基于Hanning自乘-卷积窗FFT三峰插值修正的电能计量新算法

综合自乘窗和自卷积窗的优势,设计出一种Hanning自乘-卷积窗函数,其具有较优的主瓣和旁瓣性能。基于Hanning自乘-卷积窗FFT三峰插值修正公式、FFT的频移性以及Hanning自乘-卷积窗函数的频谱,拟合推导出信号基波和谐波的通用幅值、相位和频率插值修正公式,并给出了基于该窗函数的一种电能计量新算法。计算精度对比仿真实验以及基波频率波动仿真实验结果表明,基于Hanning自乘-卷积窗函数FFT三峰谱线插值修正的电能计量新算法,具有较高的计算精度和更优的计算稳定性。     

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。     

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Rife-Vincent窗的录波电流谐波分析方法

加窗插值可以有效抑制频谱泄漏和栅栏效应,改善FFT算法的谐波分析精度。分析比较了Hanning窗和5项Rife_Vincent窗（R_V窗）的频谱特性,推导了2种窗对应的偏差修正公式。提出了一种根据时域采样点的相对误差计算方法并用于比较窗函数的谐波分析精度。仿真实验与实例计算验证了R_V窗插值算法的正确性,且较Hanning窗插值算法精度更高。     

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。     

基于三角自卷积窗的介损角高精度测量算法

采用快速傅里叶变换(FFT)进行介损角测量时,非同步采样所引起的频谱泄漏造成介损角测量误差较大.为减小这类误差,本文提出了一种基于三角自卷积窗的插值FFT介损角测量方法.三角自卷积窗旁瓣下降快,能有效减少频谱泄漏对介损角测量的影响.采用三角自卷积窗对电压、电流信号进行加权,再运用插值FFT算法求解信号相位参数,可得到较高精度的介损角测量值.对基波频率波动、介损真值变化和谐波注入比例变化等情况下的介损角仿真实验验证了本文算法的准确性和有效性.     

改进加窗插值的电力系统谐波分析方法研究

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系统谐波分析的主要方法,但电力系统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.对(FFT)的泄漏原因进行了分析.通过对卷积窗的谐波理论分析与研究,提出了一种基于三角自卷积窗的加窗改进方法.     

最小旁瓣卷积窗加权频谱插值谐波测量方法

电力谐波的准确检测对谐波源定位和谐波治理具有重要的价值。虽然快速傅里叶变换(FFT)在谐波分析中获得了广泛的应用,但其准确度受到了栅栏效应和频谱泄漏的制约。提出一种基于最小旁瓣卷积窗(Minimized Side Lob Convolution Window,MSLCW)的插值FFT谐波分析方法,首先运用MSLCW对采样信号加窗(时域加权)以充分抑制频谱泄漏,然后采用基于最小二乘法的频域双峰值谱线插值减少栅栏效应的影响。仿真和实验结果验证了方法的有效性和准确性。     

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。     

基于Rife-Vincent自卷积窗插值校正的发电机准同期参量测量方法

对准同期参量进行精确快速测量是发电机准同期并列成功的关键。非同步采样时,基于谐波分析理论的准同期参量测量结果会产生较大误差,为此提出了基于Rife-Vincent自卷积窗插值校正的发电机准同期参量测量方法。分析了Rife-Vincent自卷积窗主瓣特性以及自卷积阶数对旁瓣性能的影响,同时给出了基于Rife-Vincent自卷积窗的插值频谱校正方法。通过仿真计算,得到了基波频率波动、谐波影响、噪声影响等不同情况下发电机准同期参量测量结果;同时对电压非稳态情况进行了仿真,分析了误差产生原因。仿真结果表明所提方法性能优越,能有效抑制频谱泄露效应。     

基于汉宁双窗apFFT单谱线插值的电力谐波和间谐波检测算法

当利用快速傅里叶变换(FFT)对电力谐波或间谐波进行处理时,实际频率与频率分辨率不一定是整数倍关系,由此造成频谱泄漏,影响谐波或间谐波参数的估计精度。针对此问题,提出了一种基于汉宁双窗全相位FFT离散单谱线插值的频谱校正算法。算法的原理是:利用理论频率点附近的旁谱线幅值和主谱线幅值的比值,推导出各频率点的校正量。然后,根据估计出的频率校正量,并结合全相位FFT的线性时不变性(LTI)以及汉宁窗的归一化模函数估计出信号的幅值。由于全相位FFT的相位谱与频偏无关,因此可以取频率点处的主谱线相位值来估计信号的初相位。仿真算例对比表明:汉宁双窗apFFT单谱线插值频谱校正算法估计的谐波和间谐波参数更准确,综合误差更小,具有较强的抗白噪声干扰能力。     

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。     

基于加窗插值FFT算法的间谐波检测方法研究

电网中间谐波的存在,会对电能质量以及供电可靠性带来不利影响,故准确检测间谐波对电力系统稳定运行意义重大。根据间谐波特性,在一般FFT算法基础上,提出了基于加窗插值FFT算法的间谐波检测方法。通过分析对比不同窗函数的特点,选取检测精度较高的Hanning窗作为所加分析窗,同时确定所加窗函数的宽度及采样周期,可准确检测出系统中的谐波及间谐波。在MATLAB环境下仿真得到一般FFT算法及加窗插值FFT算法对谐波和间谐波的检测结果,通过对所得频率和幅值估计结果的对比分析可知,加窗插值FFT算法检测精度更高、实用性更强。     

干式空心电抗器匝间短路故障在线监测技术

首先分析了干式空心电抗器匝间短路故障模型,在此基础上提出一种基于功角变化的电抗器匝间绝缘故障在线监测方法,功角测量的精度是实现该方法的关键要素。通过比较快速傅里叶变换法、汉宁窗插值快速傅里叶变换法和汉宁窗插值改进基波相位分离法的误差,分析了频率波动和谐波干扰对功角测量的影响。此外,设计了一种由监测装置、干式空心电抗器智能电子设备(IED)和专家软件组成的电抗器匝间绝缘故障在线监测系统。实验结果表明,汉宁窗插值改进基波相位分离法优于快速傅里叶变换法和汉宁窗插值快速傅里叶变换法,且该监测系统可有效地检测出干式空心电抗器匝间短路故障。     

IEC框架下非同步采样时的谐波和间谐波测量方法

基频非同步采样时,离散傅里叶变换/快速傅里叶变换(DFT/FFT)频谱会发生泄漏现象,谐波、间谐波频谱相互干扰而影响测量结果,传统的加窗插值方法忽略了其他分量对关注分量的长程泄漏影响。文中首先在IEC框架下对加Hanning窗的信号进行频谱变换,使其他分量的侧瓣上相邻谱线相位差为180°,利用相邻谱线的矢量和消除长程泄漏对关注分量的影响,从而提出了谐波、间谐波分组测量和精确测量方法,实现了谐波、间谐波具体参数的测量。在此基础上提出了邻近谐波、间谐波分离方法,并进一步通过逐次剔除已知分量在关注谱线上的频谱泄漏值来提高测量精度,当非同步采样且不增加采样数据长度时,有效解决了谐波、间谐波相隔很近时无法准确分离测量的难题。仿真和工程数据均验证了所提方法在IEC框架要求下测量的实时性和有效性。     

应用于电力谐波分析的改进相位差校正法

传统的相位差校正法在应用于电力谐波测量时,由于频谱泄漏问题的存在,在窗函数的旁瓣衰减速度较慢时存在较大误差,而校正过程对频域解析式的依赖又限制了窗函数的选用。采用一种基于汉宁窗的改进相位差校正法,其原理是对非同步采样序列的加窗快速傅里叶变换结果进行多项式变换,再依据变换所得的新频谱序列进行谐波参数的校正。将该方法和其他常用方法进行数值仿真对比,在基频随机变化的情况下进行10 000次仿真计算得到其标准误差,并缩短采样窗长以探究其实时性。结果表明,改进相位差校正法较其他常用方法有更高的精度;当基频在47~53 Hz范围内随机变化时,高次谐波的测量精度达到10-5次;在100 ms的采样窗长下,也能满足IEC 61000—4—7标准的精度要求。在兼顾计算精度的同时,该文校正公式由汉宁窗解析式推导得到,简便明了,所提方法是一种有实用价值的谐波参数检测算法。     

应用三次样条函数快速计算插值FFT算法

加汉宁窗插值快速傅里叶变换(FFT)算法可以克服频谱泄漏的影响,消除用异步采样值测量电量时产生的误差,但其计算量较大,实时性较差。为了减小插值FFT算法的计算量,采用三次样条函数逼近加汉宁窗插值FFT算法函数,提出了应用三次样条函数的有效形式计算插值FFT算法,将插值FFT算法的谐波幅值修正系数曲线分为10段,给定11个等间距插值点,构造出计算插值FFT算法的三次样条函数的快速计算公式。该公式简单,程序实现方便,计算量小,在分段处连续,且为精确值,可以大幅度提高插值FFT算法的计算速度和实时性。仿真计算结果表明,应用三次样条函数的有效形式计算电量谐波幅值和频率,幅值误差小于0.1%,频率误差小于0.01Hz。     

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。     

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。