲器，用于存儲希爾伯特濾波器計算的中間數據；

輸出端口選擇器，用于接收存儲器輸出的電流和電壓信號，并將接收的電流和電壓信號轉化為并行電流和電壓數據流后輸出；

乘法累加器，用于對存儲器輸出的數據進行乘法累加操作后得到乘法累加結果，并將累加結果輸出至數據選擇器，乘法累加器分別與存儲器和系數發生器相連接；

系數發生器，用于根據控制器的時序產生濾波器的每個二階節的系數，并將該系數輸出至乘法累加器。

上述濾波器中的乘法累加器，包括：

乘法器，用于接收所述的存儲器的數據輸入和所述的系數發生器產生的濾波器系數，將其相乘后得到乘積信號，乘法器與加法器相連接；

加法器，用于將寄存器的數據和上述乘法器輸出的乘積信號累加，輸出累加信號；

寄存器，用于將上述加法器輸出的累加信號進行寄存，為下一次加法器的累加計算提供輸入，寄存器與加法器相連接。

上述濾波器中的地址發生器，包括：

采樣點計數器，用于計算濾波器計算的采樣點數；

加法器，用于將采樣計數器的值和控制器輸入的控制信號的值相加，產生存儲器讀寫操作地址，加法器分別與所述的控制器和所述的存儲器相連接。

上述濾波器中的控制器，包括：

循環計數器，用于對濾波器執行的計數步驟進行計數，循環計數器和譯碼器相連接；

譯碼器，將循環計數器的輸出譯碼為對所述的輸入端口選擇器、數據選擇器、地址發生器、乘法累加器、系數發生器的控制信號。

本發明提出的用于電能計量的希爾伯特濾波器，其優點是：使用的硅片面積較小，因此降低了希爾伯特(Hilbert)濾波器采用超大規模集成電路實現的成本。濾波器在處理一個采樣點時對存儲器的訪問次數較少，因此提高了數據的吞吐率。

附圖說明

圖1是本發明提出的希爾伯特濾波器的結構框圖。

圖2是本希爾伯特濾波器中乘法累加器的結構圖。

圖3是本希爾伯特濾波器中地址發生器的結構圖。

圖4是本希爾伯特濾波器中控制器的結構圖。

圖5是本發明濾波器控制器中數據生成的原理圖。

圖6是三相電能無功計量裝置的希爾伯特(Hilbert)濾波器算法圖。