用傅里叶变换测量介质损耗因数tan δ的软件同步算法

计算分析了当电网频率漂移时,通过传统的离散采样用快速傅里叶变换（FFT）计算电力设备的介质损耗因数tan δ时,由于硬件设计的采样周期不能随电网频率漂移而相应地改变,从而给tan δ测量结果带来严重的计算误差。提出了一种利用采样序列数据修正方法,这种方法通过检测信号的周期确定周期修正量,根据大于或小于0决定是增加或者减少采样周期来解决传统傅里叶计算方法的计算误差问题,文中阐述了算法的实现过程,并介绍了一种适用于实验室和现场的通过阻容变化改变相位角的简单而准确的模拟电路。计算机模拟和实测结果表明,文中提出的算法可很好地解决传统傅里叶方法测量tan δ的精度与稳定性不高的问题,在12位A/D精度、电网频率波动±0.2 Hz条件下,数据经过修正计算后tan δ测量误差小于5×10^-4,对提高tan δ测量精确度及稳定性有重要作用,可在目前广泛使用的微控制单元（MCU）中很好地实现。     

基于傅里叶变换的精确频率测量算法

传统的傅里叶频率测量算法,通过傅里叶算法求出相邻2个周期的相位,采用相位差对采样频率进行修正和迭代,计算量大而精度差。文中根据严格推导得到傅里叶算法计算值的准确数学形式,通过对相位差的三角函数进行分解展开,代入傅里叶算法计算值,即可在不需要计算相位的情况下得到相邻2个周期相位差的准确值,从而得到真实的信号频率。仿真分析结果表明,该算法精度高,计算量小,实现简单,完全适合于微机保护测控类装置的实际应用。     

传统直流滤波傅里叶算法的误差研究及改进

文中对一类传统的直流滤波傅里叶算法的误差进行了分析,并在研究的基础上提出了一种新的直流滤波傅里叶算法。首先分析此类传统的直流滤波傅里叶算法如何修正带有直流衰减分量的短路电流采样值,分析修正采样值的过程中误差的变化,然后利用MATLAB仿真计算了此类算法的误差规律,最后提出一种兼顾运算量和计算精度的直流滤波傅里叶算法。     

一种用于频率偏移时有效值计算的修正方法

在中低电压等级的线路测控保护一体化装置中,可以较容易地实现手动同期功能,但两侧频率相差较大时,采用相同时间间隔采样会对模拟量有效值的计算带来很大误差。文中分析了频率偏离额定值较大时,利用傅里叶算法计算有效值的误差,提出了一种修正幅值的实用方法。通过理论分析和数字仿真表明该修正方法使有效值的计算精度大大提高,而且计算量增加不大,有很好的实用价值。     

基波频率修正方法在测量介质损耗中的应用

分析了电网的系统频率波动对监测变压器套管tanδ的影响,提出一种基于基波频率修正原理的介质损耗因数测量方法。该方法将电压、电流信号在时域内过滤其直流分量,修正所测电信号的基波频率,对原信号采用样条插值法进行插值计算,并进行整周期反复采样,截取整周期样本长度进行快速傅里叶计算,得到基波电压和基波电流的相位夹角,求出其余角的正切值即为介质损耗因数。仿真试验及现场应用的结果表明:采用该方法可实现对变压器套管介质损耗的准确测量。     

适用于频率偏移情况下同步相量测量的DFT算法研究

在频率偏移情况下,传统的离散傅里叶变换(discrete Fourier transform,DFT)法在同步相量计算过程中会产生固定误差和动态误差,严重降低了计算精度。为此,提出一种基于对称平移1/12采样窗的自适应DFT相量算法。该算法通过对称平移采样窗,构建与当前相量偏差±p/6的2个虚拟相量,利用相量间的平衡关系,在理论上可完全削减动态误差。实际应用中,由于采样频率固定,相量之间的相角差无法准确达到p/6。为此将可变窗长与平移采样窗相结合,以减小采样窗平移误差,并使采样窗最大程度地接近待测信号的一个周期。仿真结果表明,该算法在保证响应快速性的同时,对频率偏移下的相量计算误差修正效果明显,能够满足智能电网同步相量测量的计算精度和实时性要求。     

一种用于谐波测量的全数字同步采样算法

提出了一种用于高精度谐波测量的全数字同步采样算法,其原理是根据电网的基波频率动态地调整过采样模数转换器（ADC）中抽取电路的抽取率,使得抽取后的系统采样频率可以跟随基波频率的变化而变化。与传统的模拟锁相环（PLL）和软件同步采样算法相比,该算法完全由数字电路实现,更加节省硬件面积,适合于数模混合系统的应用开发。文中给出了一个包含delta-sigma ADC、频率测量模块、抽取率控制单元和64点快速傅里叶变换（FFT）计算引擎的、用于实际混合系统芯片设计的Simulink仿真模型。对于采样频率是1.638 4 MHz、带宽是1.6 kHz（可计量31次谐波）的谐波测量系统,在电网频率波动±5%的条件下,同步采样后基波和谐波有效值误差分别小于0.001%和0.02%。     

基于插值FFT算法重构的Hilbert变换测量无功功率的新方法

在异步采样情况下,利用Hilbert变换测量无功功率会产生较大的误差.提出了一种基于插值FFT算法重构的Hilbert变换测量无功功率的新方法.该方法用离散傅立叶变换(DFT)和离散傅里叶逆变换(IDFT)实现Hilbert变换,将各次谐波电压分别准确移相90°.并利用加汉宁窗(Hanning)插值快速傅里叶变换(FFT)算法分别对周期信号电压和周期信号电流的基波及谐波的幅值、相位、频率进行计算,形成经过加汉宁窗(Hanning)插值快速傅里叶变换(FFT)算法修正后的频谱,以克服信号频谱泄漏的影响,消除用异步采样值测量电功率时产生的误差.仿真计算结果表明,基于插值FFT算法重构的Hilbert变换测量无功功率的新方法具有很高的精度.     

滑窗APDFT算法在电力谐波检测中的应用

为解决传统电力谐波检测方法在电网频率偏移时,因非同采样造成增大检测误差的问题,文中根据全相位傅里叶变换的相位不变性及滑窗傅里叶变换优越的实时性的特点,提出了一种基于滑窗全相位傅里叶变换的谐波检测新算法,并给出了该算法的实现框图.利用MATLAB对算法的计算量和实时性进行了仿真分析,验证了滑窗全相位傅里叶变换的信号处理速度比全相位傅里叶变换快一倍,并具有相位不变性,在电网频率偏移时也有较高的谐波检测精度.     

消除非周期分量影响的改进傅里叶算法

傅里叶算法不仅具有滤除整数次谐波的能力,也具有很强的抑制非整数次谐波的能力,在电力系统信号分析中得到了广泛使用,但是传统傅里叶算法会受非周期分量的影响而产生较大的计算误差。在定量分析非周期分量可能造成的计算误差基础上,提出了一种改进傅里叶算法。先通过对两个不同工频周期下的采样值进行积分,计算出非周期分量参数,再从传统傅里叶算法的计算结果中将误差剔除。将泰勒级数的误差计算方法进行了拓展推导,并设置了应用条件以及优化措施,使改进傅里叶算法能够较好地兼顾速度与精度。分别采用静态模型信号和Matlab/Simulink仿真信号进行验证。结果表明,相比于传统傅里叶算法而言,改进傅里叶算法有效消除了非周期分量的影响,具有良好的计算精度和实用效果。     

采用二次DFT的高精度介损数字测量方法

为了减小离散傅立叶变换(DFT)算法用于介损测量中出现非同步采样造成的误差,提出了一种改进的算法。在等时间间隔采样的条件下,先使用一次DFT计算出实际的工频周期,修正每个工频周期的实际采样点数,使之满足同步采样条件,再采用二次DFT求出介质损耗角。通过软件仿真,在考虑电网频率波动和谐波含量变化的情况下,模拟采用不同的采样模数转换(A/D)分辩率和采样频率,对该改进算法与传统DFT算法进行分析比较,证明了该改进算法在计算精度、算法稳定性方面大大提高。根据仿真结果,对采用该改进算法的介损测量设备的硬件选型提出了建议,并给出了相应的A/D分辨率、采样频率的建议值。     

基于一阶导数的电力系统频率测量新算法

在异步采样的情况下,离散傅里叶变换(DFT)由于频谱泄漏及栅栏效应,计算结果不够精确,不能满足同步相量测量精度的要求.对现有的同步采样的误差产生及消除的方法进行了分析,提出了一种基于一阶导数的系统频率测量新算法.通过前一次的系统信号测量频率来修正采样频率,从而得到本次的计算频率.仿真结果表明:该算法具有高精度、计算量小...     

基于加窗傅里叶变换的弱电网阻抗测量算法

为了解决基于传统傅里叶变换的弱电网阻抗测量在电网背景谐波干扰和基频偏移时出现严重的检测误差现象,给出了一种改进的检测算法。通过深入分析傅里叶变换以及窗函数的数学特点得出,对信号的非同步采样及传统傅立叶变换较慢的频响曲线衰减速度是引起误差的主要原因。基于此提出采用加窗傅里叶变换算法,以大大提高傅里叶变换主瓣与旁瓣以及旁瓣间的衰减速度,同时适当增加傅里叶变换的频率分辨率以避免加窗之后主瓣过宽引起的主瓣干扰。Matlab仿真和实验结果表明,所提改进算法可有效提高电网阻抗检测的计算精度和抗干扰能力。     

基于DFT的电力系统频率及谐波精确算法

频率是电力系统运行特性评估中最重要的参数之一。传统频率测量算法存在不同程度的误差,而它所带来的频谱泄露则影响谐波测量的精度。提出基于离散傅里叶变换（DFT）的改进测频算法,该算法利用相隔半个周波的3组信号数据求取2个修正系数,分别对相邻两个周波的相角进行修正,再通过其相角差求得实际频率。在此基础上,通过实时修正采样频率实现同步采样,从而精确进行谐波分析。4种不同情况的仿真实验结果表明算法具有较好的频率跟踪效果和谐波测量精度。     

数字化变电站采样值报文非整周期采样误差分析及其补偿算法研究

数字化变电站采样值报文由于采样率低,非整周期采样现象相对于传统变电站更为明显,由此造成的频谱泄露和栅栏效应更为严重。文章从幅值误差和相位误差两个角度,通过精确的数学推导,分析了不同采样点数、不同电网频率下的傅里叶变换误差。找出了最优起始相位角的选取方法,并给出了减小误差的补偿算法,显著提高了分析精度。     

一种适用于同步相量测量的新算法

在异步采样的情况下,离散傅里叶变换(DFT)由于频谱泄漏及栅栏效应,计算结果不够精确,不能满足同步相量测量精度的要求。对现有的同步采样及误差消除方法进行了分析,提出了一种新的相量测量算法。通过线性插值计算,得到采样序列两相邻过零点进行频率跟踪,由所测频率对采样序列进行同步修正得到满足同步采样的新序列,采用DFT进行相量估计。仿真结果表明:该算法具有高精度、计算量小等特点,能够满足同步相量测量对精度及实时性的要求。     

RELAX算法在间谐波检测中的应用

间谐波是频率非基波整数倍的谐波成分,传统谐波测量方法将会因为非同步采样而产生泄漏误差.为准确测量间谐波,文中提出基于松弛谱估计(RELAX)的检测方法.因为该方法针对复信号进行分析,在检测前需先对采样信号进行希尔伯特变换构成复序列,计算结束后的相位测量结果也要进行修正.由于RELAX算法的复杂度集中在快速傅里叶变换(F...     

一种适用于同步相量测量的新算法

在异步采样的情况下,离散傅里叶变换(DFT)由于频谱泄漏及栅栏效应,计算结果不够精确,不能满足同步相量测量精度的要求.对现有的同步采样及误差消除方法进行了分析,提出了一种新的相量测量算法.通过线性插值计算,得到采样序列两相邻过零点进行频率跟踪,由所测频率对采样序列进行同步修正得到满足同步采样的新序列,采用DFT进行相量估计.仿真结果表明:该算法具有高精度、计算量小等特点,能够满足同步相量测量对精度及实时性的要求.     

基于偏π/4直角坐标的DFT相角测量算法

鉴于传统的离散傅里叶变换(discrete Fourier transform,DFT)相角测量算法在精度和实时性方面效果不佳,分析了在非同步采样下DFT算法的相角误差,推导出相角误差与频率偏移率和采样初相角的函数关系,并提出一种基于偏?/4直角坐标系的相角测量算法。相角误差分为固定相角误差和动态相角误差。该算法利用坐标系中坐标轴的正交特性以及四相平衡关系,对动态相角误差尽可能地削减。与传统的DFT方法相比,该算法对动态相角误差进行了较好的修正,使得相角测量的精确度得到提高。最后,实验验证了该算法的精确度和实时性,结果表明该算法是可行的,且在保证频率跟踪测量精度的前提下,对含有各种干扰的电力信号也具有良好的测量能力。     

基于全相位傅里叶变换的煤矿电网电能质量分析

根据当前煤矿电网负荷特点,在详细对比了当前谐波和间谐波分析方法的基础上,引入全相位傅里叶变换对煤矿电网中的谐波和间谐波进行分析.在谐波的测量中,对基于Hanning加窗插值法、基于B-H加窗插值法、基于Blackman加窗插值算法和全相位傅里叶算法分别进行了仿真计算比较.发现基于全相位傅里叶算法对谐波的测量误差远远小于其他三种加窗算法.在间谐波的测量中,对比了Rife-Vincent(Ⅲ)窗法和全相位傅里叶算法的仿真计算结果,表明基于全相位傅里叶算法对间谐波相位和频率的测量误差远远小于Rife-Vincent(Ⅲ)窗法,对间谐波的幅值测量精度也远高于Rife-Vincent (Ⅲ)窗法.仿真计算结果表明,基于全相位傅里叶修正算法能对谐波中的偶次、奇次及间谐波中的特定次谐波进行有效测量分析,该算法精度高,可靠性高.