基于离散傅里叶变换的频谱分析新方法

针对现有的测频算法和频谱分析方法还存在一些不足之处,提出了基于离散傅里叶变换的频谱分析新方法,它能准确计算出信号中的基频分量,整次谐波和非整次谐波的幅值,频率和相角,以及衰减直流分量的幅值和衰减时间常数.公式推导的过程先从简单的单信号模型入手,得到单个余弦信号的幅值、频率和相角,再推广到一般情况下的复杂信号,采用牛拉法迭代求解.算法精度高,不受初始采样点、采样频率和阶数的影响,实时性强.最后对具体算例进行仿真,所得结果验证了算法的正确性.     

含分数次谐波环境下提取整数次谐波信息的新方法

提出了一种在含有分数次谐波环境下,以一定的规律逐渐降低的频率序列依次作为基频,利用傅里叶级数展开电力系统中实际的电压、电流信号,再通过迭代算法从中提取出工频量及其整数次谐波分量信息的新方法。该方法回避了现有的加窗DFT算法中选取窗函数困难的问题。新方法的原理进行了详细的数学推导和说明,并给出程序框图。为了验证方法的正确性,利用程序对一实际信号进行了分析。实例结果表明,与传统的FFT算法比较,新方法在富含间谐波和次谐波环境下依然能够提出基波和整数次谐波的幅值和相角,且精度满足工程需求。同时,该方法还具有实现简单等优点,易于在工程实际中应用。     

基于连续小波变换的非整数次谐波测量方法

快速傅里叶变换(FFT)可实现整数次谐波的精确检测，但对非整数次谐波的检测误差较大；加窗插值算法可提高非整数次谐波的检测精度，但会导致谐波分辨率降低。如果信号中存在频率相近的整数次和非整数次谐波，利用FFT和加窗插值算法都无法实现谐波的准确检测。连续小波变换(CWT)因其良好的时频局部化特性，可用来分析谐波。通常利用CWT系数的幅值来检测谐波频率。但不同尺度的小波函数在频域上存在相互干扰，如果被检测信号中含有频率相近的谐波，利用CWT系数的幅值无法实现谐波的准确检测。文中结合傅里叶变换和CWT的特点，提出了利用小波变换系数傅里叶变换的幅值来分离谐波的算法。通过实例验证，该算法能够把频率相近的整数次和非整数次谐波分离，实现较理想的检测，从而提高了谐波分析、检测的精度。     

一种高精度的电网谐波/间谐波检测的组合优化算法

为了提高电能质量,准确测量电网中的谐波和间谐波频率、幅度和相位,给出一种高精度的电网谐波和间谐波检测的组合优化算法。首先,利用双窗全相位快速傅里叶变换时移相位差频谱校正法,检测出谐波和间谐波的频率值;再构建谐波和间谐波信号幅值和相角参数的目标函数,设定初始值和迭代精度,由拟牛顿优化算法对目标函数进行迭代运算,检测出相应的谐波和间谐波信号的幅值和相位角。利用该方法对复杂间谐波信号进行检测,仿真实验结果表明,基于双窗全相位快速傅里叶变换时移相位差频谱校正法和拟牛顿法的组合算法实现了间谐波幅值、频率和相位三个特征的较高精度检测。且该算法具有较高的抗噪声干扰能力。     

计及负频率影响的新能源发电低频间谐波检测方法

近年来,随着新能源发电的快速发展,越来越多的电力电子设备应用于发电单元,导致电网中出现了频率为次同步的间谐波。在对这类低频间谐波进行参数估计时,由于受负频率影响,现有的离散频谱校正方法存在较大的误差。为提高其频谱分析精度,文章在IEC 61000-4-7推荐的测量环境下,提出了一种计及负频率影响的离散频谱校正方法。根据信号FFT后的频谱特性,建立包含负频率在内的离散频谱校正模型;依据离散频谱的周期性,利用局部谱峰附近的4条谱线构建谱线方程组来求解低频间谐波的频率校正分量;根据估计出的频率,利用间谐波峰值谱线的频谱值及其共轭值来修正其幅值和相位参数。仿真结果表明,所提方法可以有效降低负频率成分对信号频谱谱线干涉的影响,提高低频间谐波的频率、幅值和相位校正精度,同时具有较好的抗噪性能。     

基于FFT的电力系统谐波分析

非线性元件的大量使用使得电力系统谐波日益增多,造成过电压、过负荷等问题,而谐波的监测和分析是治理谐波的前提条件,对此利用快速傅里叶变换 FFT 对构造的四种电力系统信号模型进行频谱分析.结果表明,FFT可很好地识别幅值固定不变的谐波分量,并可抑制系统中高斯白噪声的干扰,但在谐波幅值发生变化或信号频率不固定时,并不能准确获取信号频谱,需对其进行改进研究。     

采用希尔伯特振动分解的非整数次谐波检测新方法

针对现有电力系统非整数次谐波分析法的不足,提出了一种改进的希尔伯特振动分解(HVD)方法。该方法根据对解析信号瞬时频率的分析,巧妙地通过平滑滤波获得非整数谐波成分中幅值最大分量的频率,由同步检测获得相应的幅值和初相角,通过迭代运算自适应地检测出非整数次谐波的各次频率、幅值和相角。虽然HVD方法和希尔伯特黄变换(HHT)方法这两者均以希尔伯特变换为基础,但HVD方法避免了复杂的经验模式分解(EMD)过程。采用Savitzky-Golay滤波替代平滑滤波,在保留有效频率成分情况下可极大地消除快速变化不对称振荡高频值;提出的新波形特征匹配边界延拓可消除边界效应的影响,使得非整数次谐波分析更准确。仿真实验证明了改进的HVD方法对非整数次谐波检测的有效性。     

继电保护傅氏算法中滤除直流分量的一种简便算法

快速傅里叶变换（FFT）是电力系统进行谐波分析的主要算法，但当输入信号中含有衰减直流分量时，FFT算法会产生较大的误差。文中提出一种改进算法，能够在事先未知衰减常数的情况下，对衰减直流分量进行补偿，从而消除直流分量对基波及各次谐波幅值和相位的影响。该算法只需要在整周期采样的基础上增加一个采样点，理论上可以精确补偿衰减直流分量的影响，精度高、计算简单，适用于电力系统谐波分析中的精确算法。     

基于改进频谱叠加算法的多间谐波检测方法

为提高多组非对称间谐波的检测精度,对多分量频谱叠加算法加以改进,基于一元高次方程韦达定理,提出了对基波及谐波附近多个非对称间谐波的统一计算公式。首先将多个间谐波DFT后在基波及谐波附近的频谱泄露值进行矢量叠加,得出间谐波相关方程组;然后根据统一计算公式求解该复杂方程组,得出间谐波估计频率;最后结合估计频率和初始假设信号,能够得到各个频率对应的幅值及相位。实验算例表明,该间谐波检测方法能准确识别基波及谐波附近的多个非对称间谐波,能够有效解决传统检测识别间谐波时对间谐波存在个数及类型的限制。     

基于改进小波包的非整次谐波分析算法

小波函数是具有时域和频域良好局部化特性的函数,可以用于非整次谐波的检测。但是小波变换算法存在着频谱泄漏和栅栏现象,给谐波的检测带来误差。文章提出了改进小波包快速算法,在每层信号分解或重构过程中,在原小波滤波器后面串联一个新的纠正滤波器,使得重构信号中的幅值失真和频谱混叠现象得到有效改善,实现检测非整次谐波的方法。通过仿...     

用于谐波和间谐波检测的频谱分解法

在使用离散傅里叶变换进行电力系统谐波/间谐波分析时,若所分析信号中两频率成分过于密集,就会产生主瓣干扰。本文分析了传统方法在两频率成分发生主瓣干扰时失效的原因,在10个周波采样长度下,提出一种用于抑制主瓣干扰的改进傅里叶算法:根据频域谱线的相位特性,将两个密集频率成分的傅里叶变换结果拆分成两组谱线,分别对这个两组谱线进行频率、幅值以及相位的校正。计算机仿真算例和实测分析表明,该方法计算简单,能在抑制旁瓣干扰的同时,有效拆分出信号中频率差小于频率分辨率的谐波与间谐波成分,或两个间谐波成分,满足工程精度要求。     

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。     

基于双窗全相位FFT双谱线插值的谐波和间谐波分析算法

在利用传统快速傅里叶变换进行谐波和间谐波分析时,由于非同步采样或非整周期截断,容易影响谐波和间谐波的检测精度。本文提出了一种基于双窗全相位快速傅里叶变换双谱线插值的电力谐波和间谐波分析算法。该算法利用双窗全相位快速傅里叶变换主谱线相位值来估计信号初相位,选择紧邻峰值频点的左右两根谱线进行频率和幅值的插值校正,结合多项式拟合函数推导出典型窗函数下全相位快速傅里叶变换的实用修正公式。通过与传统快速傅里叶变换双谱线插值法、全相位快速傅里叶变换比值法及全相位快速傅里叶变换相位差法的仿真对比实验,验证了所提出的新算法在密集频谱分析、谐波和间谐波的高精度检测及克服白噪声污染等方面的准确性与有效性。     

Application of the Variational Mode Decomposition for Power Quality Analysis

Harmonics and interharmonics in power systems distort the grid voltage, deteriorate the quality and stability of the power grid. Therefore, rapid and accurate harmonic separation from the grid voltage is crucial to power system. In this article, a variational mode decomposition-based method is proposed to separate harmonics and interharmonics in the grid voltage. The method decomposes the voltage signal into fundamental, harmonic, interharmonic components through the frequency spectrum. An empirical mode decomposition (EMD) and an ensemble empirical mode decomposition (EEMD) can be combined with the independent component analysis (ICA) to analyze the harmonics and intherharmonics. By comparing EMD-ICA, EEMD-ICA methods, the proposed method has several advantages: (1) a higher correlation coefficient of all the components is found; (2) it requires much less time to accomplish signal separation; (3) amplitude, frequency, and phase angle are all retained by this method. The results obtained from both synthetic and real-life signals demonstrate the good performance of the proposed method.     

基于HHT变换的微网电压闪变与谐波检测新技术

微网中大规模的分布式电源由于其自身特点及大量电力电子设备的使用,容易引起电网电压波动、电压闪变及谐波等电能质量问题,影响电力用户的供电要求。利用HHT（Hilbert-Huang transform）变换方法对微网中的电压闪变、谐波等电能质量扰动信号进行了EMD分解,得到各IMF分量,通过对IMF分量进行Hilbert谱分析和边际谱分析。仿真结果表明,该方法能快速有效地检测出微网中电压闪变信号的频率和幅值及谐波信号产生及终止的时刻。     

磁链追踪PWM法中的谐波分析

从反变换的角度对磁链追踪PWM法中的谐波情况进行了分析。推导了定子磁链多边形的径向误差△R、相位误差△Ф与谐波的分布以及各次谐波含量之间的关系，并通过仿真研究了径向误差△R和相位误差△④对谐波影响的特点。     

一种基于综合DFT和Prony算法的谐波与间谐波分析方法

针对传统频域谐波测量方法存在的时域分析局限性,提出了一种综合频域(FFT)和时域(Prony)的谐波与间谐波分析方法。首先对谐波与间谐波信号进行离散傅里叶变换(DFT),获取信号的频谱范围,据此选择Prony算法的采样率,并依据信噪比选取Prony算法的模型阶数。然后基于Prony算法得到信号中各谐波与间谐波分量的频率、幅值、相位和衰减因子。最后基于能量系数筛选得到主导次谐波与间谐波分量,通过基于Prony的数据重构得到主导次分量的时域变化趋势。实测数据分析表明,所提分析方法可以准确得到主导次谐波与间谐波分量的时域指标和变化趋势,实用性较强,为事故准确溯源分析提供了有效手段。     

两种电网谐波分频检测方法的对比

为分析不同电网谐波检测方法的特点,介绍了基于瞬时无功功率的谐波分频检测法和基于最小二乘法的谱估计谐波分频检测法,仿真分析、比较两种方法的结果表明前者能够瞬时检测到谐波分量,实时性很好,但检测结果包括的幅值和相位信息不能分离开来;而后者可离线计算特定次谐波,实时性较强,算法也较简单,不但能算出谐波幅值,还能求出其相位,且和采样起始时刻没有关系,但是此方法要求采样严格的与基波过零同步。     

一种基于修正采样序列的电力系统频率测量方法

提出了一种基于修正采样序列的电力系统频率测量方法,明显减少了当采样频率与系统频率不同步时频谱泄漏,较为精确地提取基波及各次谐波的幅值和相角,因而使基于相角变化的频率测量计算精度高,具有较高的实用价值。     

基于最小二乘法和时频原子变换的谐波/间谐波测量算法

提出了最小二乘法与时频原子变换相结合的谐波/间谐波测量方法。应用最小二乘法对整个测量频段扫频,获取谐波/间谐波分量的个数和大致频率。依次对各个分量跟踪配置时频原子变换对应的带通滤波器,精确测量其频率和幅值。时频原子变换是具有自适应复带通滤波特性的新型时频分析方法,其频窗宽度与频窗中心相互解耦,可以灵活调整而不受窗函数中心频率的限制。通过构造频窗互不交叉的复带通滤波器来抑制频率邻近分量之间的干扰,同时能在非同步采样条件下抑制基波频率波动对测量精度的影响。仿真结果表明该方法具有测量精度高、计算量小、抗噪性能好等优点。