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。     

dq变换和MUSIC算法在间谐波检测中的应用

随着非线性电力电子器件的大量应用,电网存在频率为基频非整数倍的间谐波,其幅值远小于基波和谐波,并具有时变性,因此对它的检测要难于谐波。为此,采用dq变换和MUSIC算法相结合的方法进行间谐波频率检测,信号的幅度和相位由最小二乘法来估计。dq变换可以消除大幅度基波分量;基于矩阵特征分解的MUSIC算法可检测出短数据条件下的谐波和间谐波,适合短时平稳的间谐波检测,两者相结合可以有效检测出大幅度基波附近存在小幅度间谐波。仿真实验表明,噪声幅度和间谐波幅度相当时,在仅4个周波的数据情况下能检测出大幅度基波附近存在小幅度间谐波     

非均匀采样和最小二乘法在间谐波检测中的应用

间谐波的频率是基波频率的非整数倍,并且幅值一般远小于基波和谐波的幅值,这些特点决定了对它的检测难于对谐波的检测。该文提出一种基于非均匀采样和最小二乘法的间谐波检测方法。非均匀采样由于其不受采样频率限制、频率分辨率高及抗混叠的优点,能在短数据长度下准确地检测出信号中相近的频率成分,并实现低采样频率下的高阶谐波测量。最小二乘法则可解决由于非均匀采样带来的频谱噪声问题,逐次消除检测出的大幅值信号,从而检测出幅值较小的间谐波信号,并准确估计出间谐波的幅值和相位。仿真实验表明：该方法可准确地检测出频率与基频相近,幅值远小于基波的多个间谐波,及实现低采样频率下的高阶谐波测量     

基于FFT和优化匹配追踪的谐波/间谐波检测

谐波和间谐波干扰严重影响电力系统的正常运行,将快速傅里叶变换(FFT)和采用局部优化的匹配追踪算法相结合,并构造离散正弦字典,实现在含有噪声、基波频率偏移和频率相近的间谐波情况下的谐波和间谐波参数检测。采用循环迭代方法,按照能量大小,依次提取出谐波和间谐波扰动成分,每次迭代首先用FFT估计出当前频率参数,并搜索该频率下的相位,然后以该频率和相位作为初值,用Nelder-Mead算法获得优化后的频率和相位值,并通过MP算法提取出匹配信号表达式,进而获得幅值参数。仿真结果表明本文提出的算法计算复杂度低、物理意义清晰,具有较好的检测精度和抗噪性能。     

一种基于粒子群优化算法的间谐波分析方法

电网中常存在许多频率与基波成非整数倍的间谐波,准确分析间谐波特征对电力系统具有重要意义.本文首次将粒子群优化算法应用于电力系统间谐波分析,提出了一种BT谱估计与粒子群优化算法相结合的间谐波分析方法.首先通过BT谱估计获取间谐波信号模型的阶数,并得到信号中谐波/间谐波的个数及频率初值,然后应用改进粒子群优化算法对谐波/间谐波的幅值和相位进行参数优化估计,最终实现了间谐波幅值、频率和相位三个特征的较高精度分析.仿真实验结果验证了方法的有效性.     

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。     

基于多项式逼近的单峰谱线插值算法在间谐波分析中的应用

快速傅里叶变换在非同步采样和非整数周期截断的情况下存在较大误差,无法获得较精确的间谐波参数值。现有单峰谱线插值算法可以提高间谐波频率、相位和幅值的计算精度,但修正公式计算复杂,影响检测精度。为此,文章提出了一种基于多项式逼近的单峰谱线插值算法,利用距间谐波频点最近的单根离散频谱幅值估计出待求间谐波的幅值,并利用多项式逼近方法推导出幅值、频率及相位的修正公式,基于该方法,推导了一些常用窗函数的修正公式。通过与现有单峰和双峰谱线插值算法在噪声情况下的仿真比较,证明了该方法易于实现,能有效减小估计偏差,提高数据检测精度。     

基于三次样条插值时域采样重构的间谐波检测新算法

首先用加汉宁窗的插值快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)算法确定准确的基波频率,并且根据基波频率和时域原始采样序列,利用三次样条插值方法重构一个新的等间隔序列,重构序列是严格整基波周期截断的,而且在每基波周期内包含整数个重构点;然后用 FFT 算法对重构序列进行处理,计算出所有基波和谐波的参数;接着,将基波和谐波成分从重构序列中减掉,则剩余序列中只包含间谐波成分;最后,再次用加汉宁窗的插值 FFT 算法和最大谱峰搜索法对剩余序列进行处理,每确定一个间谐波成分的参数就将该间谐波成分从剩余序列中减掉,如此循环,直至确定每一个间谐波成分的参数.该算法排除了基波和谐波对间谐波的影响,也避免了大幅值间谐波对小幅值间谐波的泄漏影响,因而对基波、谐波和间谐波参数的检测均有很高的精度,仿真和实验证明了该算法的正确性和有效性     

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;...     

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。     

非稳态下电力谐波分析的改进FFT方法

频率偏差以及间谐波等的存在制约了非稳态下电力谐波分析的准确度,而传统FFT算法容易受到频谱泄漏和栅栏效应的影响.分析了余弦函数窗频谱特性,并提出基于余弦偶次幂窗改进FFT的非稳态谐波分析方法.在改进的FFT方法中运用最小二乘拟合法推导信号基波与各次谐波的频率、幅值和相位计算修正公式.仿真结果表明:提出的方法能有效减小基波频率波动以及间谐波的影响、提高谐波参数的计算准确度,适合于非稳态条件下的谐波分析.嵌入式系统应用验证了算法的正确性.     

两种电网谐波分频检测方法的对比

为分析不同电网谐波检测方法的特点,介绍了基于瞬时无功功率的谐波分频检测法和基于最小二乘法的谱估计谐波分频检测法,仿真分析、比较两种方法的结果表明前者能够瞬时检测到谐波分量,实时性很好,但检测结果包括的幅值和相位信息不能分离开来;而后者可离线计算特定次谐波,实时性较强,算法也较简单,不但能算出谐波幅值,还能求出其相位,且和采样起始时刻没有关系,但是此方法要求采样严格的与基波过零同步。     

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。     

基于频域滤波的间谐波在线检测算法

在线实时检测谐波、间谐波的幅值和相位等参数是改善电网电能质量的基础,而在线检测技术的关键是计算速度和精度.针对基波和谐波对间谐波频谱泄漏的影响,提出一种基于频域滤波的间谐波在线检测算法.该算法将信号分为基波、谐波与间谐波,先采用双峰谱线修正算法计算出谐波及基波参数,并在频域将谐波以及基波信号滤除,消除其对间谐波的频谱干扰后,再进行间谐波检测.该算法在保证测量精度的基础上,只需计算1次FFF（fast Fourie transform）,显著降低了算法所需的计算量,易于在电能质量实时在线监测装置中应用.在Matlab中比较了不同采样周期下的普通双峰谱线修正算法、基于时域和频域滤波的改进算法,验证了所提出算法的精度和计算速度.     

一种基于综合DFT和Prony算法的谐波与间谐波分析方法

针对传统频域谐波测量方法存在的时域分析局限性,提出了一种综合频域(FFT)和时域(Prony)的谐波与间谐波分析方法。首先对谐波与间谐波信号进行离散傅里叶变换(DFT),获取信号的频谱范围,据此选择Prony算法的采样率,并依据信噪比选取Prony算法的模型阶数。然后基于Prony算法得到信号中各谐波与间谐波分量的频率、幅值、相位和衰减因子。最后基于能量系数筛选得到主导次谐波与间谐波分量,通过基于Prony的数据重构得到主导次分量的时域变化趋势。实测数据分析表明,所提分析方法可以准确得到主导次谐波与间谐波分量的时域指标和变化趋势,实用性较强,为事故准确溯源分析提供了有效手段。     

基于双窗全相位FFT双谱线插值的谐波和间谐波分析算法

在利用传统快速傅里叶变换进行谐波和间谐波分析时,由于非同步采样或非整周期截断,容易影响谐波和间谐波的检测精度.本文提出了一种基于双窗全相位快速傅里叶变换双谱线插值的电力谐波和间谐波分析算法.该算法利用双窗全相位快速傅里叶变换主谱线相位值来估计信号初相位,选择紧邻峰值频点的左右两根谱线进行频率和幅值的插值校正,结合多项式...     

Spectral correction-based method for interharmonics analysis of power signals with fundamental frequency deviation

In this paper, a spectral correction-based algorithm for interharmonic computation is proposed for especially highly fluctuating fundamental frequency cases in the power system. It has been observed and reported that fluctuating demands of some loads such as arc furnaces, or disturbances and subsequent system transients make the fundamental frequency of the power system deviate and this causes non-existing interharmonics to appear in the spectrum due to grid-effect when a standard window length is used for the entire FFT process. The proposed method uses a synthetic waveform produced at the fundamental frequency and amplitude to determine the amount of the leakage due to the grid-effect at each frequency. Then the leakage is subtracted from the original FFT of the signal to correct the frequency spectrum. It has been shown that the leakage effect caused by the fundamental frequency variation is avoided with a correction algorithm applied after FFT and the error in the first interharmonic computation due to frequency deviation is reduced to zero exactly if the fundamental frequency can be determined accurately. Both simulative and field data tests have been performed. The method does not require online sampling frequency or FFT window length adjustment and it is simple to implement.