改进加窗插值FFT动态谐波分析算法及应用

为减少加窗插值FFT谐波分析算法中的频谱泄漏和栅栏效应,本文分析了旁瓣最低与最速下降窗的频谱特性,提出了基于4项旁瓣最低与最速下降窗的插值FFT谐波分析算法,运用多项式拟合求出了简单实用的插值修正公式,减少了谐波分析时的计算量。仿真结果表明,在非同步采样和非整数周期截断条件下,本文所提出的谐波分析方法适合于弱信号和包含2~21次谐波的电力信号的精确分析。本文还给出了算法在三相多功能谐波电能表中的应用情况,验证了算法的有效性和准确性。     

Hanning自卷积窗及其在谐波分析中的应用

加窗插值FFT算法可以有效降低频谱泄漏和栅栏效应对谐波分析精度的影响.本文提出一种由Hanning窗进行自卷积运算得到的Hanning自卷积窗,分析了卷积阶数对主瓣宽度、旁瓣电平和旁瓣衰减速率的影响,计算了1~4阶Hanning自卷积窗的主瓣、旁瓣性能参数,给出了基于Hanning自卷积窗的双峰插值FFT谐波分析算法.仿真结果表明,Hanning自卷积窗具有优良的频谱抑制性能,基于Hanning自卷积窗的双峰插值FFT算法能有效消除各次谐波间的相互干扰,适合于电力谐波的高精度检测,与已有加窗插值FFT谐波分析算法相比,精度有明显提高,且便于嵌入式系统实现.     

迭代加窗插值FFT谐波分析方法

为了提高谐波分析精度,提出了一种基于迭代加窗插值快速傅里叶变换FFT(fast Fourier transform)的谐波分析方法,并给出了统一的谐波频率、幅值及相位的计算公式。通过主瓣拟合,将传统的基于最大旁瓣衰减窗MSDW(maximum sidelobe decay window)的插值FFT方法扩展至其他对称窗,并根据窗函数的主瓣特性选择合适的窗函数进行拟合。最后通过迭代算法计算出谐波的精确频率值。仿真结果表明:在非同步采样的条件下,该算法可精确地实现谐波和间谐波分析。与传统加窗插值FFT方法相比,所提方法不依赖窗函数的类型,针对不同的窗函数具有统一的谐波参数计算公式,通用性强,实现方式灵活。     

基于四项最低旁瓣Nuttall窗的插值FFT谐波分析

快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)在非同步采样和非整数周期截断时存在频谱泄漏,无法精确得到谐波参数。为了减少非同步采样对FFT的影响,本文采用四项最低旁瓣Nuttall窗结合双谱线插值FFT进行谐波分析。文章分析了四项最低旁瓣Nuttall窗的频谱特性,提出了基于四项最低旁瓣Nuttall窗插值的分析算法,运用多项式拟合推导出实用的插值修正公式。仿真结果验证了在非同步采样时,该算法与加Blackman窗和Blackman-Harris窗的插值FFT相比具有更高的精确度,更好的抑制了频谱泄漏。     

一种高精度六谱线插值FFT谐波与间谐波分析方法

加窗插值快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform, FFT)算法因其便于在嵌入式系统实现而被广泛应用于电力系统谐波检测,可改善因非同步采样和非整周期截断造成的频谱泄漏与栅栏效应,提高FFT分析的精确度。针对目前常用的加窗插值算法存在的不足,在分析五项最大旁瓣衰减(Maximum-Sidelobe-Decay, MSD)窗频谱特性的基础上,提出一种基于五项MSD窗六谱线插值FFT的谐波与间谐波分析算法。该算法利用紧邻峰值谱线频点的六条谱线进行加权运算,充分考虑峰值频点左右对称谱线所蕴含的信息以提高分析精度。通过数据拟合求出窗函数对应的插值修正公式,简化了运算过程。仿真结果表明,五项MSD窗六谱线插值FFT算法设计实现灵活,抑制频谱泄漏效果极好。相比于其他常见的四谱线插值FFT算法,该算法具有更高的谐波、间谐波检测精度。     

凯塞窗插值FFT的电力谐波分析与应用

采用矩形窗、三角窗等基本窗函数和广义余弦窗函数对信号加权可减少非整数周期截断造成的频谱泄漏和栅栏效应的影响,但其效果受到窗函数固定旁瓣性能的制约。通过分析凯塞(Kaiser)窗函数的主瓣与旁瓣衰减可自由选择的特性,提出基于Kaiser窗插值快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)的电力谐波分析方法,建立奇次、偶次谐波求解的数学模型和实用的插值修正公式,推导信号基波与各次谐波频率、幅值、初相角的计算式。仿真和实测结果表明,Kaiser窗插值FFT方法设计实现灵活、抑制频谱泄漏效果好,据此研制的三相多功能谐波电能表的基波有功误差≤0.2%,基波无功误差≤1%,2～21次谐波分析满足GB/T14549—1993的A类谐波测量仪器要求。     

基于Hanning自相乘窗的电力谐波FFT分析方法

目前谐波分析准确度的关键在于窗函数具有优秀的旁瓣特性。提出了Hanning窗进行时域自相乘运算,得到一种新的Hanning自相乘窗,具有旁瓣特性随着相乘次数的增加不断提高的优点。同时提出基于五项余弦组合窗的四谱线插值FFT的电力谐波分析方法,利用曲线拟合函数得到四谱线插值修正公式。对该窗函数与Hanning窗,Nuttall4项5阶窗的四谱线插值进行仿真对比,验证提出的窗函数对幅值、相位、频率具有更高的分析精度。对南京化工园热电二次电流进行谐波分析进一步验证了所提出的窗函数的有效性。     

用于电力系统谐波分析的加窗插值FFT算法研究

分析了传统傅利叶算法的误差原因 ,提出了运用加窗减少泄漏误差、通过插值算法限制栅栏效应的方法。与以往加窗插值法不同的是 :利用卡当公式 (Cardan)推导出 3、4项窗的一般求解公式。用此法仿真计算电网信号的结果表明 :对于频率和幅值 ,各种窗具有很高的精度 ;4项窗所得相位误差较大。综合考虑频率、幅值和相位 3个因素 ,则用 3项窗精度最高 ,其旁瓣最小衰减达到 5 9 7dB ,满足电力系统谐波分析的需要。     

基于Rife-Vincent自卷积窗三谱线插值FFT电力谐波分析

加窗和插值算法可以有效抑制快速傅里叶变换(FFT)在非同步采样和非整周期截断时产生的频谱泄露和栅栏效应,提高谐波检测精度。在比较不同Rife-Vincent窗、经典窗的频谱特性的基础上,选择五项Rife-Vincent窗做母窗,构建了五项Rife-Vincent自卷积窗的时域、频域函数,并分析五项Rife-Vincent自卷积窗的主瓣特性以及自卷积阶数对旁瓣性能的影响。建立了基于五项Rife-Vincent自卷积窗三谱线插值频谱校正算法。采用多项式拟合的方式推导了简单实用的三谱线插值修正公式。通过仿真,验证了非同步采样时,与其他加窗插值相比,该算法具有更高的计算精度。     

Dolph-Chebyshev窗插值FFT的谐波参数估计

Dolph-Chebyshev窗是一种具有最大振幅比的时窗函数,其频谱旁瓣衰减可以进行自由选择。文中研究了该窗频谱特性,给出了旁瓣电平与形状参数的数学关系式以及主瓣宽度与旁瓣电平的数学关系式,并提出了基于Dolph-Chebyshev窗插值FFT(fast Fourier transformation)算法的谐波参数估计方法。仿真结果表明,在选择合适形状参数时,Dolph-Chebyshev窗谱具有良好的频率泄漏抑制特性。该算法对电网谐波幅值、频率和相位的估计与经典窗函数的算法相比,精度有了一定提高。     

加8项余弦窗插值FFT算法

采用加8项余弦窗函数插值FFT算法的谐波分析方法可以进一步提高电力系统谐波的测量精度。为了引入加8项余弦窗函数的插值FFT算法,首先比较分析了5到8项余弦窗的频谱特性,然后推导了8项余弦窗函数插值FFT算法的计算公式,并采用三次样条插值函数计算频率修正系数和复振幅的修正系数,减少了计算量。仿真计算结果表明,相比其他加余弦窗插值FFT算法,加8项余弦窗函数插值FFT算法具有更高的精度,从而验证了该算法的有效性与实用性。     

基于五项MSD窗三谱线插值的高精度谐波分析算法

为了解决快速傅里叶变换中存在的频率泄露和栅栏效应的问题,提出一种高精度的五项最大旁瓣(Maximum- sidelobe-decay, MSD)窗插值算法。从时域和频域分别分析了该窗函数和其他常用窗函数,体现出该窗函数的优秀旁瓣特性。用Matlab中的cftool工具拟合出该算法的修正公式,并用该方法对一般信号和频率变动的信号进行仿真分析。对比其他常用的几种窗函数插值算法的结果,表明五项MSD窗三谱线插值算法具有相对更高的精度,幅值相对误差达到10^-9%,而且在工频波动的情况下仍具有较高精度。     

基于六项余弦窗四谱线插值FFT的高精度谐波检测算法

目前,在实际电网环境中谐波检测算法的精确度不够高。为此,分析了一种具有旁瓣峰值低且下降速度快的六项余弦窗并将其应用于FFT算法中,提出了基于六项余弦窗四谱线插值FFT的谐波检测算法,运用多项式拟合polyfit函数推导出了简单实用的四谱线校正公式,简化了运算过程。实验结果表明:该算法在21次复杂谐波环境中,与四项Nuttall窗和四项Rife-Vincent窗FFT插值相比有更高的精确度,且在基于相同窗的情况下,四谱线插值的精确度要高于三谱线插值计算。最后,在实验中考虑到实际电网中可能遇到的噪声干扰情况,进行了仿真,仿真结果验证了该算法具有较高的检测精确度。     

Blackman-Harris窗的插值FFT谐波分析与应用

快速傅里叶变换在非同步采样和非整数周期截断的情况下存在较大的误差,无法得到准确的谐波参数。加窗插值快速傅里叶变换算法广泛用于电力系统谐波,可改善因非同步采样和非整数周期截断造成的频谱泄露,提高分析精度。文章分析了Blackman-Harris窗的频谱特性,提出了基于Blackman-Harris窗插值的分析算法,运用多项式拟合求出实用的插值修正公式。仿真结果表明,Blackman-Harris窗插值FFT方法设计实现灵活,抑制频谱泄露效果好。     

基于Nuttall窗插值FFT的谐波分析方法

用于电力系统谐波分析的加窗插值FFT算法中,Hanning窗算法运算量小,但测量精度较低,Blackman-Harris窗算法分析精度高,但插值修正公式计算复杂.提出一种基于Nuttall窗插值FFT的谐波分析方法.推导了Nuttall窗的显式插值系数公式,以及谐波的频率、幅值和相位的插值修正公式.通过消除基波对2次谐...     

基于Nuttall窗的三峰插值谐波算法分析

针对快速傅里叶变换(FFT)在非同步采样下存在检测精度低的问题,根据Nuttall窗的旁瓣特性以及FFT后信号的谱线特点,提出一种基于Nuttall窗三峰插值的电力系统谐波检测算法。用曲线拟合得到修正公式,并基于修正公式进行了Matlab仿真。仿真结果表明,在同等条件下,该算法处理信号的幅值修正相对误差小于2.44×10-5%,相位修正相对误差小于0.004%。该算法相对于单峰及双峰插值精度更高,相比于五点、九点算法,所提算法可以提前得到修正公式无需对离散序列重新组合。     

一种新型组合优化谐波分析方法研究

在非同步采样和非整数周期截断时,采用快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform, FFT)进行电力谐波分析时容易造成频谱泄露和栅栏效应,加窗插值可有效解决频谱泄露和栅栏效应问题。在分析了纳托尔窗的频谱特性的基础上,推理得出4项5阶纳托尔窗函数,通过自卷积运算得到纳托尔自卷积窗函数,并推导出四谱线插值校正公式。基于全相位傅里叶变换(all-phase FFT, apFFT)的相位不变性,利用理论频点附近的主谱线和旁谱线幅值的比值,推导出基于纳托尔双窗和ap FFT双谱线插值频谱校正分析法。由此提出了加窗插值FFT用于频率和幅值的检测,apFFT用于相位检测的新型组合算法。仿真结果表明所提新型组合算法在谐波检测时精度更高,抑制频谱泄露能力更强。     

高精度FFT算法在介损监测中的理论与仿真研究

在电力设备介质损耗在线监测中,由于对连续工频周期信号的截断和非同步采样,会给基于传统FFT的谐波分析法带来显著的误差。笔者在前人的基础之上,对高精度FFT算法进行了详细的推导,并给出了加Blackman-Harris窗插值算法的实用公式。针对实际电网频率波动引起的非同步采样,通过MATLAB软件对普通FFT算法、加Blackman窗和加Blackman-Harris窗的插值算法进行仿真。仿真结果分析表明采用加Blackman-Harris窗插值的高精度FFT算法可以有效地降低测量误差和提高监测精度,满足现场电力设备介损监测的要求。