水轮机压力脉动信号采集方法的研究

通过对大量试验资料的分析,针对目前广泛使用的FFT分析法,介绍了在水轮机压力脉动试验过程中可能产生的信号混叠和信号频率泄漏现象,提出了在采用FFT分析时较为合理的信号采集方法.由于在进行FFT分析时,先对连续的压力脉动信号进行了有限化和离散化处理,从而使分析得到的频率、幅值和相位产生误差.要提高FFT分析的频率分辨率,必须加长数据采样时间;要提高高频分析的精度,则应提高采样频率,缩短采样间隔.     

基于改进FFT的介损角计算方法

为了提高在非同步采样情况下电气设备介损角δ测量的准确性,在δ计算中引入了改进FFT算法。该算法通过对信号傅立叶变换后所得序列中3个点的加权运算减轻了频谱泄漏,提高了信号频率偏离理想频率时计算所得δ的精确度,且算法简单、计算量少,与FFT非常接近。在信号取样的采样时间为0.1s,频率为1kHz,量化位数为12,电压信号中3次谐波分量为基波分量的5%,直流分量为基波分量的1%时仿真分析了信号频率、3次谐波、采样频率变化时FFT算法和改进FFT算法计算所得δ:使用改进FFT算法后频率偏离理想频率0.5Hz时误差从约6×10-3减到约7×10-5rad;3次谐波与基波比值在0～1波动时,FFT算法误差在3×10-3～1.3×10-2rad变化,改进FFT算法误差<1.2×10-4rad;采样频率在0.4～2.4kHz变化时,FFT算法误差接近3.5×10-3rad,改进FFT算法误差<4×10-5rad。计算时间FFT算法需240.1μs,改进FFT算法需要241.5μs,二者很接近。故算法具有高精度、快速、稳定的性能。     

原型水泵水轮机压力脉动测量中的几个问题

本文对水力机械压力脉动数据测量时的影响因素迚行了详细讨论,包括测量管路的条件、传感器的选型、数据采集系统要求以及信号采样频率的选择、采样时间长度的选择等若干问题。研究结果表明:测量管路长度L_c应由采样频率f_s和波速a_c应满足L_c≤0.1a_c/f_s,对于不满足条件的测量管路应重新评估测量条件;压力传感器的精度应不低于±0.1%;数据采集系统应采用不低于16位的模数转换装置;信号采样频率不低于两倍的有效信号频率的同时,所用的采样率应充分考虑采样后数据的分布情况不发生严重偏差;压力脉动数据采集时长应充分考虑长引水管路对测量结果的影响;在误差不超过5%的情况下,压力脉动的采样时间长度t_r与信号中所关注的频率f_i以及旋转周期N_r应满足公式:t_r≥N_r/f_i。本文研究结果亦为其它类型水力机械压力脉动测量提供了参考。     

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。     

基于复解析带通滤波器的固有频率自适应提取原理和方法

超高压线路故障时产生的周期性暂态高频分量,在频域上表现为一系列固有频率的形式,该频率随故障点位置、系统运行方式和过渡电阻变化而变化.针对传统快速傅里叶(FFT)算法,在采样频率较高的情况下,频率分辨率不足,无法准确识别固有频率的问题,提出了一种基于复解析带通滤波器的固有频率自适应提取方法,首先对故障后的电流进行FFT分析,确定固有频率的大致范围,然后设计复解析带通滤波器对原信号重新下采样、滤波,经移频得到新信号,对其进行FFT谱分析,得到固有频率的准确值.利用PSCAD对一500kV输电系统进行了仿真验证,仿真结果表明,该方法能够有效提高频率分辨率,可以准确提取固有频率值.     

电力信号频谱分析方法的设计与仿真

以交流电信号为例建立了信号模型,说明了用过零检测法计算信号频率,根据信号频率调整采样频率的FFT方法,给出了计算机仿真结果。文中还分析了误差产生的原因及减少误差的途径。     

带通采样特点和仿真

数字信号处理首先要把模拟信号变换为数字信号，最常用的方法是采样，奈奎斯特定律要求采样频率大于等于信号最高频率的两倍，对中心频率较高而频带较窄的信号使用奈奎斯特定律，会造成采样频率很高同时有很多频段空白，带通采样和低通采样在本质上相同，而采样只与信号带宽有关，所以对这种信号使用带通采样可以大大降低采样率，本文对带通采样进行详细的分析并进行仿真。     

基于时域准同步的介损角快速测量算法

非同步采样下,快速傅里叶变换方法(fast Fourier transform,FFT)算法不可避免地存在频谱泄漏和栅栏效应影响,且采集数据量多,计算量大。为了实现介损角的快速、高准确度测量,该文提出并建立一种基于时域准同步的介损角测量方法,利用准同步采样算法精确估计采样信号的基波频率,采用牛顿插值法对电压、电流采样信号进行插值重构,获得时域准同步采样序列,通过FFT频域分析和等效电路模型求解实现介质损耗角的精确计算。这种介损角测量算法不需要利用窗函数和谱线插值算法,能有效改善FFT的频谱泄漏和栅栏效应影响,采集数据量少,算法简单,便于嵌入式系统实现。仿真实验验证了算法的准确性。     

汽轮机试验欠采样信号的处理方法研究

在汽轮机数字电液控制（DEH）系统试验的信号采集过程中,可能会碰到信号主要成分的频率过高,仪器无法满足奈奎斯特采样定律的情况。针对这一问题,通过希尔伯特变换构造解析信号的方法得到了信号的包络图,并根据包络信号对阀门的关闭时间进行了计算。考虑到基于信号包络线的计算方法计算精度受峰值点的时间间隔影响,为了提高计算精度,对欠采样信号进行了重构,通过快速傅里叶变换（FFT）对信号的主频率进行了分析,根据频域周期性延拓的性质确定了信号的主频率。在此基础上,根据信号初始值计算出了信号的初始相位,结合信号频率与初始相位对欠采样信号进行了重构。根据重构信号与实际信号差值,应用赤池信息（AIC）准则获取极值点的方法对阀门关闭时间进行了计算。比较2种方法的结果可知,通过信号重构的方法计算精度明显优于希尔波特变换求包络法,该研究结果可用于各类单频率成分的欠采样信号的重构,可以弥补DEH试验中硬件无法满足采样定理的不足。     

一种修正的FFT高精度谐波分析方法

信号的谐波分析一直是信号处理的基本方法之一。谐波分析要求对周期信号整周期采样，否则将导致频谱泄漏。本文通过对国内外一些提高谐波分析精度的有效方法的研究，在深入分析了采样周期对谐波分析精度的影响下，从傅立叶算法的基本原理出发，提出了一种新型的谐波分析方法。该方法利用非整周期采样数据及泰勒展开原理，估计理想的整周期采样序列，从而在FFT计算结果产生一个修正项，可以在不增加硬件设备及采样数据的前提下提高谐波分析精度，并通过计算机仿真证实了FFT修正方法的有效性。     

DASP技术在现代测试仪器平台中的应用

本文将先进的DASP（Data Alias-free Signal Processing）抗混叠信号采样技术运用到现代测试仪器平台中。通过恰当地选取采样点位置和改进信号处理算法,解决了信号采样中以较少点重构高频信号的问题,该技术抗混叠和消除混叠频谱噪声的特点允许它能准确检测到各个不同幅度的信号。研究表明：DASP技术融入测试平台能以较低的采样率有效地提取高频信号,提高了测试精度和效率。     

电压闪变测量中采样频率的研究

本文针对闪变测量系统中采样频率进行研究,分析了当电压信号中含有谐波时如何确定采样频率的问题,指出了当采样频率过低时频谱混叠可能造成的闪变测量误差.当混叠发生时,采样信号中将会出现虚假的频率成分,这些成分有可能叠加到基波之上,造成基波的幅值发生改变,使得波动分量的提取出现误差,给闪变的测量带来误差.本文详细分析了这一误差,并使用改变采样频率的方式避免了频谱混叠,最后通过仿真进行了验证.     

基于单子带重构改进小波变换的电力系统谐波检测方法

Mallat快速离散小波变换注重总体抗混叠和信号重建,忽略分解分量中的频率混叠抑制,在电力系统谐波检测中产生严重的频率混叠现象.虽然单子带重构小波变换提高了频率分辨率,但是分析结果仍存在一定程度的频率混叠.单子带重构改进小波变换算法,对信号进行分解与重构时,利用快速傅里叶变换(FFT)和快速傅里叶逆变换(IFFT)对各子带信号进行处理.该方法可以克服传统小波变换算法存在频率混叠现象的固有缺陷,仿真计算结果证明了该方法的有效性,为电力系统谐波、间谐波和时变谐波分量的精确检测提供了一种有效手段.     

交流滤波器保护装置误动分析及其改进

针对云广直流输电工程试验过程中出现的交流滤波器保护误动作事件,分析保护装置和故障录波器的故障录波,指出采样过程中的频率混叠是导致保护误动的原因,且由于不同保护装置采样的相对时差导致采样结果中频率混叠程度有差异,从而造成了双套保护动作行为的不一致。对保护装置提出了两项改进措施,进行了效果验证,并做了多种工况下RTDS仿真试验和现场故障波形回放试验。试验结果表明,保护装置经改进后可以有效地避免功率调整过程造成的保护误动。     

信号参数变化时系统频率准确测量方法

提出一种基于快速傅里叶变换FFT(Fast Fourier Transfom)准确测量系统频率的算法,并考虑了被测量系统频率的电压信号有效值的波动对系统频率测量准确度的影响。电压在其额定值附近变化对系统频率测量准确度影响较小,而偏离额定值越大对系统频率测量准确度影响较大。只要被测系统频率的电压有效值在170～260V范围内变化,所提出的算法可以使系统频率测量的准确度高于0．1％。给出的实例计算及仿真结果证明了这种算法的实用性、准确性和快速性。     

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。     

基于单节点重构改进小波包的电力系统谐波分析算法

在传统小波包算法中,虽然提高了频率分辨率,但是各子带存在产生虚假频率成分的情况,应用于电力系统谐波分析将产生严重的频率混叠现象。应用单节点重构改进小波包快速算法,利用快速傅里叶变换（FFT）和快速傅里叶逆变换（IFFT）对各子带信号进行处理,并调整滤波器组使子带频带顺序排列。通过仿真实例将改进算法的结果与传统算法进行对比,结果证明,改进算法能更有效地避免重构信号中的频谱混叠和交错现象。     

基于FPGA的频谱分析系统研究与实现

针对音频信号分析,提出了一种基于 FPGA 的频谱分析系统,该设计基于 FFT 和 CORDIC 算法;讨论在FPGA上进行高达4096点的定点 FFT 运算和基于CORDIC算法的复数求模运算的系统架构和实现过程。通过Modelsim仿真,同MATLAB运算结果比较,本频谱计算方案的相对误差均值为4．11％。利用MCU进行信号采样与AD转换,并通过SPI接口将数据发送给FPGA进行频谱分析。当采样频率为60 kHz时,本系统辨识的频率范围为14．65 Hz～30 kHz ,频率分辨率为14．65 Hz。对实际硬件系统进行频谱分析测试,成功实现对输入的音频信号的频谱计算。