常用的濾波器的介紹

　　數字濾波器

　　定義

　　數字濾波器是與模擬濾波器相對應的，我們在常用的離散系統中， 使用數字濾波器。它的主要作用是利用離散時間系統的特性，在這里 時間就是一個變量，然后在對外部輸入的信號，進行處理，這里的輸 入信號一般都是廣義上的波形型號，信號可以是電壓、電流、功率等。 當然也有類似于頻率等這種。在實際的操作中，我們也可以把輸入的信號波形變成輸出，也就是將輸入和輸出倒置。從而實現我們將信號的頻譜修改的目的。

　　實現技術手段

　　數字濾波器有多種方式可以實現信號的處理，我們介紹在實際中使用最多的兩種，一種是我們集成電路的方式將集成電路的各種元 器件組成一個專用的設備，這種設備稱之為數字信號處理機，類似于arm架構或者單片機架構的數字處理機就是我們常用的一種，這種方式對于成套批量的需求商用價值比較高，因為造價成本比較低，受到了市場的歡迎；另一種就是使用我們平常使用的x86/x64的商用或者工控計算機進行模擬仿真，這個完全是使用應用軟件進行仿真的，這種方式也在實驗室或者大型的數字濾波項目中使用，這種方式成本較高，不適宜與大批量的生產與配套。但是在實驗室是最好的一種模擬方式，在高階模擬和運算中有非常大的優勢。

　　數字濾波器的對比

　　數字濾波器現在主要有兩種，一種是IIR，我們稱之為無限的沖激響應濾波器，另外一種是FIR，這種濾波器是與IIR相對應的，這個是有限的沖激響應濾波器。兩個系統都是有各自的特點的，FIR的濾波器是沒有閉環的反饋的環路信號，它的結構比較簡單，可以實現比較嚴格的線性方程的相位的計算，一般情況下相位的要求不嚴格一 般不會使用這個濾波器，相反的話，會采用這種濾波器。當然在很多的場景下面，我們要對信號進行一些實時的處理，當現場的信號數據越來越多的情況下，我們對硬件的性能要求就越來越高，市面上很多的單片機已經無法滿足我們實際的功能需求，一般的8位的16位的乃至32位的單片機以及ARM芯片已經不能在對算法進行支撐，由于專門為數字處理設計的DSP控制器的出現，提高了我們濾波器的效率，DSP很多情況下可以使用多組總線的方式，并行處理多組實時的數據，獨立的一些算法器充分的使用大大提高了我們濾波器的效率。對于硬件上的短板完全可以由DSP的芯片進行彌補，做到對數字信號的實時處理與計算。DSP與普通的微處理器相比有很大的數字信號的處理優勢，他是單片機以及ARM的繼承，為信號處理做了一些局部的開發和改進，大大的增強了數字處理的能力，它有特定的數據流程格式、有特定的算法器，有特殊的系統結構為解決復雜的數字信號的處理提供了很多優越的條件和基礎，通過對DSP的編程可以實現IIR濾波器。 FIR濾波器實際上有一定的缺陷，這類系統只有零點，它不會跟IIR系統的那樣容易獲取比較好衰減的特性，但是也有更加明顯的優勢。他是通過非硬件電路實現的，相比硬件電路實現濾波器主要優點有很多，例如，效率很高、有極點、有反饋等。

　　程控濾波系統

　　程控濾波系統是在傳統濾波器的不足中提出的，傳統濾波器在工作時產生誤差，會影響整個系統的精確度。低精度的濾波器在使用時會造成很多不良后果，而且傳統濾波器對波形要求越高就意味著需要跟多的運放，這是非常麻煩的。所以程控濾波器的數字化能夠減少生產過程中的不確定因素和人為參與的環節數，可以有效地解決電源模塊中諸如可靠性、智能化和產品一致性等工程問題，極大地提高生產 效率和產品的可維護性。

　　無源濾波器

　　無源濾波器是利用電阻、電抗器和電容器元器件構成的濾波電路。諧振頻率時，電路阻抗值最小，非諧振頻率時，電路阻抗比很大，將電路元器件數值調整到某一特征諧波頻率，則能濾除該次諧波電流；當若干諧波頻率的調諧電路組成在一起，則能濾除對應的特征諧波頻率，通過低阻抗旁路實現對主要次數諧波（3、5、7）的過濾。主要原理就是針對不同次數諧波，設計該諧波頻率的阻抗為很小，實現諧波電流的分流效應，即為預濾除的高次諧波提供旁路通道，實現凈化波形。

　　無源濾波器按接線形式可分為電容濾波器、電廠濾波電路、L型RC濾波電路、π形RC濾波電路、多節π形RC 濾波電路、π形LC濾波電路。按功能可分為單調諧濾波器、雙調諧濾波器、高通濾波器。無源濾波器具有如下優勢：結構 形式簡單、投資費用低，能夠補償系統中的無功分量、改善電網功率因數；工作穩定性較高、維護簡單、技術成熟等，在有源濾波器出現以前被廣泛采用。無源濾波器的缺點也有很多方面：受電網參數的影響較大，系統阻抗值和主要次數諧振頻率往往隨著工況發生變化；諧波濾除的頻帶也較窄，只能濾除主要次數的諧波，或因發生并聯諧振，放大一些次數的諧波；濾波和無功補償及調壓之間的協調較困難 ；隨著流經濾波器的電流升高，可能造成設備過負荷運行；耗材多，重量和體積都較大；運行穩定性較差等缺點。因此，整體性能更優的有源濾波器得到越來越多的應用。

　　有源濾波器

　　有源濾波器主要作用不僅能動態追蹤并抑制諧波，而且可以補償電網中較低的無功分量。它能夠對幅值和頻率都波動的高次諧波分量進行補償，以及對變化的系統無功分量進行動態補償，克服了傳統型式諧波治理方案和無功補償的缺點，達到了動態跟蹤補償的效果。APF的基本原理是檢測當前系統的電壓和電流信號，通過指令電流運算電路的運算，產生補償電流信號，并將其指令由補償電流發生電路按諧波信號放大，從而得到補償電流，再與系統中的高次諧波分量及無功等電流抵消，實現系統波形的正弦化，濾除電網諧波，提高電能質量。有源濾波器和無源濾波器的區別，在于需要電源供電，且既補諧波又補無功。指令電流運算電路和補償電流發生電路是有源濾波器的兩個重要組成部分。指令電流運算電路的作用是檢測出系統所需補償的諧波分量和無功分量等。補償電流發生電路的作用是按照上述檢測到的諧波分量和無功分量，發出補償電流指令，產生能夠抵消的補償電流，它主要由三部分構成 ：電流跟蹤控制電路、驅動電路和主電路。

　　根據儲能元件的不同，有源濾波器可以分為電壓型有源濾波器和電流型有源濾波器。電壓型有源濾波器，因其損耗少、效率高，被廣泛使用。電流型有源濾波器，因損耗大、效率低，而較少采用。按照交直流電源可分為直流 APF 和交流 APF。按照電路拓樸結構分類，可分為串聯型 APF、并聯型 APF 和串并聯型，以及APF和PPF的混合型使用方式。與無源濾波器相比，有源濾波器有許多優點：響應速度快，可控性能非常強；具有自適應功能，能夠動態跟蹤和補償系統高次諧波；穩定性高，不受系統阻抗影響，避免諧振的發生；能夠抑制閃變；補償系統不足的無功分量等。機柜式系統采用模塊化結構，聯絡設計細密，可隨時根據現場實際需求擴容，可拓展性強，模塊化的配置方式和小巧的體積讓設計者有更多的選擇，并可最大程度節省用戶空間，可實現彈性的容量配置，支持后續現場容量擴展。現場安裝和維修維護更是簡單拔插即可。 抽屜式結構，能夠滿足用戶單獨對模塊設計，選用優良的架構形式，具備DSP處理能力，運用大型可編程控制器操作，選用大功率電力電子組件，具有可外傳的通信端口，還可附于其他盤柜中獨立工作。