基于Nuttall窗插值算法FFT的虚拟电力谐波测量系统设计

为了提高虚拟仪器测量电力系统谐波的准确度,研究了加窗FFT插值算法的原理,对比分析了几种重要窗函数的频谱特性,提出了将Nuttall窗插值FFT算法引入LabVIEW平台的方案,推导了Nuttall窗插值FFT简单易用的多项式修正公式,给出了算法的具体程序,并进行了仿真和实验验证,结果表明,基于LabVIEW的Nuttall窗插值FFT电力谐波测量算法准确度高、实现方便且开发周期短,能快速地在普通计算机上完成高准确度的谐波分析。     

基于Nuttall(Ⅰ)窗的插值FFT算法

加Blackman-harris窗插值FFT算法计算精度高,但其频率修正系数公式和复振幅的插值修正函数过于复杂,计算量大,影响了它的应用.给出了一种基于4项余弦窗Nuttall(Ⅰ)窗的插值FFT算法.讨论了Nuttall (Ⅰ)窗的频率响应,详细推导了基于Nuttall (Ⅰ)窗的插值FFT算法的计算公式,其频率修正系数计算公式简单,容易得到,并采用三次样条插值函数计算复振幅的修正系数.仿真计算结果表明,当采样1 0周期时,新的插值FFT算法能够有效地提高电力系统谐波的测量精度,与其他4项余弦窗加窗插值FFT算法相比,具有较小的运算量和较好的实时性.     

基于Nuttall窗四谱线插值FFT的电力谐波分析

快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform, FFT)在非同步采样和非整数周期截断时难以精确检测谐波各参数。加窗和插值算法可提高FFT的精确度。分析了Nuttall窗的频谱特性,提出了基于Nuttall窗四谱线插值FFT的电力谐波分析算法。该算法充分利用峰值谱线频点附近的四条谱线进行加权运算以提高谐波分析精度,运用多项式拟合推导出实用的插值修正公式。仿真结果验证了在非同步采样时,该算法检测谐波的精度更高,有效地抑制了频谱泄漏。     

基于Nuttall(I)窗的插值FFT算法

加Blackman-harris窗插值FFT算法计算精度高,但其频率修正系数公式和复振幅的插值修正函数过于复杂,计算量大,影响了它的应用。给出了一种基于4项余弦窗Nuttall（I）窗的插值FFT算法。讨论了Nuttall（I）窗的频率响应,详细推导了基于Nuttall（I）窗的插值FFT算法的计算公式,其频率修正系数计算公式简单,容易得到,并采用三次样条插值函数计算复振幅的修正系数。仿真计算结果表明,当采样10周期时,新的插值FFT算法能够有效地提高电力系统谐波的测量精度,与其他4项余弦窗加窗插值FFT算法相比,具有较小的运算量和较好的实时性。     

基于四项最低旁瓣Nuttall窗的插值FFT谐波分析

快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)在非同步采样和非整数周期截断时存在频谱泄漏,无法精确得到谐波参数。为了减少非同步采样对FFT的影响,本文采用四项最低旁瓣Nuttall窗结合双谱线插值FFT进行谐波分析。文章分析了四项最低旁瓣Nuttall窗的频谱特性,提出了基于四项最低旁瓣Nuttall窗插值的分析算法,运用多项式拟合推导出实用的插值修正公式。仿真结果验证了在非同步采样时,该算法与加Blackman窗和Blackman-Harris窗的插值FFT相比具有更高的精确度,更好的抑制了频谱泄漏。     

基于Nuttall窗双谱线插值FFT的电力谐波分析方法

快速傅里叶变换(fast Fourier transform，FFT)因其易于嵌入式系统实现而被作为电力谐波分析的主要方法，但电力谐波分析时很难做到同步采样和整数周期截断，由此造成的频谱泄漏将影响测量结果的准确性。加窗和插值修正算法可改善基于FFT的谐波参数计算的准确度。该文讨论Nuttall窗的旁瓣特性和双谱线插值算法，提出基于Nuttall窗双谱线插值FFT的电力谐波分析方法，用曲线拟合函数求出实用的双谱线插值修正公式，大大减少了计算量。仿真结果表明，提出的谐波分析方法在非同步采样和非整数周期截断条件下，21次谐波幅值计算误差小于等于0.000 9%，初相位计算误差小于等于0.04%。     

基于Nuttall窗插值FFT的标准源谐波分析算法

电力标准源是用于输出电力仪表测试的基准信号,其输出精度主要取决于反馈检测精度.采用FFT对标准源输出进行谐波分析时,很难做到同步采样和整周期截断,由此造成的频谱泄漏将导致谐波分析时存在较大的误差.针对上述问题,基于插值算法的原理,提出了4项3阶Nuttall窗函数与双峰谱线的插值算法,给出了谐波幅值、相位和频率的修正公式.仿真和实验结果证明所提算法能够有效抑制频谱泄露,显著提高标准源输出精度.     

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。     

基于Rife-Vincent窗的录波电流谐波分析方法

加窗插值可以有效抑制频谱泄漏和栅栏效应,改善FFT算法的谐波分析精度。分析比较了Hanning窗和5项Rife_Vincent窗（R_V窗）的频谱特性,推导了2种窗对应的偏差修正公式。提出了一种根据时域采样点的相对误差计算方法并用于比较窗函数的谐波分析精度。仿真实验与实例计算验证了R_V窗插值算法的正确性,且较Hanning窗插值算法精度更高。     

改进加窗插值FFT动态谐波分析算法及应用

为减少加窗插值FFT谐波分析算法中的频谱泄漏和栅栏效应,本文分析了旁瓣最低与最速下降窗的频谱特性,提出了基于4项旁瓣最低与最速下降窗的插值FFT谐波分析算法,运用多项式拟合求出了简单实用的插值修正公式,减少了谐波分析时的计算量。仿真结果表明,在非同步采样和非整数周期截断条件下,本文所提出的谐波分析方法适合于弱信号和包含2~21次谐波的电力信号的精确分析。本文还给出了算法在三相多功能谐波电能表中的应用情况,验证了算法的有效性和准确性。     

一种新型组合优化谐波分析方法研究

在非同步采样和非整数周期截断时,采用快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform, FFT)进行电力谐波分析时容易造成频谱泄露和栅栏效应,加窗插值可有效解决频谱泄露和栅栏效应问题。在分析了纳托尔窗的频谱特性的基础上,推理得出4项5阶纳托尔窗函数,通过自卷积运算得到纳托尔自卷积窗函数,并推导出四谱线插值校正公式。基于全相位傅里叶变换(all-phase FFT, apFFT)的相位不变性,利用理论频点附近的主谱线和旁谱线幅值的比值,推导出基于纳托尔双窗和ap FFT双谱线插值频谱校正分析法。由此提出了加窗插值FFT用于频率和幅值的检测,apFFT用于相位检测的新型组合算法。仿真结果表明所提新型组合算法在谐波检测时精度更高,抑制频谱泄露能力更强。     

典型电能计量算法数值仿真及性能比较研究

在梳理较为成熟的五种典型电能计量算法的原理和特点基础上,分别在非同步采样和同步采样条件下运用这五种算法进行数值仿真分析,考察它们测算总电能、基波电能和谐波电能的准确性和实时性。研究发现,Nuttall窗双谱线插值FFT算法、Rife-Vincent窗双谱线插值FFT算法、小波包分解和重构算法测算总电能和基波电能的相对误差较小;而小波包分解和重构算法、Prony算法和准同步采样FFT算法测算谐波电能的相对误差较大;再者,Rife-Vincent窗双谱线插值FFT算法和Nuttall窗双谱线插值FFT算法的实时性均明显优于其他算法。这些结论可为实际应用提供参考。     

基于六项余弦窗四谱线插值FFT的高精度谐波检测算法

目前,在实际电网环境中谐波检测算法的精确度不够高。为此,分析了一种具有旁瓣峰值低且下降速度快的六项余弦窗并将其应用于FFT算法中,提出了基于六项余弦窗四谱线插值FFT的谐波检测算法,运用多项式拟合polyfit函数推导出了简单实用的四谱线校正公式,简化了运算过程。实验结果表明:该算法在21次复杂谐波环境中,与四项Nuttall窗和四项Rife-Vincent窗FFT插值相比有更高的精确度,且在基于相同窗的情况下,四谱线插值的精确度要高于三谱线插值计算。最后,在实验中考虑到实际电网中可能遇到的噪声干扰情况,进行了仿真,仿真结果验证了该算法具有较高的检测精确度。     

一种高精度六谱线插值FFT谐波与间谐波分析方法

加窗插值快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform, FFT)算法因其便于在嵌入式系统实现而被广泛应用于电力系统谐波检测,可改善因非同步采样和非整周期截断造成的频谱泄漏与栅栏效应,提高FFT分析的精确度。针对目前常用的加窗插值算法存在的不足,在分析五项最大旁瓣衰减(Maximum-Sidelobe-Decay, MSD)窗频谱特性的基础上,提出一种基于五项MSD窗六谱线插值FFT的谐波与间谐波分析算法。该算法利用紧邻峰值谱线频点的六条谱线进行加权运算,充分考虑峰值频点左右对称谱线所蕴含的信息以提高分析精度。通过数据拟合求出窗函数对应的插值修正公式,简化了运算过程。仿真结果表明,五项MSD窗六谱线插值FFT算法设计实现灵活,抑制频谱泄漏效果极好。相比于其他常见的四谱线插值FFT算法,该算法具有更高的谐波、间谐波检测精度。     

基于频谱分辨率自适应的双插值DFT谐波分析方法

插值FFT作为一种常用的电力系统谐波分析方法,在抑制谱间干扰、宽带噪声等方面存在一定不足。文章提出了一种基于频谱分辨率自适应的双插值DFT谐波分析方法。该方法基于窗函数、插值方法对算法谱间干扰误差和宽带噪声误差的影响机理,通过频谱分辨率自适应以抑制基波对谐波计算的频谱干扰,并通过倍频逆推求整次谐波,避免插值计算谐波带来的误差。仿真结果表明,所提出的算法相比于双插值FFT和三插值FFT算法具有更高的计算精度。     

基于Nuttall窗三谱线插值的介损角测量方法

采用FFT谐波分析方法进行介质损耗角测量时,由于非同步采样会导致频谱泄露和栅栏效应,给介质损失角测量带来较大误差。为提高介损测量精度,文中提出基于Nuttall窗的三谱线插值介损测量方法。通过加Nuttall窗进行FFT得到离散序列,由三谱线插值进行频谱校正得到电压电流基波相位,根据两者相位差来计算介质损耗角。在基波频率波动、三次谐波含量变化、白噪音存在和采样点数变化的情况下测量介损角。仿真分析结果表明,Nuttall窗具有良好的旁瓣性能,能更好抑制频谱泄露,减小测量误差,所提方法测量介质损耗角时具有较高计算精度。