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.     

基于Blackman自乘-卷积窗的FFT谐波检测算法

电网中存在的大量谐波严重影响着电力系统的安全稳定运行,快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)算法被广泛应用于电网谐波的检测,由于存在频谱泄漏和栅栏效应导致谐波参数检测的误差较大,通过加窗函数和插值算法可以提高FFT算法的精度。对窗函数进行自乘和卷积运算可以改善旁瓣性能,以Blackman窗作为母窗,进行自乘和卷积运算,提出了Blackman自乘-卷积窗,该窗函数具有较优的主瓣和旁瓣性能。结合三谱线插值算法,推导出频率、幅值、相位的插值修正公式。采用Blackman自乘-卷积窗和其他余弦窗对含弱幅值信号的复杂信号进行对比仿真,验证了Blackman自乘-卷积窗三谱线插值算法在检测弱幅值信号时依然具有很高的精度,对含白噪声的信号进行仿真,验证了该算法对谐波信号参数检测的相对误差较小,抗干扰能力强。     

基于混合卷积窗三谱线插值的谐波分析方法

快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)在谐波检测分析中被广泛应用,但因非同步采样和非周期截断信号,会产生频谱泄漏和栅栏效应问题,导致谐波测量出现误差.为提高谐波测量的准确度,提出用Hanning窗和Kaiser窗运用卷积运算构成一种新的混合卷积窗函数的三谱线插值FFT的谐波检测方法.仿真...     

基于空间谱估计技术的间谐波小波检测算法

针对傅里叶算法检测间谐波时存在频谱泄漏和栅栏效应而导致检测精度不理想的问题,提出一种基于空间谱技术与连续小波变换相结合的间谐波检测算法.算法首先采用总体最小二乘-旋转不变子空间方法计算出谐波和间谐波分量的频率,再根据得到的频率确定连续小波变换的尺度因子,最后选择CMW小波对信号进行分解,由分解系数计算出各次间谐波分量的幅值和相位.仿真结果表明,该算法与傅里叶算法相比,不存在频谱泄漏和栅栏效应,有效提高了检测精度.     

基于混合卷积窗六谱线插值的全相位谐波检测算法

非线性负荷的接入使得电网中存在大量的谐波,为了减小传统傅里叶变换在非同步采样中出现的频谱泄露以及栅栏效应等问题,文中提出了一种基于Blackman和Nuttall混合卷积窗六谱线插值的新型谐波检测算法。相比于传统的一些窗函数,文中提出的混合卷积窗具有较好的主瓣以及旁瓣特性,通过结合六谱线插值以及改进的全相位傅里叶算法对谐波的幅值、频率、相位3大参数进行检测。采用与其他算法对复杂谐波信号检测的仿真对比,验证了Blackman和Nuttall混合卷积窗六谱线插值算法在检测复杂信号更好的优越性以及更强的抗干扰能力。     

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。     

新型窗函数四谱线插值的谐波分析方法

针对在非同步采样及非整周期截断的情况下,采用快速傅里叶变换分析电力谐波时谐波检测精度不够高的问题,提出了一种8阶三角自卷积窗的新型四谱线插值谐波检测算法。首先,分析了不同阶窗的时域和频域特性;然后,分析了四谱线插值算法,并推导出基于新算法的参数估计公式;最后,通过模拟谐波环境进行了算法的仿真实验,并与三谱线插值算法进行对比,其精确度要高于三谱线插值算法。实验结果表明,8阶三角自卷积窗具有旁瓣特性和栅栏效应的明显优势,可以更好地抑制频谱泄漏,并且随着谱线数目的增多,计算精度也有所提高,计算结果误差大多数小于10~(-7),所提出的算法可以更准确地计算每个谐波的参数。     

基于FFT的电力谐波分析方法

快速傅里叶变换(FFT)因原理简单、容易实现而成为电力谐波检测运用最广泛的方法。但FFT存在频谱泄漏和栅栏效应,影响谐波检测的准确度。首先从加窗函数和插值算法两方面对电力谐波进行分析,通过研究余弦窗、优化窗、卷积窗和插值算法的原理进行仿真研究。研究结果表明,加窗函数与插值算法有利于提高电力谐波分析的精度,进一步验证了两种方法的有效性。最后对窗函数与插值函数进行总结,并提出下一步的研究方向。     

基于Rife-Vincent自卷积窗三谱线插值FFT电力谐波分析

加窗和插值算法可以有效抑制快速傅里叶变换(FFT)在非同步采样和非整周期截断时产生的频谱泄露和栅栏效应,提高谐波检测精度。在比较不同Rife-Vincent窗、经典窗的频谱特性的基础上,选择五项Rife-Vincent窗做母窗,构建了五项Rife-Vincent自卷积窗的时域、频域函数,并分析五项Rife-Vincent自卷积窗的主瓣特性以及自卷积阶数对旁瓣性能的影响。建立了基于五项Rife-Vincent自卷积窗三谱线插值频谱校正算法。采用多项式拟合的方式推导了简单实用的三谱线插值修正公式。通过仿真,验证了非同步采样时,与其他加窗插值相比,该算法具有更高的计算精度。     

基于FFT的电网谐波检测误差分析与研究

谐波检测对谐波补偿装置的研究与设计有着重要的意义,而在谐波检测的各种算法中基于傅里叶变换的谐波检测算法应用较为广泛。但标准FFT谐波检测算法要求整周期的同步采样,否则就会产生频谱泄漏和栅栏效应从而使谐波检测产生较大的误差。在具体分析了产生频谱泄漏和栅栏效应的基础上,对非同步采样时的标准FFT谐波幅值检测算法中所纯在的误差进行了研究与分析,提出了加窗插值FFT算法谐波参数检测算法。推导了基于Blackman窗的插值FFT算法的幅值、相位、频率的计算表达式,并利用MATLAB对其仿真得出相应的结论。     

基于DTFT无窗函数电力系统间谐波检测高精度算法研究

由于电力信号频率波动,导致离散时间傅里叶变换(DTFT)存在频谱泄露和栅栏效应等问题,影响间谐波检测精度.传统算法利用加窗函数抑制频谱泄露,并做插值计算解决栅栏效应问题.根据实数域频谱特点和插值算法基本原理,分别构造实数频谱三谱线插值算法和六谱线插值算法,其中六谱线插值算法利用谱线叠加可以实现抑制频谱泄露.通过算例分析...     

基于加窗FFT和HWT算法的谐波检测系统设计

为了提高电网谐波的检测精度,特别是考虑电网中存在间谐波的情况,及造成的频谱泄漏和栅栏效应问题.采用了改进加窗插值FFT和HWT混合的非整次谐波算法,加窗插值采用可修改的Hanning窗、HWT采用谐波小波算法,更好地消除了间谐波的影响.硬件采用STM32+DSP的双CPU并行处理技术,提高了数据处理速度.MATLAB仿...     

基于改进全相位算法的高精度介质损耗角的测量

由于快速傅里叶算法在实际应用中存在栅栏效应和频谱泄漏的问题,且用于测量介质损耗角的精度不高,该文提出一种基于混合卷积窗和改进全相位的高精度介质损耗角测量方法。用主、旁瓣性能更好的混合卷积窗对信号截断以减小频谱泄露,用全相位傅里叶变换具有的"相位不变性"以消除栅栏效应,并针对全相位傅里叶提出差分式相位校正方法。分别在基波频率变动、信噪比变化、谐波含量变化及采样点数的影响下对比验证,结果表明所提方法的检测精度高于加窗插值的傅里叶变换算法,尤其在非同步采样时,其优势更加显著。     

基于混合卷积窗四谱线插值和改进全相位的谐波检测组合优化算法

由于传统傅里叶算法在实际工程应用中都是非同步采样,存在栏栅效应和频谱泄露,导致谐波检测精度偏低。基于此问题,提出一种组合优化算法。通过分析混合卷积窗特性,提出基于混合卷积窗的四谱线插值算法,利用该算法准确检测谐波幅值和频率参数。从实际情况出发,提出基于混合卷积窗的改进全相位傅里叶算法,利用该算法对谐波相位进行检测,进而检测谐波3大参数。最后,在白噪声和频率波动影响下与传统加窗插值算法做对比分析。仿真结果表明,该组合优化算法可以有效地提高谐波检测参数精确度,抗白噪声和频率波动的能力较强。     

基于快速傅立叶变换和多重信号分类法的间谐波频率估计

在电力系统中,间谐波检测是抑制间谐波的重要环节,准确有效地确定信号中的间谐波分量,对于改善电能质量有重要意义.FFT能够实现整数次谐波检测,对于非整数次谐波的检测存在着频率泄漏和栅栏效应,而MUSIC法需要在整个频域内进行谱峰搜索,影响其实用性.本文将FFT和MUSIC算法相结合,利用FFT缩小搜索域,再利用MUSIC进行频率细化,即克服了FFT的频率泄漏和栅栏现象,同时缩短谱峰搜索时间,可以更有效地估计出间谐波的频率,仿真试验说明了此方法的有效性及频率估计的精确度.     

一种FFT法和MUSIC法结合的间谐波频率估计

在电力系统中,间谐波检测是抑制间谐波的重要环节,准确有效地确定信号中的间谐波分量,对于改善电能质量有重要意义.FFT能够实现整数次谐波检测,对于非整数次谐波的检测存在着频率泄漏和栅栏效应,而MUSIC法需要在整个频域内进行谱峰搜索,影响其实用性.将FFT和MUSIC算法相结合,利用FFT缩小搜索域,再利用MUSIC进行频率细化,即克服了FFT的频率泄漏和栅栏现象,同时缩短谱峰搜索时间,可以更有效地估计出间谐波的频率,仿真试验说明了此方法的有效性及频率估计的精确度.     

基于三角自卷积窗的介损角测量算法及应用

非同步采样条件下采用快速傅里叶变换(FFT)进行介损角测量时,频谱泄漏和栅栏效应造成的误差较大。本文提出了一种基于三角自卷积窗频谱相位差校正的介损角测量算法,介绍了其在高压电容型设备绝缘在线监测系统中的应用。三角自卷积窗具有良好的旁瓣性能,采用三角自卷积窗对信号进行加权能有效减少频谱泄漏对介损角测量的影响;基于三角自卷积窗的频谱校正算法不需求解高次方程,计算量小。在非同步采样情况下,通过对基波频率波动、采样频率变化、介损角真值变化、白噪声影响、谐波变化等情况下的介损角仿真测量实验和实际应用验证了本文算法的准确性和有效性。     

九点变换改进FFT高精度谐波分析方法

快速傅里叶变换(FFT)广泛应用于电力系统的谐波测量中.由于同步采样和整周期截断难以实现,FFT算法存在的频谱泄漏和栅栏效应严重影响谐波检测的准确性.文中分析了信号频谱衰减特性,提出一种基于九点离散频谱序列变换的谐波检测算法,将离散频点做九点变换,减小频谱泄露造成的基波及各次谐波频谱间的相互干扰,继而通过插值估算得到高精度的谐波参数.仿真结果表明,在非同步采样和非整数周期截断条件下,运用本文算法计算得到各次谐波的幅值的相对误差小于0.0027%,相角相对误差小于0.013%,并能有效克服频率波动对频谱分析的影响.     

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。     

基于混合窗的改进全相位谐波相位检测算法

在实际谐波检测过程中,传统傅里叶算法只能做到非同步采样,这样就无法避免栏栅效应和频谱泄露的存在,导致谐波检测中相位检测精度相对较低。针对此问题,提出hanning窗和4项5阶nuttall窗的二阶混合卷积窗,用其在相位检测中做预处理,并以此提出基于混合卷积窗的改进全相位傅里叶算法,该算法在谐波相位检测中能有效提高谐波相位检测精度。分别在白噪声和频率波动的影响下做仿真验证,并与传统的加窗插值算法作对比分析。仿真结果表明,文中优化算法在谐波相位检测中具有较大优势,提高4个数量级的精确度,且具有较强抗白噪声和频率波动能力。