1种在线模型频域特性辩识方法的研究与应用

提出了1种基于频域特性分析的在线模型频域特性辨识方法,该方法算法简单,易于实现,且具有较强的抗干扰性和较高的辩识精度.在PID调节器的输出信号和过程输出信号中均包含与辩识频谱信号相同的频谱成分,当频谱的幅值和相位特性发生变化时,该变化与PID调节器、控制对象和闭环控制系统的特性相关.通过对PID调节器输出信号中频谱成分的幅值和相位与过程输出信号中频谱成分的幅值和相位比较,可辩识得到控制对象的频域特性,仿真试验及应用研究验证了该方法的有效性.当在参考滤波器模块组输入中加入带宽为80.0 Hz,平均幅值为方波辨识信号幅值100％的高频高斯干扰信号后,对二阶惯性环节相位频率特性的仿真辩识精度大于0.64°,二阶惯性环节幅值频率特性仿真辩识精度大于1.1％.     

基于全相位频谱分析的正弦信号高精度参数估计方法

对传统频谱分析的输入数据截断方式进行了改进,提出了全相位频谱分析,理论证明全相位频谱分析幅度谱是传统FFT频谱分析幅度谱的平方,可以很大程度上减小频谱泄露,同时,给出了其实现框图.另外.全相位频谱分析方法具有良好的相位分析性能,不受频偏影响,在信号是非整数倍频率采样情况下,由该方法分析的相位与信号真实相位误差极小,无需校正.提出基于全相位相位差法估计正弦信号幅值、频率和相位的新算法,对传统相位差法其序列的取法进行了改进,对单频余弦信号进行非整周期采样,分别用全相位相位差法和离散频谱综合相位差校正法对信号的频率、幅值和相位进行了校正.仿真结果证明该算法参数估计精度高于现有算法,具有较好的实用价值.在无噪情况下参数估计近似为无偏估计,尤其对相位的估计,误差达到0.001%.     

基于新型检测方法的单相并联有源滤波器

提出一种基于新型检测方法的单相并联有源滤波器。该有源滤波器采用新型基波相位和频率检测方法,基于该检测方法采用单周期复位积分方法计算出谐波电流。输入信号经过A/D变换得到数字信号,经过频率校正环节后可得到与输入信号基波分量相同角频率的信号,该信号再经过初相校正环节后就可以得到与输入信号基波分量同频率、同初相的相位信号,从而实现对输入信号中基波分量的跟踪。该相位检测方法不需要通过闭环校正,显著提高了检测跟踪速度,暂态响应时间小于20ms。利用该方法检测出电网电压基波分量单位正弦信号,采用单周期复位积分法,可以得到负荷电流基波分量的幅值,从而方便地计算出电流中的谐波分量。仿真和实验结果证明了所提方法的正确性和有效性。     

新型双校正工频软件锁相环

提出了一种基于数字信号处理器的基波相位和频率校正检测方法,可用于电力系统中电压或电流基波分量同步信号的获取。输入信号经模/数(A/D)转换后通过频率校正环节可得到与输入信号基波分量相同角频率的信号,该信号再经初相校正环节后就可得到与输入信号基波分量同频率同初相的相位信号,从而实现对输入信号中基波分量的跟踪。该方法在一个采样周期内分别计算输入信号中基波分量的频率和相位及它们与标准信号的误差,而不需要闭环反馈,显著提高了跟踪速度,由于频率校正环节和相位校正环节的结构相同,又简化了编程。仿真和实验结果表明该检测方法不受谐波影响,跟踪精度较高,暂态响应时间小于20ms。     

交流信号RMS值频率偏移误差的准正交抵消算法

介绍交流信号的均方根(RMS)值计算方法.针对由于信号频率或信号采样频率偏移造成的RMS值计算误差,提出一种准正交抵消算法,该算法取2个采样起点相差1/4采样长度的单周期信号采样序列,求取采样序列的均方(MS)值,再对其均值取开方.同传统RMS算法相比,该算法无需对采样信号进行频率、相位的同步跟踪,计算量几乎没有增大,即可大幅抵消信号RMS值的频率偏移误差;尤其是在频率偏差不大时,该算法几乎可以完全抵消RMS值的频率偏移误差;当输入信号包含谐波时,该算法的频率偏移误差抵消效果受到显著影响,但仍有可观抵消效果.     

汉宁双窗全相位FFT三谱线插值检测谐波算法

在非同步采样情况下,利用快速傅里叶变换(FFT)进行电力系统谐波分析时,会带来频谱泄漏现象和栅栏效应,影响了信号的量测精度.为此,提出了一种汉宁双窗全相位FFT三谱线插值检测谐波算法.该算法原理是:在汉宁双窗全相位FFT分析的基础上,利用基波频点附近的3条相邻谱线幅值作比,计算出频率校正量,并由此估计出谐波信号的幅值;然后,结合全相位FFT分析的相位不变性,将采样点处幅值最大的谱线相位作为信号的初相.仿真实验表明,与其他插值算法相比,该算法可以更有效地降低谐波参数检测误差,减少白噪声干扰的影响.     

一种基于改进傅立叶级数的高精度谐波分析算法

为了提高在较短采样时间长度下的谐波分析精确度,提出了一种改进傅立叶级数的谐波分析算法.该算法根据加汉宁(Hanning)窗插值的傅立叶算法获得信号的频率,基于该频率获得计算傅立叶级数时整周期的区间,使用插值获得了边界点的信号值,根据梯形插值积分公式计算谐波幅值和相位,提高了精确度.加汉宁窗插值傅立叶算法对信号频率的分析精度要远高于谐波相位的分析精确度,尤其在较短采样时间长度时,获得信号频率后截取整周期信号的积分能有效提高了加窗插值傅立叶算法在短采样时间长度下的谐波分析的精确度.同时算法原理较为简单,编程实现较为容易.编程实现了多种基于傅立叶变换的谐波分析算法,计算结果表明所提算法在较短的采样时间长度下精确度远高于其他算法,同时长采样持续时间时算法的精度也要更高一些.     

新型固定角速度同步参考坐标系三相PLL算法

针对三相锁相环(PLL)算法易受三相电压不平衡与谐波影响的情况,提出了一种新型基于固定角速度同步参考坐标系(SRF)的三相PLL算法。该算法是一种开环算法,它通过建立角速度固定的SRF,将三相电压信号转换为d,q向量,之后依据该向量与d坐标轴之间的角度得到三相电压的相位信息。该方法能在输入信号幅值、相位发生变化及频率产生偏差的情况下,实时且精确地检测到相位角信息。此外,为克服三相电压不平衡与谐波对锁相性能的干扰,采用滑动滤波器算法对d,q向量进行滤波处理,之后再求取输入信号的相位信息。最后仿真与实验证明了该算法在三相电压发生幅值、频率、相位突变及三相电压不平衡且含有谐波等情况下的有效性。     

一种用于基波测量的数字校准方法

在电力系统中，相量测量的精度主要受到信号采样通道元器件误差和软件采样同步误差的影响。分析和实验表明，不同量程同步采样经幅值校准后拟合的方法改进了相量幅值测量的精度，对各相量进行相位校准的方法克服了相量采样的同步误差。综合应用2种方法，提出了基波相量幅值校正和相位校正的数字校准方法，对输入信号采用不同放大倍数调理电路进行分段处理和A／D采样，经幅值校准后拟合，以及对各相量进行相位校准均改进了电力系统电压和电流的测量精度。最后介绍了该方法在微机保护装置中的应用及其检测结果。     

基于Prony算法的小电流接地系统单相接地故障选线研究

Prony算法是用一组指数函数的线性组合来拟合等间隔采样数据的方法,可以从中分析出信号的幅值、相位、衰减系数、频率等信息.通过对故障零序电流特征的分析,提出采用Prony算法来提取故障零序电流的谐波分量的信息,比较谐波分量的幅值和相位来实现正确选线.理论分析及仿真实验表明该方法可以准确实现小电流接地系统单相接地故障选线.     

基于Hilbert移相滤波的全数字锁相环

提出了一种基于Hilbert移相滤波实现的全数字锁相环,用于实现低频交流信号频率和相位的数字化测量。先将被测信号经过模数变换后输入到一对全数字的Hilbert移相滤波器,得到幅值相等相位相差90的两个信号,计算出输入信号相位角,再将输入信号相位角输入到一个基于锁相环结构设计的全数字处理系统,测算出信号的频率和相位。该测量方法充分利用了信号波形本身所包含的相位信息,提高了低频交流信号相位鉴别的准确度及锁相跟踪的速度,减少了测量过程达到稳定所需的时间。该算法可通过数字信号处理器(DSP)等微处理软件方便地实现。适用于测量电力系统工频电压信号的频率和相位,所获得的数据既可用于电力系统的监测,也可为需要同步工作的电力电子设备提供相位基准。     

基于TLS-ESPRIT算法和支持向量机的间谐波检测

由于间谐波具有在频域广泛分布、幅值相对于基波和谐波较小、周期难以确定等特点,因此间谐波的检测难度很高,要求能够尽量限制非同步采样对检测精度的影响。现代谱估计算法由于对同步采样没有要求,频率分辨率高等特点被广泛地用于电力系统谐波与间谐波检测中,由于其只能准确的估计信号的频率,不能很好的估计信号的幅值和相位,在实际应用中受到很大限制,而支持向量机如果要准确的估计信号的频率、幅值和相位,计算量很大。基于以上特点,将支持向量机(SVM)与总体最小二乘旋转不变(TLS-ESPRIT)算法结合起来,先用TLS-ESPRIT算法准确估计信号频率分量,再用支持向量机方法估计信号的幅值和相位,通过三个算例分别讨论了该方法在相邻信号、多信号等情况下的检测情况,证明该方法切实可行,能准确检测出间谐波的各种参数,并且比单独使用支持向量机计算量小。     

一种基于改进傅立叶级数的高精度谐波分析算法

为了提高在较短采样时间长度下的谐波分析精确度,提出了一种改进傅立叶级数的谐波分析算法。该算法根据加汉宁（Hanning）窗插值的傅立叶算法获得信号的频率,基于该频率获得计算傅立叶级数时整周期的区间,使用插值获得了边界点的信号值,根据梯形插值积分公式计算谐波幅值和相位,提高了精确度。加汉宁窗插值傅立叶算法对信号频率的分析精度要远高于谐波相位的分析精确度,尤其在较短采样时间长度时,获得信号频率后截取整周期信号的积分能有效提高了加窗插值傅立叶算法在短采样时间长度下的谐波分析的精确度。同时算法原理较为简单,编程实现较为容易。编程实现了多种基于傅立叶变换的谐波分析算法,计算结果表明所提算法在较短的采样时间长度下精确度远高于其他算法,同时长采样持续时间时算法的精度也要更高一些。     

基于互信息最小化盲源分离准则的电压闪变检测方法

为了准确测量电网电压闪变的参数,提出了一种新的基于最小化互信息准则的盲源分离方法.将含有电压闪变的混合信号视为盲信号,对采样得到的混合信号序列分别延时若干点,构造输入信号矩阵,基于互信息最小化盲源分离准则,用Fast-ICA算法从混合信号中分离出闪变的包络波形,再进行频率和幅值的计算,就可得到短时闪变值.设计了由信号发生电路、功率放大电路及采样电路等组成的实验电路,实验结果表明此方法对平稳和瞬时闪变信号的幅值、频率测量精度高,特别是在含非整次调制谐波时,优于传统的快速傅里叶变换算法,取得了较好的效果.     

数字采样卡线性误差校准

目前,数字采样技术被广泛应用于电学计量领域。在宽频带交流功率国家基准建立中,不仅需要确定两路采样信号的幅值和相位误差,同时还需要对采样在不同输入电压下的线性误差进行准确校验。提出了采用感应分压器为参考校验采样板卡两路通道的线性误差的方法,该方法通过研制变比误差可自校的2n:1感应分压器,在频率上限达100 k Hz的频率范围内实现了对NI公司生产的高精度数字采样板卡PXI-5922的幅值和相位的线性误差的准确测量。实验结果表明该板卡在0.004 V~1.024 V的幅值线性误差优于60μV/V,相位的线性误差优于120μrad。     

基于数字锁相环的并网逆变器电流跟踪控制

针对光伏并网发电系统,基于数字锁相环,研究了一种实现系统并网电流幅值、相位跟踪控制的新方法。光伏并网系统的电压和电流信号经传感器和模／数转换后送人数字锁相环,得到该模拟信号的幅值、相位。在此基础上,通过PI算法实现并网电流幅值和相位的跟踪控制。实验结果表明,该方法在系统原有基础上无需添加任何硬件设备,便可高效、快速、准确、可靠地实现逆变电流幅值和相位跟踪控制。     

两相静止坐标系下消除不对称和谐波影响的同步信号提取方法

三相并网变流器可以在同步旋转坐标系下,也可以在两相静止坐标系下进行控制。无论在哪一种坐标系下进行控制,都需要能够快速准确地提取出电网同步信号。为了满足两相静止坐标系下变流器的控制需求,文中将正弦幅值积分器应用于两相静止坐标系下的同步信号提取。通过对在不对称和含有谐波情况下的输入电压进行矢量描述,提出采用多通道正弦幅值积分器的同步信号检测方法,可以消除负序分量和谐波分量的影响,而且无需进行正负序分离就可以直接得到正序分量和负序分量的幅值和相位信息。文中建立了多通道正弦幅值积分器同步信号提取方法的数学模型,揭示了同步信号提取的机理并讨论了反馈参数的选取原则。通过构造频率自适应算法,克服了电源频率变化对同步信号提取的影响。理论分析和实验结果都表明所提出的同步信号提取方法可以在电源频率变化、不对称以及含有谐波的情况下快速准确出提取出正负序分量的幅值和相位信号。     

基于FFT的傅里叶算法在微机继电保护中的应用

传统的微机继电保护算法中,一般使用梯形算法[1]来计算周期信号的直流分量和各次谐波的系数,此方法计算比较复杂.本文提出了一种基于FFT的算法.该算法利用FFT可以由输入序列直接计算出输入信号的直流分量和各次谐波的幅值和相角的特点,大大简化了谐波分析的计算.与梯形算法相比,该算法具有精度高、计算量小、更易在数字信号处理器上实现等优点.因而可以取代梯形算法来计算谐波系数.针对FFT计算,还介绍了正弦信号采样频率的选择方法.     

基于Prony算法的小电流接地系统单相接地故障选线研究

Prony算法是用一组指数函数的线性组合来拟合等间隔采样数据的方法,可以从中分析出信号的幅值、相位、衰减系数、频率等信息。通过对故障零序电流特征的分析,提出采用Prony算法来提取故障零序电流的谐波分量的信息,比较谐波分量的幅值和相位来实现正确选线。理论分析及仿真实验表明该方法可以准确实现小电流接地系统单相接地故障选线。     

基于数学形态学和改进Prony算法的谐波与间谐波参数估计

由于传统Prony算法对谐波与间谐波的检测易受噪声影响,为了提高参数估计精度,准确提取谐波和间谐波的频率、幅值和相位,提出了一种基于数学形态学和改进Prony算法的谐波与间谐波参数估计方法.该方法主要思路是先用数学形态学构建形态滤波器去除噪声,可以克服传统Prony算法对噪声敏感的不足;然后再将去噪拟合后的谐波信号进行改进Prony分析.该方法针对原始Prony方法优化了实际阶数和线性参数的求解过程,对比小波消噪求解谐波各参数的方法优化了去噪效果.通过MATLAB对谐波信号进行编程分析,发现该方法在噪声情况下仍能得到较高精度的谐波与间谐波幅值、频率和相位参数估计,验证了该方法的可行性和有效性.