基于采样频率自适应的高精度谐波分析软件算法

采样不同步产生的同步误差是造成频谱泄漏和影响谐波分析准确性、检测精度的重要原因。本文提出一种基于采样频率自适应技术的软件算法,通过采样数据计算得到信号较为准确的实际频率,并根据实际频率动态调整采样的时间间隔,实现采样频率的自适应,从而减少同步误差,降低频谱泄漏的影响。该软件算法实现简单,精度较高,对于频率变化较缓慢的电力信号能够明显地提高测量精度。仿真结果验证了算法的特性,给电力系统高精度谐波分析提供了一种有效的方法。     

基于软件同步的采样频率自适应算法及仿真

针对因采样频率和信号实际频率不一致而造成频谱泄漏这一问题,提出一种通过采样数据来计算信号实际频率的软件同步算法。利用该算法,在较为准确地得到被采样信号实际频率的条件下,动态调整采样时间间隔,从而实现采样频率的自适应,能够减少同步误差。针对频率变化较为缓慢的电力信号的仿真实验表明,该算法能够明显的提高测量精度。该算法实现简单,精度较高,可为电力系统谐波分析提供一种有效的途径。     

一种基于非同步采样的FFT算法

在非同步采样中由FFF引入的频谱泄漏在谐波测量中会造成很大误差。以往采用加窗和插值的方法来处理这样的问题，但是，为了更精确地计算谐波，这些技术必须要延长数据采样长度来抑制谐波间的相互干扰。文中在详细分析了频谱泄漏机理的基础上，导出了信号的实际频谱和泄漏频谱之间的简明关系。该方法能用相对比较短的采样长度从FFF计算的泄漏频谱中获得真实频谱，并不需要考虑频谱泄漏和谐波间的相互干扰。仿真表明该算法比FFF精度更高，可很好地恢复出信号的真实频谱。     

一种修正的FFT高精度谐波分析方法

信号的谐波分析一直是信号处理的基本方法之一。谐波分析要求对周期信号整周期采样，否则将导致频谱泄漏。本文通过对国内外一些提高谐波分析精度的有效方法的研究，在深入分析了采样周期对谐波分析精度的影响下，从傅立叶算法的基本原理出发，提出了一种新型的谐波分析方法。该方法利用非整周期采样数据及泰勒展开原理，估计理想的整周期采样序列，从而在FFT计算结果产生一个修正项，可以在不增加硬件设备及采样数据的前提下提高谐波分析精度，并通过计算机仿真证实了FFT修正方法的有效性。     

FFT分析电力系统谐波的加窗插值算法

采用快速傅里叶变换 (FFT)进行电力系统谐波分析时很难做到同步采样 ,故造成频谱泄漏 ,影响谐波分析的结果。本文对FFT的泄漏原因进行了分析 ,并用组合余弦窗对采样数据加权及利用插值对FFT的结果进行修正 ,精度得到极大的提高。文中给出了该算法进行谐波分析的算例 ,计算结果表明 ,基于Blackman Harris窗的算法具有更高的计算精度和效率。     

工频电压波形计算分析方法的研究

提出了一种运用分段抛物线插值调整采样序列点数进行谐波分析的算法。该算法能够有效消除频谱泄漏效应 ,透过栅栏效应得到信号的高次分量的精确值。该方法已经实际应用于电压数字化测量和谐波分析系统 ,并且获得比较满意的精度     

基于双插值FFT算法的间谐波分析

为了减小频谱泄漏的影响,提高间谐波分析精度,提出了加余弦窗双插值FFT算法来分析间谐波。该算法通过选取合适的窗函数,对采样信号进行加窗后,用FFT计算出离散频谱,再利用多项式逼近的方法得到频率和幅值的修正公式来对谐波分析结果进行修正。修正谐波幅值时,选择距频点最近的左右两根谱线进行加权,对两根谱线采用的权重与它们各自的幅值成正比。该算法能够有效地降低泄漏和噪声干扰,提高了间谐波和谐波分析的准确性。仿真结果证实了算法的正确性与易实现性。     

基于双插值FFT算法的间谐波分析

为了减小频谱泄漏的影响,提高间谐波分析精度,提出了加余弦窗双插值FFT算法来分析间谐波.该算法通过选取合适的窗函数,对采样信号进行加窗后,用FFT计算出离散频谱,再利用多项式逼近的方法得到频率和幅值的修正公式来对谐波分析结果进行修正.修正谐波幅值时,选择距频点最近的左右两根谱线进行加权,对两根谱线采用的权重与它们各自的幅值成正比.该算法能够有效地降低泄漏和噪声干扰,提高了问谐波和谐波分析的准确性.仿真结果证实了算法的正确性与易实现性.     

理想序列的采样逼近及高精度谐波分析

信号的谐波分析一直是信号处理的基本方法之一.本文从傅立叶算法的基本原理出发,提出了傅立叶分析的序列的采样逼近思想;从理论上分析和论证了在单一采样条件下,较大的采样时钟及较多的样点时,累积时偏和频谱泄漏较大;而利用双速率采样的非均匀序列高精度逼近理想序列时,虽然数据具有非均匀性,但也大大减小了频谱泄漏,简单有效地提高了谐波分析的精度.计算机仿真证实了该方法的有效性.     

减少频谱泄漏的一种自适应采样算法

首先叙述了频谱泄漏的概念，分析了造成频谱泄漏的原因，并总结了国内外提出的各种减少频谱泄漏的方法，提出一种等角度间隔的自适应软件同步采样算法。该算法在信号频谱分析过程中利用相量理论实现了采样频率的自适应调整。仿真结果表明，该处不仅大大减少了频谱泄漏，提出了谐波分析的精度，且增加的计算量有限，完全能够保证分析的实时性，在以交流电信号测量的基础的系统中具有较强的应用价值。     

一种FFT谱细化方法

FFT法是一种目前常用的谐波分析方法,但由于采样信号的截断效应,信号的频谱存在谱泄漏和栅栏效应,使得频谱谱峰减小,精度降低。针对这一现象,提出了一种频谱细化的方法,不增加采样数据长度,在FFT谐波分析方法的基础上进行简单调制,可得到高分辨率的细化频谱;经过理论阐述,数据仿真与处理,并与直接FFT法、相位差法及插值法对比,该方法处理结果明显要比直接FFT法和相位差法好,接近或超过插值法;结果证明了该方法提高了频谱分辨率,减少了谱泄漏影响,是一种行之有效的方法。     

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。     

双向牛顿插值的电力系统谐波分析方法

在电力系统谐波分析的过程中,由于非同步采样使信号在进行FFT变换的过程中产生频谱泄露和频谱混叠,分析精度大大降低。现有的加窗FFT谐波分析方法虽然能在一定程度上抑制频谱泄露,但存在插值修正公式复杂、不同频率成分检测互相干扰的缺点。提出了一种基于双向牛顿插值同步化采样序列的电力系统谐波检测方法。在非同步采样情况下,利用正向牛顿插值计算得到信号基波的周期,然后根据计算所得周期设置新的插值点,再利用反向牛顿插值得到该处的信号幅值,使得调整后的采样序列近似于同步采样情况下获得的采样序列,从而减小傅里叶分析时的频谱泄漏。仿真结果表明,该方法能够很好的解决频谱泄露的问题,相较于经典窗函数插值谐波分析方法,具有较高的谐波检测精度。     

氧化锌避雷器泄漏电流的全相位FFT分析

通过检测氧化锌避雷器泄漏电流,经过谐波分析提取泄漏电流基波和各次谐波参数,依据电流阻性分量可判断该装置在电网中的运行情况。为解决快速傅里叶变换(FFT)进行谐波分析时数据截断引起数字信号处理性能下降的问题,选用一种考虑包含某样点所有可能数据截断情况的全相位FFT分析方法,再基于此分析方法选用全相位时移相位差校正算法,同时利用窗谱函数推导出校正公式。仿真结果表明,该算法对比基于FFT的比值公式校正算法在无噪和有噪(50 dB)情况下谐波分析精度分别提高了4～5个数量级和1～2个数量级,且对相对小信号谐波分量的频率估计偏差不超过0.6 Hz,相位估计偏差不超过0.5°。该算法具有相位不变性和频谱泄漏抑制能力,实现了检测精度的提高和小信号参数的估计,并在泄漏电流检测系统中得到验证。     

基于多谱线插值法和复调制细化法的电力系统谐波分析

非同步采样时采用快速FFT会造成频谱泄露,为了降低频谱泄露的影响,提高谐波和间谐波检测精确度,本文提出了一种基于多谱线插值法和复调制细化法的组合分析方法。首先估算出基波和谐波的长范围泄露并将其消除,然后分析目标频点附近的几条谱线并利用谱线携带的信息,推导出多谱线的插值算法,并采用多项式拟合的方法得到其修正式。对于频率非常相近的电力系统信号,采用基于复解析带通滤波器的复调制细化法对其进行细化分析,得到其较精确的信号参数。仿真和实验结果验证了本文方法的有效性和高精度性。     

A software sampling frequency adaptive algorithm for reducing spectral leakage

Spectral leakage caused by synchronous error in a nonsynchronous sampling system is an important cause that reduces the accuracy of spectral analysis and harmonic measurement. This paper presents a software sampling frequency adaptive algorithm that can obtain the actual signal frequency more accurately, and then adjusts sampling interval base on the frequency calculated by software algorithm and modifies sampling frequency adaptively. It can reduce synchronous error and impact of spectral leakage; thereby improving the accuracy of spectral analysis and harmonic measurement for power system signal where frequency changes slowly. This algorithm has high precision just like the simulations show, and it can be a practical method in power system harmonic analysis since it can be implemented easily. __________ Translated from Journal of North China Electric Power University, 2005, 32(6): 5–8 (in Chinese)     

一种基于迭代抑制谱泄漏的改进相位差算法

由于非同步采样所带来的频谱泄漏效应是影响相位差算法电参量测量精度的主要原因,利用高阶窗的旁瓣特性可抑制频谱泄漏,但二次谐波幅值的估计精度仍难以显著提升,并且由于高阶窗所带来频率分辨率损失的原因,通常需要增加待测信号的采样窗长,不利于频率波动和实时性要求较高的场合实现高精度测量。为此,提出一种加sine窗函数的改进型相位差算法,利用峰值谱线间相位差估计出的相对频偏,计算出除被测谐波分量之外的其他分量的长程谱泄漏对峰值谱线的干扰之和并将其减去后,重新利用其峰值谱线间的相位差计算相对频偏,循环迭代估计。基于该方法,与现有加窗相位差算法分别在无噪声、有噪声以及频率波动环境下进行仿真比较。实验结果表明,该方法迭代矫正计算4次即可,能有效抑制频谱泄露效应,减小估计偏差,提高电网电参量测量精度和实时性,能够满足电网测量需要。     

一种混合卷积窗及其在谐波分析中的应用

电力系统稳态信号非同步采样时,利用离散傅里叶变换分析谐波会使各频率成分产生频谱泄漏,增大了谐波参数的测量误差。为进一步抑制频谱泄漏,提高谐波测量的准确度,提出一种由矩形窗和余弦窗经过卷积运算得到的混合卷积窗。定义L阶混合卷积窗并分析了这种新型窗的主瓣宽度和衰减速率。与经典窗函数比较,新型窗具有更高的旁瓣衰减速率,大大减小了频谱泄漏的影响。将所提新型窗应用于谐波分析,推导了基于L阶混合卷积窗的谐波插值算法。仿真结果表明,混合卷积窗具有优良的频谱泄漏抑制性能,能有效地降低各谐波成分间的相互干扰。即使在噪声条件下,本方法的优势也比较明显,适用于电力系统谐波的高准确度测量。