一种改进的插值FFT谐波分析算法

快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)是进行谐波分析的有效方法,能够在很大程度上减小计算量。进行FFT计算存在栅栏效应导致观测误差,采用插值算法能够对误差进行修正。进行FFT计算的数据长度必须满足一定条件,不利于采样参数的灵活设置。该文以基2的FFT算法为例,针对采样数据长度非基2的场合,采用补零的方法使进行FFT计算的数据长度满足基2条件,分析给出了补零后的插值算法修正公式。分析结果表明,当采样数据非基2的条件下,采用该文方法进行FFT插值计算与离散傅里叶变换(discrete Fourier transform,DFT)插值计算是等效的,且使采样参数设置更加灵活,不需满足基2的条件。以飞机400 Hz交流供电系统为例,通过仿真和实验证实了该方法的可行性和有效性。     

电力谐波检测中基于FPGA的非基2FFT设计与实现

当数据采集系统每周波采样点数不等于2n时,为解决直接应用基2或基4 FFT算法进行谐波分析所产生的频谱泄露问题,提出了一种非基2FFT算法的硬件解决方案.方案以FPGA为硬件平台,综合采用Cooley-Tookey、Good-Thomas、Reader质数因子算法,以及流水线设计思想,实现了对输入数据的快速高精度FFT...     

基于嵌入式系统的非同步采样高精度谐波检测

电网工频时变将导致固定采样率下的非同步采样现象,降低谐波检测精度。A类谐波测量仪器通过硬件锁相克服了该问题,但高昂的价格使其难以广泛应用于实际工程。在嵌入式系统中通过合理的算法校正非同步采样结果,实现谐波的准确测量,能够有效降低设备成本。首先分析频谱泄漏抑制条件与多点变换谐波测量算法特性,研究不同变换点数对频谱的影响,推导在不同采样条件下的最佳变换点数选择式。其次提出优先计算基波及低次奇次谐波频率的平均参考工频优化算法,进一步改善了整体计算效果。最后在STM32嵌入式系统上实现了算法。模拟数据计算及LED灯谐波检测实验结果均验证了在非同步采样下,基于该算法的嵌入式系统谐波测量的高精度性与高可靠性。     

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。     

基于改进谐波分析法的介损数字测量

分析了用传统谐波分析法测量介损的原理以及该算法由于非同步采样造成的误差,提出了一种改进的谐波分析法。在等时间间隔采样条件下,先计算出实际的工频周期,再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。将该改进算法在数字信号处理器中进行验证,结果表明,该算法精度比传统方法有显著提高,且适合在嵌入式处理器中实现。     

应用于电力系统谐波分析的采样周期自适应方法

提出了一种谐波检测时,基于序列相关计算的采样周期自适应方法。该方法首先计算两组相邻采样信号序列的相关系数,根据相关系数和二次修正方程修正采样周期,不断迭代直至采样序列满足同步化收敛条件;最后对最新同步序列进行FFT计算得到各次谐波参数值。该方法无需知道信号的实际频率,在迭代过程中采样点数保持不变,克服了基于相关计算的采样窗口同步化方法中由于采样周期固定所引起的长序列DFT计算。数字仿真计算表明在系统信号频偏较大的情况下该方法收敛速度快,计算量小,计算精度高。     

适用于非整数次幂的高精度混合基FFT谐波测量算法

快速傅里叶变换(FFT)是目前谐波分析中常用的分析算法,加窗插值FFT算法能够改善频谱泄漏和栅栏效应,但是FFT对采样数据序列有一定的长度要求.以基2为例,针对非2整数次幂数据序列无法采用快速傅里叶变换的问题,在分析研究常规混合基FFT算法频谱分布的基础上,提出一种适用于非整数次幂的高精度混合基FFT谐波测量算法.该算法采用四根谱线对混合基结果进行插值校正计算,该文详细分析推导了该算法的原理和修正过程.仿真及试验结果表明,在非2整数次幂条件下,与常规混合基FFT算法、补零FFT算法相比,该算法具有更高的谐波分析准确度,并且参数设置更加灵活.     

有功功率测量的异步采样方法

本文提出了旨在消除同步采样条件限制的交流信号有功功率测量的异步采样方法.该方法提出了新的有功功率定义式的数值计算形式,依据交流信号一个周波内的多点采样值直接算出有功功率.采样频率只须根据存在的谐波按Nyquist定理确定,而不必满足同步采样条件.分析表明无论有无谐波,测量误差在周波内测量点数为128时约为1×10-6,且随测量点数的增大而进一步减小.依据该方法提出的算法相当简单,普通微处理器都可应用该算法连续测量每个周波的有功功率.     

FMCW雷达快速高精度测距算法

在FMCW雷达测距系统中,单纯采用FFT方法通过峰值点确定单频信号频率时,要想提高精度就必须增加采样点数,结果使得提高测量精度和降低计算量成为矛盾,限制了FMCW雷达在高精度实时测距方面的应用,本文提出一种将FFT与Chirpz相结合提高FMCW雷达测距精度的新算法,理论计算和在Matlab下仿真表明,此算法可显著提高计算效率和精度。     

基于移频滤波的频率测量方法

实际电力系统由于存在频率波动,使得严格同步采样条件难以满足,从而影响了电力系统频率及其他参数的准确测量。为此,该文提出一种基于移频滤波的电力系统频率测量新方法,该方法只需通过对原始采样信号进行简单的移频和滤波运算即可准确求得电力系统的频率。与经典时域测量方法相比,该文算法简单,运算量小,实时性好。与传统傅里叶算法及其改进算法相比,该频率测量方法无需额外求解方程和加窗插值运算,能有效克服传统傅里叶算法存在频谱泄露和栅栏效应的缺陷。该文分别在电网基波频率变动、不同采样率、不同采样点数、不同模数转换器字长以及不同信噪比噪声等条件下对算法进行了仿真测试。仿真结果表明,该算法能够实现对电力系统频率的准确测量且能有效地抑制白噪声的干扰。构建的实际硬件测试平台验证了所提算法的准确性和可靠性。     

基于递推FFT算法与不间断采样的电力谐波分析

提出了递推FFT算法,对标准FFT算法结构进行了改进,使其运算由集中变为不等量地分配在采样间隔内进行,在采样频率较高、采样窗口较长的情况下,仍可实现对被测信号的不间断采样与FFT分析。采用PLL(锁相环)来实现采样窗口与被测信号周期的同步。采用高速DSPTMS320C32-60执行递推FFT算法,得出了实际运行时间的结果,为被测信号不间断采样分析的实现提供了应用依据。     

基于插值FFT算法的电力系统频率高精度测量

介绍了一种基于插值FFT算法的测量电力系统频率的高精度方法.分别对原始信号为纯基波、含有谐波以及分别改变谐波含量和相位等几种情况进行了仿真,并与傅里叶算法的测量结果做了比较.结果表明,插值FFT算法在各种情况下都有很高的精度,采样不同步对该方法的影响也很小.该方法运算速度快,计算精度高,易于硬件实现,能够满足电力系统实时测量的要求.     

Spectral correction-based method for interharmonics analysis of power signals with fundamental frequency deviation

In this paper, a spectral correction-based algorithm for interharmonic computation is proposed for especially highly fluctuating fundamental frequency cases in the power system. It has been observed and reported that fluctuating demands of some loads such as arc furnaces, or disturbances and subsequent system transients make the fundamental frequency of the power system deviate and this causes non-existing interharmonics to appear in the spectrum due to grid-effect when a standard window length is used for the entire FFT process. The proposed method uses a synthetic waveform produced at the fundamental frequency and amplitude to determine the amount of the leakage due to the grid-effect at each frequency. Then the leakage is subtracted from the original FFT of the signal to correct the frequency spectrum. It has been shown that the leakage effect caused by the fundamental frequency variation is avoided with a correction algorithm applied after FFT and the error in the first interharmonic computation due to frequency deviation is reduced to zero exactly if the fundamental frequency can be determined accurately. Both simulative and field data tests have been performed. The method does not require online sampling frequency or FFT window length adjustment and it is simple to implement.     

基于改进的能量算子的电压闪变参数估计

电压闪变是电能质量的重要指标,而闪变测量需要提取闪变调幅波包络.提出了一种可以精确估计电压闪变调幅波的方法,使用Teager-Kaiser能量算子方法提取闪变包络,用改进的快速傅里叶变换(FFT)分析包络得到其相应的幅值、频率.考虑到FFT在非同步采样时的误差,选用旁瓣性能优良的Nuttall窗和精度较高的三谱线插值法改进FFT.给出了相应的算法公式步骤,并通过仿真试验证明所提方法的准确性和有效性.该方法计算量小,并具有较高精度,易于硬件实现.     

基于MSP430的综合选线保护系统的开发与研究

论文在对零序暂态能量、零序有功功率、零序直流选择性等漏电保护原理进行分析的基础上,进一步深入研究了零序直流选择性漏电保护原理,提出了对传统零序直流选择性漏电保护原理的改进方案,并提出了一种将三者相结合的漏电综合选线保护方案。设计出了一种漏电综合选线保护装置,并设计了软件程序。系统的硬件设计采用了模块化的设计思想,主要包括数据采集单元、处理单元等。通过软件的设置来实现多路交流信号的软件同步采样。系统的软件设计也采用了模块化设计思想。     

基于Nuttall窗的三峰插值谐波算法分析

针对快速傅里叶变换(FFT)在非同步采样下存在检测精度低的问题,根据Nuttall窗的旁瓣特性以及FFT后信号的谱线特点,提出一种基于Nuttall窗三峰插值的电力系统谐波检测算法。用曲线拟合得到修正公式,并基于修正公式进行了Matlab仿真。仿真结果表明,在同等条件下,该算法处理信号的幅值修正相对误差小于2.44×10-5%,相位修正相对误差小于0.004%。该算法相对于单峰及双峰插值精度更高,相比于五点、九点算法,所提算法可以提前得到修正公式无需对离散序列重新组合。     

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     

电动汽车充换电设施电能计量及溯源技术研究

我国电动汽车产业发展迅速,其充换电设施用电特性具有非线性、冲击性特点,传统电能表已难以满足此类负荷准确计量的要求,而且缺乏相应检定溯源手段。为此提出了改进ip-iq算法对特定整数次谐波和基波电流、谐波电压进行实时分频检测,基于实时FFT以及准同步采样线性插值的补偿算法,以及一种基于无级放大的宽量程冲击性负荷电能计量技术;研制了计量装置,有效解决了电动汽车充换电设施电能计量的溯源问题及电压变化情况下直流电能的检定溯源问题。现场应用效果证明了所提的电能计量方法及装置能够满足电动汽车充换电设施电能准确计量及溯源的要求。     

基于FPGA的高速FFT处理器在电力谐波检测系统中的设计与实现

在电力谐波检测中,经常需要对谐波信号进行频谱分析,为实现谐波信号频谱数据的实时输出,探讨了基于FPGA的高速FFT处理器的设计与实现。该处理器模块采用按时间抽取基4算法,碟形运算单元采用CORDIC算法代替了复乘运算,减小了系统资源占用,同时采用双端口RAM存储结构进行同址运算,完成了整个单元的流水线操作,提高系统速度;整体基于VHDL语言进行模块化设计,经过信号仿真测试,当系统工作频率为100MHz时,完成1024点输入为16位定点复数的FFT运算仅需要51.3μs,仿真结果表明该处理器能够很好的高速电力谐波检测系统高速实时性要求。