基于四谱线插值FFT的谐波分析快速算法

由于非同步采样和非整周期截断导致快速傅里叶变换(FFT)不能准确地分析出谐波参数,加窗和插值算法经常被用来改善FFT的计算精度。在信号加窗条件下,基于四谱线插值的FFT算法基础上进行快速算法研究。该算法通过分析加窗后信号的频域表达式,利用真实谐波点附近的4根最大谱线值确定实际谱线的位置,对该次谐波进行频率、幅值和相位等参数估计。并且通过多项式拟合的方式推导出了4种典型窗函数的修正公式。根据窗函数主瓣内任意相邻谱线相位相差 的规律,提出一种快速算法,计算某次谐波开方计算量仅需要1次,大大节约了计算复杂度和计算时间。仿真实验表明,四谱线插值算法在拟合阶次较低的情况下,不仅可以获得比常用双谱线和三谱线更高的精度,还具有对偶次谐波检测精度远胜于双、三谱线插值算法的优点。     

基于五项莱夫-文森特窗的三谱线插值FFT谐波分析

电力谐波分析中应用最广泛的是快速傅里叶变换,但是快速傅里叶在非同步采样和数据非整数周期截断的情况下无法得到准确的结果。为了减小非同步对FFT的影响,选择旁瓣性能良好的五项莱夫-文森特(Rife-Vincent)窗结合插值FFT来对电力谐波信号进行检测。通过多项式拟合的方式,推导出简单实用的三谱线插值修正公式。通过仿真,验证了在非同步采样时,相比于其他常见的加窗插值FFT算法,该算法有更高的计算准确度以及实用价值。     

基于Nuttall窗双谱线插值FFT的电力谐波分析方法

快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)因其易于嵌入式系统实现而被作为电力谐波分析的主要方法,但电力谐波分析时很难做到同步采样和整数周期截断,由此造成的频谱泄漏将影响测量结果的准确性。加窗和插值修正算法可改善基于FFT的谐波参数计算的准确度。该文讨论Nuttall窗的旁瓣特性和双谱线插值算法,提出基于Nuttall窗双谱线插值FFT的电力谐波分析方法,用曲线拟合函数求出实用的双谱线插值修正公式,大大减少了计算量。仿真结果表明,提出的谐波分析方法在非同步采样和非整数周期截断条件下,21次谐波幅值计算误差小于等于0.000 9%,初相位计算误差小于等于0.04%。     

五项最大旁瓣衰减窗插值电力谐波分析

提出一种简单的加窗插值快速傅里叶变换方法,用于非同步采样下的电力谐波分析。首先,分析了五项最大旁瓣衰减窗的时域、频域特性;然后,给出基于五项最大旁瓣衰减窗的插值方法,并推导了谐波幅值、初始相位和频率的计算公式;最后,分别用仿真分析、实验测试对所述方法的有效性进行验证。研究表明,五项最大旁瓣衰减窗具有较好的旁瓣特性,能够充分抑制频谱泄漏;基于五项最大旁瓣衰减窗的插值算法,插值公式简单、有解析解、谐波分析精度高、计算量小,易于在嵌入式系统中实现。     

基于三谱线插值FFT的电力谐波分析算法

快速傅里叶变换在非同步采样和数据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。为此,文章提出一种改进的加窗插值傅里叶变换算法进行电力谐波检测。该算法通过分析加窗信号傅里叶变换的频域表达式,利用谐波频点附近的3根离散频谱的幅值确定谐波谱线的准确位置,进而得到谐波的幅值、频率及相位。推导的三谱线插值修正算法能够进一步提高谐波分析的准确性。基于该算法,通过多项式拟合的方式,得出了一些典型窗函数的谐波分析实用修正公式。通过仿真,验证了相比目前常用的双谱线插值修正算法,该算法在加相同窗函数情况下具有更高的计算准确度,从而验证了该算法的有效与实用。     

莱夫-文森特窗三谱线插值的电力谐波分析

为解决快速傅里叶变换(FFT)在电力谐波分析存在的问题,在分析莱夫-文森特窗和三谱线插值算法特点的基础上,提出了一种基于莱夫-文森特窗三谱线插值的谐波分析算法,用曲线拟合方法获得了修正公式,并基于这个修正公式对电力谐波进行了仿真。仿真结果表明,相同条件下,该算法在处理简单的谐波信号时的时间小于0.225 ms,幅值修正误差小于-1.4×10-6%,处理复杂信号时的时间小于0.997 ms,幅值修正误差小于-9.68×10-6%。该方法不仅具有较高的检测精度,而且具有较快的运算速度。     

基于五项Rife-Vincent(I)窗的四谱线插值FFT谐波分析方法

目前,在电力谐波分析中快速傅里叶变换(FFT)应用得最为广泛,但是在非同步采样时,应用该变换容易产生频谱泄漏,出现栅栏效应。为减小非同步采样对FFT的影响,对旁瓣峰值电平小且下降速率快的五项Rife-Vincent(I)窗进行了分析并将它应用于FFT算法中,提出了基于五项Rife-Vincent(I)窗的四谱线插值FFT谐波检测算法。经过多项式函数的拟合,得到了简单实用的四谱线插值修正公式,使计算过程更为简单。结果表明,与Hanning窗、Nuttall窗和四项Rife-Vincent(I)窗插值FFT相比,相同条件下,五项Rife-Vincent(I)窗具有更高的准确度,其幅值相对误差≤6.52434E-5%,相位相对误差≤7.75054E-3%。     

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。     

基于Nuttall窗插值FFT的标准源谐波分析算法

电力标准源是用于输出电力仪表测试的基准信号,其输出精度主要取决于反馈检测精度.采用FFT对标准源输出进行谐波分析时,很难做到同步采样和整周期截断,由此造成的频谱泄漏将导致谐波分析时存在较大的误差.针对上述问题,基于插值算法的原理,提出了4项3阶Nuttall窗函数与双峰谱线的插值算法,给出了谐波幅值、相位和频率的修正公式.仿真和实验结果证明所提算法能够有效抑制频谱泄露,显著提高标准源输出精度.     

应用三谱线插值FFT分析电力谐波的改进算法

分析了加窗三谱线插值FFT算法的原理。针对算法开方运算量大、响应速度慢的不足,分析了窗函数主瓣内谱线的相位特性,推导出在忽略谐波间泄漏影响的情况下窗函数主瓣内任意相邻两根谱线相位差等于π的规律。在此基础上提出了一种改进三谱线插值修正算法,该算法在不影响精度的前提下可将插值过程所需的求幅值运算量减少为常规算法的1/3。仿真和实验结果表明,改进算法有效地减少了插值过程的计算量,提高了算法响应速度,同时仍然具有较高的计算精度,适用于电力谐波的分析测量。     

一种基于改进傅立叶级数的高精度谐波分析算法

为了提高在较短采样时间长度下的谐波分析精确度,提出了一种改进傅立叶级数的谐波分析算法。该算法根据加汉宁（Hanning）窗插值的傅立叶算法获得信号的频率,基于该频率获得计算傅立叶级数时整周期的区间,使用插值获得了边界点的信号值,根据梯形插值积分公式计算谐波幅值和相位,提高了精确度。加汉宁窗插值傅立叶算法对信号频率的分析精度要远高于谐波相位的分析精确度,尤其在较短采样时间长度时,获得信号频率后截取整周期信号的积分能有效提高了加窗插值傅立叶算法在短采样时间长度下的谐波分析的精确度。同时算法原理较为简单,编程实现较为容易。编程实现了多种基于傅立叶变换的谐波分析算法,计算结果表明所提算法在较短的采样时间长度下精确度远高于其他算法,同时长采样持续时间时算法的精度也要更高一些。     

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Hanning自卷积窗和三谱线插值的 谐波无功功率测量方法

本文提出一种基于Hanning自卷积窗和三谱线插值的谐波无功功率测量方法。根据Budeanu关于无功功率的定义,直接计算无功。计算所需要的谐波频率、幅值和相位则通过采用基于Hanning自卷积窗和三谱线插值的算法得到。Hanning自卷积窗可以有效抑制信号的频谱泄漏。三谱线插值利用幅值最大的谱线及其相邻2根谱线能够确定谱线的准确位置,进而得到谐波的频率、幅值和相角。相对于采用重构的方法,直接计算无功功率的方法要简单。在Matlab平台上的仿真表明,基波频率波动的情况下,本文所提方法得出的结果比基于双谱线插值算法得出的结果具有更高的准确度。     

改善电力系统谐波分析的加窗插值算法和递推傅氏算法

傅里叶变换进行电力系统谐波分析时很难做到同步采样和整周期截断,由此造成的频谱泄漏将影响谐波分析的效果;通过加窗和插值可以改善谐波分析的准确度。采用基于两根谱线的加权平均来修正幅值的算法,利用多项式逼近的方法得到频率和幅值的修正公式;同时,提出了用傅里叶递推算法来改善谐波分析的实时性。仿真结果验证了算法的有效性和可行性。     

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。     

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。