高精度插值FFT谐波分析

分析了插值快速傅里叶变换(IFFT)产生误差的原因,说明了信号的相角会对IFFT分析结果产生较大误差,指出不能直接把针对复信号的算法套用于实信号。针对这一产生误差的原因,提出一种高精度的IFFT算法,以快速傅里叶变换(FFT)为基础,对FFT分析的频谱进行修正计算,从而得到较精确的计算值。该算法利用FFT中实用的信息,并充分考虑了实信号和复信号频谱的区别,采用一系列的数学变换,可以有效克服信号相角的影响,在不明显增加计算时间的同时,提高谐波分析的精度。该算法无需采用复杂的迭代方法,对数据采样也无特殊要求,故对硬件部分要求不高,易于应用。算法的分析结果可以得到实信号中谐波精确的幅值、相角及频率。实例计算结果证实了该算法的准确性,计算精度比传统的IFFT有了显著提高。     

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。     

电力系统谐波检测的FFT加窗插值算法与小波分析方法的比较

对电力系统谐波检测中常用的FFT加窗插值算法和小波分析算法进行了分析比较:FFT加窗插值算法具有检测精度高、实现简单、功能多且使用方便的优点,但计算量较大,因而实时性不够好;小波分析实时性好,能够获取较精确的基波信号,然而对于其他整数次谐波的幅值和相位则较难精确的获得,且难于构造分频严格、能量集中的小波,检测精度也有待改善.并通过仿真实验验证上述结论.     

基于高倍过采样与加窗插值FFT的电力谐波分析

为提高谐波分析精度,分析了信号加窗引起的信噪比损失以及AD转换产生的量化误差,阐述了过采样技术提高信噪比的原理。在此基础上,提出了基于高倍过采样和加窗插值快速傅里叶变换(fast Fourier transform, FFT)的谐波分析方法。该方法充分利用AD转换器的潜力,以尽量高的采样速率进行AD采样,同时通过均值滤波避免高倍过采样引起的采样数据量激增问题。详细研究了所提谐波分析方法对信号中谐波分量幅值和相位的影响,并给出了简洁实用的谐波幅值和相位校正方法。仿真表明,所提方法可在不增加系统成本的前提下改善加窗插值FFT的抗噪声能力,提高谐波分析精度。     

A robust support vector algorithm for harmonic and interharmonic analysis of electric power system

A novel robust algorithm to harmonic and interharmonic analysis based on support vector machines (SVM) and solved by iterative reweighted least squares (IRWLS) algorithm to overcome the difficulty of exponential computation complexity, is proposed in the paper. It has a good precision for analyzing harmonics and interharmonics without synchronized sampling that is essential for fast Fourier transform (FFT). By introducing a specific loss function, the method can mitigate the infection of outliers and noises and exhibits robustness characteristics. Its IRWLS-based implementation makes it efficient and suitable for harmonic and interharmonic analysis of electric power system. The case studies showed its high precision and robustness of the SVM spectral analysis algorithm.     

谐波对电力系统的影响

随着科学技术的进步，电力系统的谐波污染也越来越严重。各类电力设备和家用电器在给工、农业生产和人们的日常生活带来便利的同时，也向电网倾卸着大量的谐波垃圾。本文详细列举了谐波污染对各种电力设备及居民生活的影响，并分析了谐波来源。     

Use of mixed radix FFT in electric power system studies

Radix-2 based fast Fourier transform (FFT) routines have been the main stream FFT that are commonly applied to the measurement and analysis of electric power system data. Because of the rigid sampling rates offered by most of the instrument manufacturers and the mathematical limitation imposed by the algorithm of radix-2 FFT, artificial post sampling data windows have been introduced to improve the utility of the radix-2 FFT. The 60 Hz and the 50 Hz based electrical power system frequencies are incompatible with the radix-2 FFT. There has been an ongoing search to adapt the FFT routine to the special requirements of electric power systems. Advances in the personal computer hardware has opened a new approach to perform the FFT via mixed radix routines. It offers greatly improved flexibility in the selection of a practical data size. This leads to the elimination of the need of the post sampling software windows. It also allows one to relax or eliminate the requirement of anti-aliasing measures for power system harmonic measurements     

电力系统中高次谐波的危害及防治

近年来日益增多的设备和负荷的非线性,使电压和电流的波形发生畸变,造成电网异常运行,必须采取相应的措施加以防范。     

改进型ip-iq电网谐波电流检测算法

为快速准确地得到电网的谐波电流,本文在传统ip iq谐波电流检测算法基础上提出了一种新的谐波电流检测算法.取负载侧三相电压经过Clark变换和Park变换产生同步旋转信号,完成普通锁相环结构中鉴相器的功能,从而得到相位差信号△θ,再经过PI控制和积分调节得到A相基波电角度,然后通过正、余弦信号发生器产生标准的正、余弦信号,以此减小电压畸变带来的误差;用高通滤波器代替传统算法中的低通滤波器直接得到三相谐波电流,简化系统结构,减少延时,提高系统的实时性.Simulink仿真结果表明,该方法能够准确快速地检测出谐波电流.     

现代电力系统谐波检测方法

电力系统的谐波由于受随机性、分布性、非平稳性等因素影响,常规的谐波检测方法在实际运用中均有不同程度局限.针对这一问题,在常规方法基础上的拓展和改进方法应运而生.本文对近年来电力系统谐波检测的新方法进行了分析和评述,并展望了电力系统谐波检测方法的发展趋势.     

关于电力系统FFT谐波检测存在问题的研究

快速傅立叶变换FFT(Fast fourier transform)是应用最广泛的一种谐波检测方法,但利用FFT进行谐波测量时存在较大的误差,影响谐波分析结果准确性,无法直接应用于电力系统谐波分析中。对使用FFT进行电力系统谐波检测时存在的问题从产生原因和改进方法两个方面进行了详细分析和总结。分析了目前已有的改善这些问题的新途径和新方法的优缺点,表明这些方法在不同方面提高了信号的分析精度和谐波测量参数的可信度。最后对预防、补偿电力系统FFT谐波检测存在问题的措施进行了总结并提出了看法。     

关于电力系统FFT谐波检测存在问题的研究

快速傅立叶变换FFT(Fast fourier transform)是应用最广泛的一种谐波检测方法,但利用FFT进行谐波测量时存在较大的误差,影响谐波分析结果准确性,无法直接应用于电力系统谐波分析中.对使用FFT进行电力系统谐波检测时存在的问题从产生原因和改进方法两个方面进行了详细分析和总结.分析了目前已有的改善这些问题的新途径和新方法的优缺点,表明这些方法在不同方面提高了信号的分析精度和谐波测量参数的可信度.最后对预防、补偿电力系统FFT谐波检测存在问题的措施进行了总结并提出了看法.     

基于CPSO-RLS的电力系统谐波估计融合算法

针对非线性动态负载引起的谐波检测难的问题,提出了一种新的估计电力系统谐波的算法。该算法首先利用混沌粒子群算法(CPSO)的全局搜索性,对未知参数进行优化估计,然后将CPSO算法优化的值作为RLS算法模型的初始权值;最后借助RLS算法进行谐波的有效提取。通过实验仿真,与CPSO算法相比,谐波振幅估计精度最大提高7%,相角估计精度最大提高1.24%。仿真结果表明,该算法在保证收敛速度的同时具有更高的估计精度。     

Several variants of Kalman Filter algorithm for power system harmonic estimation

This paper presents the maiden application of a variant of Kalman Filter algorithm known as Local Ensemble Transform based Kalman Filter (LET-KF) for power system harmonic estimation. The proposed algorithm is applied for estimating the harmonic parameters of a power signal containing harmonics, sub-harmonics, inter-harmonics in presence of white Gaussian noise. These algorithms are applied and tested for both stationary as well as dynamic signals containing harmonics. The LET-KF algorithm reported in this paper is compared with the earlier reported Kalman Filter based algorithms like Kalman Filter (KF) and Ensemble Kalman Filter (EnKF) algorithms for harmonic estimation. The proposed algorithm is found superior than the reported algorithm for its improved efficiency and accuracy in terms of simplicity and computational features, since there are less multiplicative operations, which reduces the rounding errors. It is also less expensive as it reduces the requirement of storing large matrices, such as the Kalman gain matrix used in other KF based methods. Practical validation is carried out with experimentation of the algorithms with the real time data obtained from a large paper industry. Comparison of the results obtained with KF, EnKF and LET-KF algorithms reveals that the proposed LET-KF algorithm is the best in terms of accuracy and computational efficiency for harmonic estimation.     

Influence of electric power distribution system design on harmonic propagation

The impact of the design parameters of electric power distribution systems on the propagation of harmonic distortion is investigated. This conceptual study is based on simulations on a generalized distribution system model, and leads to an increased insight in the mechanisms of the generation and propagation of voltage distortion. Moreover, analytical expressions are presented that predict the impact of changing design parameters on voltage distortion.     

基于Slepian和Parzen互卷积窗插值FFT的电力系统谐波分析方法

摘要：谐波是电力系统中最为突出的电能质量问题之一。谐波参数的准确估计是电力企业和用户评价电能质量的重要参考依据。目前,电网谐波参数的估计方法主要基于傅里叶变换算法,但该算法在分析和处理信号时需要对原始信号进行截断和离散化处理,会不可避免的导致频谱泄露和栅栏效应,从而严重影响电网谐波参数的准确测量。而具有优良旁瓣特性的窗函数以及插值算法可有效改善因频谱泄露和栅栏效应所带来的参数估计误差。为此,本文提出一种基于Slepian窗和Parzen窗的新型互卷积窗（SPMCW）插值FFT的谐波分析方法。SPMCW具有较低的旁瓣电平和快速的旁瓣衰减速率,因而可有效抑制频谱泄露,进而实现弱谐波幅值的检测。在MATLAB下的仿真实验验证了本文算法的准确性和可靠性。实际构建的硬件平台验证了算法的有效性和可行性。     

基于优化分裂基FFT算法的APF谐波检测策略

有源电力滤波器(APF)是一种具备动态谐波抑制和无功补偿功能的新型电力电子装置,对电流谐波实时准确快速检测是决定APF性能的一个重要环节。快速傅立叶变换(FFT)是目前应用广泛的谐波检测方法。然而,传统FFT算法计算复杂、存在时间延迟、实时性差、容受电网电压波形畸变或频率波动的影响,影响谐波检测的准确性和效率,降低APF的补偿效果和综合性能。由此,本文提出一种基于分裂基FFT算法的APF谐波检测与补偿策略,通过蝶形运算对偶序号输入使用基-2算法,对奇序号输入使用基-4算法,比传统基-2算法减少10%以上运算量,比传统基-4算法减少2%以上运算量,可有效降低FFT算法复杂程度,增强谐波检测实时性;采用汉宁窗对分裂基FFT算法进行优化,提升谐波检测精度与抗干扰能力,保证APF谐波检测与补偿效果和整体性能。通过三相四线制APF样机实验验证了所提谐波检测与补偿策略的正确性和有效性,在负载突变的情况下,重新到达新稳态的调节时间可缩短约25%。     

一种高精度实时电力谐波分析算法的实现

提出了一种适于高精度实时电力谐波分析的自适应调整采样率的谐波分析方法。该方法在谐波分析的同时调整采样间隔,跟踪电网频率,大大地减少了频谱泄漏。针对该谐波分析方法本文提出了离散Hartely变换递推算法,该算法大大地减少了计算量,且算法简单易于硬件实现。     

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Blackman自乘-卷积窗的FFT谐波检测算法

电网中存在的大量谐波严重影响着电力系统的安全稳定运行,快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)算法被广泛应用于电网谐波的检测,由于存在频谱泄漏和栅栏效应导致谐波参数检测的误差较大,通过加窗函数和插值算法可以提高FFT算法的精度。对窗函数进行自乘和卷积运算可以改善旁瓣性能,以Blackman窗作为母窗,进行自乘和卷积运算,提出了Blackman自乘-卷积窗,该窗函数具有较优的主瓣和旁瓣性能。结合三谱线插值算法,推导出频率、幅值、相位的插值修正公式。采用Blackman自乘-卷积窗和其他余弦窗对含弱幅值信号的复杂信号进行对比仿真,验证了Blackman自乘-卷积窗三谱线插值算法在检测弱幅值信号时依然具有很高的精度,对含白噪声的信号进行仿真,验证了该算法对谐波信号参数检测的相对误差较小,抗干扰能力强。