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%。     

基于离散傅里叶级数的非同步采样下谐波功率测量算法

为准确测量谐波功率,提出一种基于离散傅里叶级数的算法。误差分析表明,在非同步采样下,该算法误差较大,且其与电网实际频率的波动近似呈正比。针对此,通过修正三角基函数集和采用准同步迭代运算方式,提出减小计算量的方法,并对算法进行优化。仿真结果表明,稳态条件下,所提优化算法可适应电网频率±0.5 Hz的波动,计算准确度达10-6量级;在准稳态条件下,该算法用于谐波电能计量的准确度也高于对比的三种算法,验证了所提优化算法的有效性。     

数据插值在同步采样中的应用

周期电气信号的测量中普遍采用交流同步采样.由于同步误差的存在,用同步采样的数学模型来处理准同步采样的采样值,会给测量结果带来一定误差.本文分析了同步误差产生的原因及其对有效值测量造成的影响,提出了改善测量结果的数据插值算法,并用仿真验证了该算法的可行性.     

交流电信号有效值高精度测量算法研究

在交流电信号的测量设备中,大部分采用同步交流采样技术,它是提高交流采样性能的关键技术。针对现有减少同步误差方法的局限性,分析了采样周期与信号周期不同步以及采样时间间隔不均匀测量误差的问题,采用了累加单元减小量化误差,并结合"三点法",实时跟踪信号频率变化并调整采样周期。研究了使用梯形法计算交流信号有效值时的误差大小以及表达式,采用了改进的参数算法。仿真实验结果表明该算法能有效提高同步采样法测量有效值的精度。     

介损在线监测的3种改进谐波分析法的分析

谐波分析法用于介损在线测量时,由于系统频率波动,难以满足理想的同步采样,从而产生泄漏误差影响基波相角测量的准确度。为减小泄漏误差,提高介损测量准确度,通过加窗插值,修正理想采样频率和采取偏移频率补偿对原算法进行了改进。理论推导和仿真结果都验证了改进方法的有效性。     

一种从军用电站采样数据提取电压参数的方法

电压有效值和频率是衡量军用电站供电质量的重要指标。他们的计算结果精度越高,我们就能越准确的评估电站性能。对非同步采样数据的合理处理可以很好的减少非同步计算误差。详细介绍了一种利用军用电站采样数据计算信号频率和电压有效值的方法,通过对"过零点"的拟合,很好的增强了信号频率和电压有效值的测量精度。最后在MATLAB环境下对介绍的算法进行了仿真,并且进行了详细的误差分析。     

微机电量变送器电参量同步采样与准同步采样测量误差仿真分析与研究

非同步采样测量计算误差在微机电量变送器电参量测量误差中占了主要成分,有必要采取有效措施减少该测量误差.对此,采用不同的采样方法对电路中的电压有效值及其有功功率进行仿真计算,以验证准同步采样测量算法在微机电量变送器电参量测量的有效性和消除非同步采样测量误差的必要性.     

应用于频率波动电网的改进相位差校正法

针对电网信号基波频率波动时传统相位差校正法测量结果存在较大误差,甚至可能产生测量失败的问题,提出一种改进算法。改进算法相对于传统相位差法有4个改进措施:第一,通过对加窗后的频谱表达式进行多项式变换从而加快旁瓣衰减速度,减小了频谱泄漏和各谱线之间的干扰;第二,通过计算频率变化率(Rate of Change of Frequency,ROCOF)对传统相位差法的校正公式进行了进一步的修正;第三,在计算ROCOF时尽量减小采样窗长,提高了ROCOF的实时性以及计算精度;第四,通过两次相位差法减小基波频率波动导致的非同步采样带来的频谱泄漏。分别在基波频率稳定以及基波频率宽范围波动的两种情况下将改进算法进行仿真验证。仿真结果表明,改进算法的电参量测量精度较传统相位差法有大幅度的提升,分析窗长满足IEC标准规定窗长。     

基于Lagrange插值频率估计的数字电能计量算法

传统电能计量系统中电网电压/电流波形信号的采集由电子式电能表完成,电能表内部设计了频率跟踪电路,在电网频率出现波动的情况下能同步采样,电能计量误差小。在数字电能计量系统中电网波形的采集由电子式互感器或合并单元的A/D采样模块完成,由于电子式互感器或合并单元采集后到的电网波形信号需要组帧传输给后续不同的数字化设备使用,其采用固定的采样频率,所以,在电网频率出现波动的情况下,不能实时跟踪电网频率而改变采样频率实现同步采样,电能计量误差大,因此,为减小在频率波动条件下的电能计量误差,提出一种数字电能计量新算法,该方法利用三次拉格朗日(Lagrange)插值算法提取出电网基波频率,并利用离散傅里叶变换(DFT)算法的栅栏效应进行波形成分提取,实现电能计算,该方法实现简单,通过实验仿真验证了其电能计量误差小,具有实用价值。     

周期信号幅值的计算误差与改进——频变情况下用定频采样数据计算的探讨

阐述了应用DFT求取周期信号幅值对采样信号的要求。介绍了利用定频采样数据求取周期信号幅值的两种改进方法。对定频采样定点数计算及两种改进算法进行了仿真分析。结果显示,应用定频采样采用自适应点数计算,可有效减小误差。     

基于正交分解的介质损耗因数数字测量算法

首先概述了过零点电压比较法、谐波分析法等几种现有的介质损耗因数tand 数字化测量算法的优缺点,分析tand 的物理意义及其谐波条件下的定义问题。将电压与电流定义为欧氏函数空间的2个向量,利用正交特性将泄漏电流分解为相互正交的有功分量与无功分量,进而提出了基于正交分解的tand 数字化测量算法及其简化计算公式。最后分别在电压无畸变、电压含谐波、电压频率波动、采样频率以及采样时间长度变化时,对文中提出的介损测量正交分解法进行仿真验证,并与谐波分析法进行比较分析。仿真结果显示,当电压频率波动与采样数据长度变化时,正交分解法的最大测量误差分别为谐波分析法的23.72%与5.35%;采样频率变化对2种方法的影响相同;在电压频率为50.5 Hz时,tand 实时测量值的波动幅度降低了110倍。该算法物理意义明确,计算简单,测量结果精确、稳定,可用于tand的离线测量与在线监测。     

两种高精度介损角算法的比较和分析

加汉宁窗谐波分析法和高阶正弦拟合法是介损角测量的两种有效算法,对两种算法的分析和比较有利于它们在实际中的应用.本文首先介绍了两种算法的原理,分析了它们的优缺点,通过仿真给出了信号频率变化情况下两种算法计算所得介损角误差受采样时间影响及其计算速度,通过对所得结果的比较和分析得出了以下结论:信号频率在正常范围内波动时两种算法能达到很高的精确度,但前者对采样时间长度要求较高、计算量较小;后者对采样时间长度要求不高,计算量较大.     

适用于母线保护的电子互感器采样频率转换算法

在电子式互感器应用环境中，母线保护连接不同采样频率的电子式电流互感器（ECT）时，需要将原始采样频率不同的采样数据转换为同一采样频率。文中提出了时域连续有限冲激响应滤波器的概念，并以此为基础构造了连续数字低通滤波器，从电子式互感器输出的离散采样数据恢复出连续信号，重新计算出任意时刻的采样值。用含丰富谐波信号的1 000kV线路故障电流进行的计算分析表明， 4 kHz/2.4 kHz采样频率转换，该算法在数据窗长6个采样间隔（延时为0.75 ms）时，其峰值瞬时值误差均小于0.66%，精度和实时性能满足母线保护的要求。     

准同步离散傅里叶变换算法研究

介绍了准同步离散傅里叶变换(discrete foruier transformation,DFT)算法的基本原理,同时对算法进行了计算机仿真,讨论了采样起始时刻和频偏对算法测量准确度的影响,并对DFT算法和准同步DFT算法进行了比较。得到结论:准同步采样与采样起点无关;被测信号频率在一定范围内变化不影响测量结果;在一定条件下,采用准同步DFT算法能够获得较高的测量准确度。     

一种基于频率补偿的改进插值谐波分析算法

针对传统单峰谱插值谐波测量算法在非同步采样时由于频谱泄漏造成测量精度不足的问题,提出一种基于频率补偿的改进算法,并且分析传统插值算法的测量误差,改进了修正公式。该算法通过三个步骤实现,第一,基于汉宁窗插值校正频率,然后利用相对频偏进行频率补偿得到准同步化序列。第二,采用准同步化序列基于汉宁窗再次插值校正频率,将两次计算得到的相对频偏相加用于修正频率,进而减轻频谱泄漏的影响。最后,为了提高幅值和相位的测量精度,利用准同步化序列基于平顶窗直接估计,无需推导反演公式。仿真实验结果表明,该算法的测量精度相比于传统的单峰谱插值算法提升显著,在噪声环境下相比于四谱线插值、相位差算法,该算法具有更高的精度和抗噪性能,验证了所提出算法的有效性和准确性。     

用加Hanning窗插值高阶正弦拟合法测介损角

电力系统频率偏离50Hz时常规的傅立叶变换用于频谱分析时易产生频谱泄漏和栅栏效应,使介损角计算产生误差。高阶正弦拟合法以信号的基波频率、谐波幅值和相角作为变量对信号进行拟合,该法能有效减轻谐波存在和频率波动的影响,精确测量电气设备的介损角。高阶正弦拟合法的关键是最小二乘的计算,通常使用傅立叶变换结果作为最小二乘法的初始值,当频率偏离50Hz较多时,傅立叶变换结果与谐波分析的真实值相差较大,将其作为初值的最小二乘计算量大,影响了高阶正弦拟合法的实时性。加Hanning窗插值谐波分析法通过加窗和插值能有效减轻频率偏离50Hz时的频谱泄漏和栅栏效应,且有快速算法较之傅立叶变换增加的计算量很少。为提高高阶正弦拟合法计算介损角时的实时性,将加Hanning窗插值谐波分析法的结果作为高阶正弦拟合法的初始值,所得初始值与精确值的差值减少,最小二乘法的迭代次数从2次减到1次,容性设备仿真信号的计算时间从约0.82ms减到约0.45ms,结果表明所提出的方法能有效减少介损角的计算时间,提高介损角测量的实时性。     

An advanced method for eliminating impacts from frequency deviations in power system signal processing

Frequency deviation is a common problem for power system signal processing. Many power system measurements are carried out in a fixed sampling rate assuming the system operates in its nominal frequency (50 or 60 Hz). However, the actual frequency may deviate from the normal value from time to time due to various reasons such as disturbances and subsequent system transients. Measurement of signals based on a fixed sampling rate may introduce errors under such situations. In order to achieve high precision signal measurement appropriate algorithms need to be employed to reduce the impact from frequency deviation in the power system data acquisition process. This paper proposes an advanced algorithm to enhance Fourier transform for power system signal processing. The algorithm is able to effectively correct frequency deviation under fixed sampling rate. Accurate measurement of power system signals is essential for the secure and reliable operation of power systems. The algorithm is readily applicable to such occasions where signal processing is affected by frequency deviation. Both mathematical proof and numerical simulation are given in this paper to illustrate robustness and effectiveness of the proposed algorithm.     

基于时域连续有限冲激响应滤波器的电子互感器采样数据站间同步算法

在电子式互感器应用环境中,需要在保持各站采样时钟独立性的前提下,完成采样数据站间同步。文中提出了时域连续有限冲激响应(TCFIR)滤波器的概念,并以此为基础构造了连续数字低通滤波器,从电子式互感器输出的离散采样数据恢复出连续信号,重新计算出任意时刻的采样值。用含丰富谐波信号的500kV线路故障电流进行的仿真和时域、频域分析表明,1000Hz、2400Hz和4000Hz的采样频率下,该算法在数据窗长6个采样间隔(延时为3个采样间隔)时,其有效值和DFT基波幅值误差均小于0.4%,精度和实时性能够满足继电保护和分布式稳定控制的要求。     

激光粒度测试的非独立反演算法的研究

在光散射法测量微粒体系粒度分布中,关键是反演算法的选择及其正确使用。基于米氏散射理论,研究了非独立反演算法,把遗传寻优算法引入到非独立算法中。实验验证表明,引入遗传寻优到非独立反演算法扩大了非独立反演算法的寻优范围及寻优速度,对标准粒径的反演结果误差在1%以内。     

数字电压调节器三相电压数字测量方法的研究

在无刷交流发电机和交流变速恒频电源系统的数字电压调节器中 ,需要利用AD转换器采样到的三相电压瞬时值 ,并通过一定的测量算法由瞬时采样值来确定发电机的输出电压值 ,再依据此电压值对励磁电流进行相应控制。因此 ,数字测量算法是数字电压调节器的一个关键所在。文中讨论了三种三相电压的数字测量算法 ,对比了三相电压中谐波造成的影响 ;分析了三种测量方法的时间常数。由于半周期积分法具有受谐波影响较小 ,三相对称时 ,测量时间常数也较小 ,另外 ,该算法可以方便地实现对最高相电压的限制 ,故数字电压调节器中采用了半周期积分法。实验说明 ,采用半周期积分法的数字电压调节器可以满足飞机电源系统的要求