基于余弦自卷积窗的高精度介质损耗角测量算法

介质损耗角(dielectric loss angle,DLA)是高压电容器件预防性试验的重要组成部分,实现DLA的精准测量对电力系统稳定运行具有重要意义。在非同步采样和非整数周期截断情况下,利用加截断窗插值算法来提高快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)检测DLA的精度;在分析余弦窗函数频谱特性的基础上,提出通过卷积运算并以8项余弦窗为母窗构造余弦自卷积窗(cosine self-convolution window,CSCW)函数;再基于双谱线插值算法原理,推导出2阶CSCW函数的双线插值校正公式,并由此提出了高精度DLA测量方法,精度对比实验表明,该算法能高精准地提取信号相位参数。最后,将加CSCW双谱线插值FFT算法应用于电容型器件的DLA测量,验证了算法的有效性和高精度。     

介质损耗因数的卷积窗加权算法

用谐波分析法测量介质损耗因数时, 数据采样不同步所引起的频谱泄漏会造成测量误差.为抑制这种误差,本文提出了一种新算法--卷积窗加权算法.该算法的特点是:①实现简单且精度高,无须同步采样措施, 在正常的电网频率波动范围内, 只需用三阶卷积窗对三个额定周期的采样信号加权便可将频谱泄漏引起的测量误差减少到可以忽略的程度;②运算量少,每次测量所需乘法次数和加法次数仅约为采样点数的两倍,比FFT所需的计算量小得多,且点数不受限制.     

基于加Hanning窗递推DFT算法的测频方法

常用递推离散傅里叶变换(DFT)方式动态计算频谱,根据相位计算结果实时计算电网变化的频率,动态调整测量控制装置的采样频率实现同步采样。但由于截断信号会产生频谱泄漏,使得相位和频率计算结果有一定误差,采用该方法跟踪频率,实时计算电网变化的频率速度较慢。为提高频率跟踪计算速度,对加Hanning窗递推DFT算法计算频率进行了研究,利用2次加Hanning窗递推DFT求出工频基波相位经过1个工频周期后的相位变化量,再利用该变化量求出对应频率的变化量。采用加窗递推DFT有效减小了频谱泄漏的影响,提高了相位差的计算精度和速度,从而可以提高频率的计算精度和速度。该方法简单,易于实现,计算量较小,频率跟踪速度快。     

介损角测量中非同步采样算法的研究

介绍了基波相位分离法测量介质损耗角的原理,指出了目前的软件同步采样措施难以实现真正的同步采样,并通过推导得出非同步采样条件下的基波相位分离法的算法。使用本算法,在测量时可以以固定采样率进行采样,不必根据电网频率调整采样间隔。仿真结果表明,该算法具有很高的精度。     

介损角测量中非同步采样算法的研究

介绍了基波相位分离法测量介质损耗角的原理,指出了目前的软件同步采样措施难以实现真正的同步采样,并通过推导得出非同步采样条件下的基波相位分离法的算法.使用本算法,在测量时可以以固定采样率进行采样,不必根据电网频率调整采样间隔.仿真结果表明,该算法具有很高的精度.     

基于相关Blackman窗的FFT介损角测量算法

在高压电气设备介损角在线监测中,由于存在工频周期信号的非同步采样和截断现象,从而造成利用FFT算法计算介损角产生较大的误差。本文分析了非同步采样造成的FFT算法的泄漏效应,提出了一种基于相关Blackman窗的FFT介损角测量算法。该方法采用相关Blackman窗对系统电流与电压信号进行加权,然后利用频谱相位差校正法进行频谱校正以获得基波相位,最后根据电流与电压的基波相位差来计算出介损角。仿真结果表明该算法有效地克服了非同步采样和截断造成的介损角测量误差,并且能够大大降低信号频率波动、高次谐波对介损角测量精度的影响。     

Hanning自卷积窗及其在谐波分析中的应用

加窗插值FFT算法可以有效降低频谱泄漏和栅栏效应对谐波分析精度的影响.本文提出一种由Hanning窗进行自卷积运算得到的Hanning自卷积窗,分析了卷积阶数对主瓣宽度、旁瓣电平和旁瓣衰减速率的影响,计算了1~4阶Hanning自卷积窗的主瓣、旁瓣性能参数,给出了基于Hanning自卷积窗的双峰插值FFT谐波分析算法.仿真结果表明,Hanning自卷积窗具有优良的频谱抑制性能,基于Hanning自卷积窗的双峰插值FFT算法能有效消除各次谐波间的相互干扰,适合于电力谐波的高精度检测,与已有加窗插值FFT谐波分析算法相比,精度有明显提高,且便于嵌入式系统实现.     

电容型电气设备介质损耗角的高精度数字检测算法

提出一种介质损耗角正切值tgδ的高精度分析算法,用DFT求得电流i(t)和电压u(t)的离散频谱,从而求出其对应的相角,其相角之差即为介损角δ。仿真计算表明,即使对信号不实施整周期采样,且在信号中谐波和噪声含量较高的情况下,算法精度仍很高,满足工程要求。     

基于频域伸缩的改进DFT算法

离散傅里叶变换是对电力系统稳态信号进行频谱分析的最基本数学工具,也是国际电工委员会推荐用于谐波和间谐波测量的变换方法。该方法在分析窗口长度与实际信号周期不符时,各单独的谐波成分在频域会出现栅栏效应。文章提出一种基于频域伸缩的改进DFT算法,该方法将频域信号做了适当伸缩,能直接在离散谱线上得到幅值和相角,克服了栅栏效应,避免了插值运算,从而提高了效率。利用MATLAB分别仿真加窗和噪声对算法的影响,并和其他方法进行比较。仿真结果证明了基于频域伸缩的改进DFT算法的有效性,准确性和稳定性。     

基于相关Hanning窗插值的间谐波分析算法

为了在非同步采样的情况下提高谐波、间谐波分析的精度,提出了一种基于相关Hanning窗插值的间谐波分析算法。文中分析了相关Hanning窗零相位特性和幅频特性;推导了基于相关Hanning窗的谐波、间谐波的频率、幅值和相位的估计公式。仿真实验表明,所提出的算法对于电网谐波的参数估计有很高的精度。较著名的Rife-Vincent(Ⅲ)和Blackman-Harris四项窗相比,其谐波参数测量精度有全面的提高。所提出的算法尤其适用于测量弱小的二次谐波参数和弱小的间谐波参数。     

基于加汉宁窗插值的谐波分析法用于介损角测量的分析

加汉宁窗插值的谐波分析法可减轻非同步采样对介质损耗角（简称介损角）测量的影响,且实现容易、计算速度快,是一种非常有应用前景的介损角计算方法。为更好地将该方法应用于介损角测量,有必要将该方法在信号成分及测量参数变化情况下计算所得介损角的误差变化情况进行分析。文中分析了该算法的原理,通过仿真给出了该算法的计算速度及在频率波动、谐波变化、直流分量变化、采样频率变化、A／D量化位数变化、采样点数变化、介损角真实值变化、白噪声及脉冲噪声变化时计算所得介损角误差的变化情况,并进行了分析。     

改进基波相位分离法在介损角测量中的应用

为有效减少基波相位分离法在非同步采样时给介损角测量带来的误差,提出了加汉宁窗插值的改进基波相位分离法。介绍了该算法的原理,给出了非同步采样情况下该算法的计算公式。因矩形插值积分公式将小积分区间的被积函数看成常量容易导致算法误差增加,所以采用梯形插值积分公式,给出了相应的计算公式,并分析了原因,它可以提高非同步采样时该算法测量所得介损角的准确性;针对该算法需要获得信号频率、且使用硬件方法获得频率时增加系统硬件环节的问题,使用了加汉宁插值谐波分析法快速、高精度获得基波相位分离法需要的信号频率,该算法在获得较高介损角精确度的同时减少了硬件环节。仿真结果显示结合加汉宁窗插值的改进基波相位分离法使非同步情况下的介损角测量精度有所提高,最大误差从4.04×10-4rad下降到了5.52×10-5rad,算法精度在49.5～50.5Hz频率范围内更加稳定,且无需外部条件获得信号频率,是介损角测量的一种有效算法。     

基于三角自卷积窗的介损角高精度测量算法

采用快速傅里叶变换(FFT)进行介损角测量时,非同步采样所引起的频谱泄漏造成介损角测量误差较大.为减小这类误差,本文提出了一种基于三角自卷积窗的插值FFT介损角测量方法.三角自卷积窗旁瓣下降快,能有效减少频谱泄漏对介损角测量的影响.采用三角自卷积窗对电压、电流信号进行加权,再运用插值FFT算法求解信号相位参数,可得到较高精度的介损角测量值.对基波频率波动、介损真值变化和谐波注入比例变化等情况下的介损角仿真实验验证了本文算法的准确性和有效性.     

加Blackman-Harris窗插值算法仿真介损角测量

为了更好地将加布莱克曼-哈里斯(Blackman-Harris)窗插值谐波分析法用于介损角测量,仿真分析了该算法及其在信号频率、3次谐波、直流分量、采样频率、A/D量化位数、采样时间长度、介损角真实值、白噪声及脉冲噪声变化时计算所得介损角误差的变化。仿真结果表明,频率波动时算法误差很小且稳定;算法随3次谐波分量的增加误差有很微小的增加;算法随直流分量的增加变化不显著;算法随A/D量化位数的增加误差减少,≥10位的量化位数能满足精度要求;随采样频率的增加误差稍有下降,但趋势不明显;随采样长度增加误差减少,0.1s的采样时间长度足够;介损角误差与真实值的关系不大;随白噪声和脉冲噪声含量的减少误差减少,对白噪声和脉冲噪声信噪比约80 dB能满足要求。     

基于准同步离散傅立叶变换的介损测量方法

采用基于离散傅立叶变换 (DFT)的谐波分析法测量介损时 ,因电网频率波动使测量精度不能满足标准要求。因此提出了基于准同步DFT的介损测量法。该方法能有效减小未完全整周期采样所造成的测量误差。数值仿真结果表明 ,该方法的测量精度明显高于谐波分析法 ,当频率波动时对不同电流、电压信号的初相角 ,其测量精度均能满足绝对误差 <0 1% ,且计算量小 ,实现方便     

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。     

用加Hanning窗插值高阶正弦拟合法测介损角

电力系统频率偏离50Hz时常规的傅立叶变换用于频谱分析时易产生频谱泄漏和栅栏效应,使介损角计算产生误差。高阶正弦拟合法以信号的基波频率、谐波幅值和相角作为变量对信号进行拟合,该法能有效减轻谐波存在和频率波动的影响,精确测量电气设备的介损角。高阶正弦拟合法的关键是最小二乘的计算,通常使用傅立叶变换结果作为最小二乘法的初始值,当频率偏离50Hz较多时,傅立叶变换结果与谐波分析的真实值相差较大,将其作为初值的最小二乘计算量大,影响了高阶正弦拟合法的实时性。加Hanning窗插值谐波分析法通过加窗和插值能有效减轻频率偏离50Hz时的频谱泄漏和栅栏效应,且有快速算法较之傅立叶变换增加的计算量很少。为提高高阶正弦拟合法计算介损角时的实时性,将加Hanning窗插值谐波分析法的结果作为高阶正弦拟合法的初始值,所得初始值与精确值的差值减少,最小二乘法的迭代次数从2次减到1次,容性设备仿真信号的计算时间从约0.82ms减到约0.45ms,结果表明所提出的方法能有效减少介损角的计算时间,提高介损角测量的实时性。     

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。