基于汉宁双窗apFFT单谱线插值的电力谐波和间谐波检测算法

当利用快速傅里叶变换(FFT)对电力谐波或间谐波进行处理时,实际频率与频率分辨率不一定是整数倍关系,由此造成频谱泄漏,影响谐波或间谐波参数的估计精度。针对此问题,提出了一种基于汉宁双窗全相位FFT离散单谱线插值的频谱校正算法。算法的原理是:利用理论频率点附近的旁谱线幅值和主谱线幅值的比值,推导出各频率点的校正量。然后,根据估计出的频率校正量,并结合全相位FFT的线性时不变性(LTI)以及汉宁窗的归一化模函数估计出信号的幅值。由于全相位FFT的相位谱与频偏无关,因此可以取频率点处的主谱线相位值来估计信号的初相位。仿真算例对比表明:汉宁双窗apFFT单谱线插值频谱校正算法估计的谐波和间谐波参数更准确,综合误差更小,具有较强的抗白噪声干扰能力。     

基于汉宁双窗apFFT单谱线插值的电力谐波和间谐波检测算法北大核心

当利用快速傅里叶变换(FFT)对电力谐波或间谐波进行处理时,实际频率与频率分辨率不一定是整数倍关系,由此造成频谱泄漏,影响谐波或间谐波参数的估计精度。针对此问题,提出了一种基于汉宁双窗全相位FFT离散单谱线插值的频谱校正算法。算法的原理是:利用理论频率点附近的旁谱线幅值和主谱线幅值的比值,推导出各频率点的校正量。然后,根据估计出的频率校正量,并结合全相位FFT的线性时不变性(LTI)以及汉宁窗的归一化模函数估计出信号的幅值。由于全相位FFT的相位谱与频偏无关,因此可以取频率点处的主谱线相位值来估计信号的初相位。仿真算例对比表明:汉宁双窗apFFT单谱线插值频谱校正算法估计的谐波和间谐波参数更准确,综合误差更小,具有较强的抗白噪声干扰能力。     

基于优化原子分解的含频谱干涉谐波/间谐波检测算法

针对现代电网中含主瓣干扰和负频率干扰的谐波/间谐波信号,提出了一种基于优化原子分解的快速检测方法。对待分析信号加Hanning窗并进行FFT谱估计,根据频域谱线的相位特性和谱线幅值的比值校正理论,构建一种高可信度综合频谱干涉判据,判断频域内发生主瓣干扰或负频率干扰的谱线。对受干扰谱线在其邻域的一定频率间隔范围内进行粒子群优化(PSO)算法粗搜索,将得到的寻优参数重新离散化,在更小的范围内采用原子分解算法,快速准确获得谐波/间谐波参数。本文方法大大减小了匹配追踪算法的寻优范围和计算量,并能保证搜索的全局最优。仿真结果表明本文算法可快速有效分析含频谱干涉的复杂谐波/间谐波信号。     

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AR谱估计和频谱分析的间谐波检测方法

自回归(Autoregressive,AR)谱估计方法频率分辨率高,但不易对间谐波幅值和相位实现精确计算;基于DFT的频谱分析方法能在辨识出各分量频率的基础上计算得到高精度的间谐波参数,但频率分辨率低。为此提出了一种结合这2种方法优势的算法来检测间谐波。首先采用基于最优窗加权修正的Burg算法估计出信号所含分量的大致频率,然后结合软件同步采样后的FFT频谱来分析计算各分量参数。同步采样时基波和谐波无泄漏,可以根据同步采样FFT谱线中只与间谐波有关的谱线来计算间谐波,此时间谐波谱线之间的相互干扰可通过利用间谐波谱线求解与间谐波参数有关的方程组来克服。最后对间谐波所靠近的基波和谐波谱线进行修正,就能保证谐波和间谐波参数精度都较高。实验证明,这种基于AR谱估计和频谱分析的间谐波检测方法能在分辨率和精度上得到兼顾。     

布莱克窗函数频域插值电力谐波计算

提出了一种电力谐波高精度估计的新方法.首先使用CZT (Chirp Z变换)从含有谐波的电力信号中高精度提取基波相量,并从中减去基波信号;然后加布莱克(Blackman)窗截断电力信号,用快速傅里叶变换(FFT)计算出剩余信号的频谱;再依据基波频率精确估计出各谐波的频率;最后依据各谐波频率对Blackman窗函数在频域插值,精确计算出各电力谐波的参数.仿真试验表明,该方法与加窗双谱线插值FFT分析电力谐波方法有基本同等的估值精度,但计算量约为1/2.     

一种应用原子分解和加窗频移算法分析频率相近谐波/间谐波的方法

针对含有频率相近谐波/间谐波成分的电力系统复杂信号,提出一种原子分解与加窗频移算法相结合的分析方法。首先对待分析信号进行加窗并应用快速傅里叶变换对加窗信号进行频谱分析,搜索幅值谱线的峰值,通过频域谱线的相位特性判断峰值谱线是否存在主瓣干扰。若存在主瓣干扰,使用原子分解算法在峰值谱线频率的一定邻域范围搜索最匹配的原子成分,提取受到主瓣干扰的谱峰谐波或间谐波参数。若不存在主瓣干扰,则使用加窗频移算法对峰值谱线进行频移,消除非同步采样造成的误差,获得谱峰谐波或间谐波参数。循环上述过程依次获得各谐波/间谐波的参数。算例表明本文方法可有效处理频率相近的谐波/间谐波信号。     

基于改进蚁群优化算法的电力谐波和间谐波的检测与分析

为了准确测量电力系统中的谐波和间谐波参数,提高电能质量,提出一种将FFT频谱区间连续细化算法与改进的蚁群优化相结合的混合算法。通过改进蚁群算法的适应度函数和转移概率,降低了算法的复杂度,提高了算法的速度。算法的原理是通过FFT频谱区间连续细化算法检测谐波和间谐波频率值,根据频率检测值构建幅值和相位的适应度函数,运用改进的蚁群算法对幅值和相位参数进行估计,从而实现电力谐波和间谐波参数的检测与分析。通过对比仿真实验,验证了该混合算法能够获得较高精度的谐波和间谐波参数值,具备较强的抗噪声干扰能力。     

基于三次样条插值信号重构的谐波间谐波检测算法

针对基波和谐波对间谐波以及间谐波之间的频谱泄露的影响,提出了一种基于三次样条插值信号重构的谐波间谐波检测方法。该方法首先用加汉宁窗插值的快速傅里叶变换(FFT)算法求得精确的实际电网基波频率,根据实际的基波频率,利用三次样条插值对原始的信号进行重构,然后用加汉宁窗插值的FFT算法对重构信号进行处理,求得基波和各谐波的参数,再把基波和各谐波从原始信号中减去。对剩余的信号再次用加汉宁窗插值的FFT算法进行处理,得到各间谐波的参数。对于频率相近的间谐波采用补零法进行频段划分,各频段进行加窗插值后得到较精确间谐波参数。最后,算例仿真误差结果验证了该方法的有效性。     

基于apFFT和带约束条件的最小二乘拟合的间谐波检测算法

在非整周期采样的情况下,使用传统的快速傅里叶变换(FFT)对邻近基波/谐波的密集谱间谐波进行参数估计时,由于频谱泄露的影响,间谐波检测误差较大,甚至难以判断密集谱的存在,因此,文中提出了一种基于全相位FFT和带约束条件的最小二乘拟合的间谐波检测算法。该算法的原理是先利用全相位FFT对间谐波参数进行预估,在预估参数的基础上构造拟合函数并设置约束方式,然后使用最小二乘拟合对间谐波参数进行校正。通过对比不同约束方式的效果,选择对幅值和相位分别进行约束为最佳约束方式。仿真实验表明,与其他基于FFT的算法相比,该算法可以有效地减少间谐波参数检测误差并具有良好的抗噪性。     

用于谐波/间谐波分析的奇数频点插值修正法

用离散傅里叶变换进行电力系统谐波、间谐波分析时,采样窗口长度的有限性和采样的非同步性是引起分析误差的根本原因;在频域信号中各成分会发生频谱干扰,产生栅栏效应。不同于传统的加窗方法,提出一种抑制频谱干扰的新方法,其特点是在插值的同时抑制旁瓣泄漏。该方法首先根据离散傅里叶变换的相位特性,对变换结果进行相位旋转调整,使信号中各成分旁瓣对应的相邻谱线共线且相位相反;结合调整后旁瓣对应谱线的相位及幅值特点,利用谐波、间谐波频点附近最大及其左右相邻谱线,插值求得对应成分的幅值、频率和相位。对谐波和间谐波信号进行仿真计算,结果表明,该方法不仅能有效地抑制信号间的频谱干扰,并能准确地提取出信号中的微弱成分。     

基于准同步序列重构的非稳态电力谐波分析

针对非稳态电力信号傅里叶谐波分析中频谱泄露所导致测量误差较大的问题,提出一种基于准同步序列重构的非稳态电力谐波分析方法。首先在频域上对原始采样信号进行50 Hz的频移,经过sinc滤波器滤除谐波分量,采用移频角差法求得基波频率偏移量;依据计算的基波频率,再通过三次B样条插值重构原始采样信号;最后利用全相位FFT有较优抑制频谱泄露的性能,对重构后的准同步序列进行谐波分析,确定每一个谐波成分参数,实现谐波参数的准确测量。试验表明,该算法能有效检测非稳态信号的基波频率大小,实现非稳态下电力谐波信号的高精度检测,实验平台验证了方案的可行性。     

基于多峰谱线插值的间谐波检测新方法

插值FFT算法根据检测到的频率分布修正FFT结果,而实际中间谐波频率很难确定,当间谐波信号附近含幅值较大的谐波信号时,FFT的栅栏效应可能降低检测精度。利用频率识别能力较强的线性调频Z变换（CZT）,用检测得到的与估计值邻近的4条离散频谱幅值估计间谐波参数,并根据多项式逼近推导了插值修正公式,在CZT谱频率分布指导下进行插值修正,使各次谐波和间谐波参数的检测精度得到一定程度提高,仿真证明了该方法的可行性和正确性。     

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.     

基于间谐波泄漏的谐波间谐波检测新方法

在同步采样条件下,间谐波对谐波以及间谐波之间的频谱泄漏是产生检测误差的主要原因。为此,文中提出一种谐波间谐波检测新方法来消除间谐波对谐波的频谱干扰,该方法根据间谐波旁瓣泄漏特点,对谐波邻近的间谐波泄漏谱线进行指数拟合求取间谐波在谐波频点处的泄漏值,进而得到较精确拟谐波信号,然后进行时域采样分离拟谐波信号得到拟间谐波信号。通过对频率相近的间谐波采用补零法进行频段划分,各频段进行加窗插值后得到较精确间谐波参数。最后,算例仿真误差结果验证了该方法的有效性。     

一种计及频率偏移的谐波与邻近间谐波估计方法

新能源大规模并网会诱导电力信号中出现关于基波/谐波对称的邻近间谐波对或单个邻近间谐波。对信号中各频率成分进行参数估计时,往往需要获知邻近间谐波的类型以构建准确的计算模型。而当电网频率偏离额定值时,频谱泄露干扰将使该要求难以实现。为此,本文提出一种在频率偏移时依然有效的邻近间谐波类型判据及基于此判据的谐波与邻近间谐波参数估计方法。首先,通过分析频率偏移与泄露谱线的映射关系,抑制基波与谐波的频谱泄露以提取邻近间谐波谱线;然后,通过对比不同类型邻近间谐波的频谱差异,提出利用谱线比值作为邻近间谐波类型判据;最后,基于邻近间谐波类型信息,构建邻近间谐波谱线方程以精准估计谐波及邻近间谐波参数。本文所提方法在频率偏移时仍能准确判断邻近间谐波的类型,并能实现更精准的参数估计,仿真验证了本文方法的准确性。     

谐波和间谐波三参数识别的SSI-LS方法

为精确检测谐波和间谐波的三参数,提出了基于随机子空间辨识（Stochastic Subspace Identification, SSI）与最小二乘（Least Square）法的谐波和间谐波三参数检测方法。运用奇异值差值法确定SSI-LS算法的阶数;利用SSI算法直接对原始含噪信号精确检测出各谐波和间谐波分量的频率;当信噪比大于20 dB时,应用最小二乘法对各谐波和间谐波分量进行幅值和相位的估计,从而实现了谐波和间谐波的三参数识别。分别针对含有噪声和直流分量的谐波和间谐波数值仿真信号和频率相近且幅值相差百倍的谐波和间谐波信号作谐波和间谐波的三参数识别。仿真分析表明该方法抗噪声能力强、检测精度高、计算速度快,尤其是对信号中各谐波和间谐波分量的相位检测精度高、对频率相近且幅值相差百倍的谐波和间谐波信号具有较高的分辨率,为电力系统谐波和间谐波的精确检测提供了新的思路与方法。     

谐波和间谐波三参数识别的SSI-LS方法

为精确检测谐波和间谐波的三参数,提出了基于随机子空间辨识(Stochastic Subspac Identification,SSI)与最小二乘(Least Square)法的谐波和间谐波三参数检测方法.运用奇异值差值法确定SSI-LS算法的阶数;利用SSI算法直接对原始含噪信号精确检测出各谐波和间谐波分量的频率;当信噪比大于20 dB时,应用最小二乘法对各谐波和间谐波分量进行幅值和相位的估计,从而实现了谐波和间谐波的三参数识别.分别针对含有噪声和直流分量的谐波和间谐波数值仿真信号和频率相近且幅值相差百倍的谐波和间谐波信号作谐波和间谐波的三参数识别.仿真分析表明该方法抗噪声能力强、检测精度高、计算速度快,尤其是对信号中各谐波和间谐波分量的相位检测精度高、对频率相近且幅值相差百倍的谐波和间谐波信号具有较高的分辨率,为电力系统谐波和间谐波的精确检测提供了新的思路与方法.     

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。     

基于Prony谱线估计方法的间谐波检测

传统的谐波分析方法都是基于傅立叶变换,认为只有谐波周期均为基波周期的整数倍。然而,实际存在的间谐波周期与基波周期不成整数倍关系,要正确检测出间谐波,必须以间谐波与基波周期的最小公倍数作为检测周期,因此,FFT算法无法在较短的时间内精确检测到信号中的谐波和间谐波成分。将Prony谱线估计方法应用到间谐波检测中,推导出间谐波频率、幅值和相位的计算公式。仿真验证了该算法要优于FFT算法,对间谐波和谐波的幅值、频率和相位的估计具有很高的精度。