基于高精度DFT的介损数字测量方法

针对离散傅立叶变换 ( DFT)用于介损测量时因系统频率波动难以满足同步采样而产生泄漏误差影响基波相位测量精度的问题 ,作者分析了 DFT算法非同步采样造成的泄漏效应 ,采用加余弦窗的改进方式 ,提出了基于 Black-man- Harris窗的 DFT介损测量方法。数字仿真表明基于加窗 DFT算法的介损测量较原有 DFT算法计算精度显著提高 ,实际测量亦验证了该算法的有效性。     

三谱线插值FFT算法在介损测量中的理论与仿真研究

运用基于传统FFT的谐波分析法进行介损测量时难以满足同步采样和整周期截断,造成的频谱泄漏将影响介损测量精度。引入了一种加窗插值傅里叶变换算法进行介损测量。通过分析加窗信号傅里叶变换的频域表达式,利用谐波频点附近的3根离散频谱的幅值确定谐波谱线的准确位置,进而得到谐波的频率、幅值和相位。仿真结果表明,应用三谱线插值修正算法具有很高的计算准确度,进而验证了该算法的有效性与实用性。     

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。     

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。     

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.     

基于Nuttall窗三谱线插值的介损角测量方法

采用FFT谐波分析方法进行介质损耗角测量时,由于非同步采样会导致频谱泄露和栅栏效应,给介质损失角测量带来较大误差。为提高介损测量精度,文中提出基于Nuttall窗的三谱线插值介损测量方法。通过加Nuttall窗进行FFT得到离散序列,由三谱线插值进行频谱校正得到电压电流基波相位,根据两者相位差来计算介质损耗角。在基波频率波动、三次谐波含量变化、白噪音存在和采样点数变化的情况下测量介损角。仿真分析结果表明,Nuttall窗具有良好的旁瓣性能,能更好抑制频谱泄露,减小测量误差,所提方法测量介质损耗角时具有较高计算精度。     

介损在线监测去噪方法的有效性

为了减少白噪声给介损在线监测带来的误差,比较常规离散Fourier算法与加窗插值算法的准确性,分析了信号点数及其使用方式对计算所得介损误差的影响,分析了小波分解层数、阈值获得准则和阈值模式对介损计算准确性的影响,获得了不同类型的小波方法的去噪效果。结果表明:受噪声干扰明显时应采用常规离散Fourier算法。随信号点数的增加误差呈幂规律减少,采样时应该选择更高的采样频率。叠加平均法可有效提高介损测量的准确性;计算时仅用长信号计算一次即可,而不应该采用长信号的分段或滑动窗计算计算。含有白噪声干扰时小波方法虽可对时域信号去噪但该方法对提高介损测量的准确性无效。同时用实验室实测含噪信号的计算验证了分析结果。     

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。     

基于Kalman基频跟踪的介损角测量算法

为减小采用快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)进行介损角测量时,由非同步采样引起的频谱泄漏和栅栏效应对测量结果造成的影响,提出了一种基于卡尔曼基频跟踪的改进FFT介损角测量算法。利用扩展卡尔曼滤波器(extended Kalman filter,EKF)对电网信号进行实时基频跟踪,控制下位机实现基频信号的整周期采样,之后采用加窗FFT算法计算信号的实时相位差,得到介损角测量值。采用EKF基频跟踪整周期采样算法,可以从硬件上实现信号的整周期采样,有效减少非同步采样对介损角测量的影响。基频波动、介损角真值变化、谐波变化及白噪声影响等情况下的介损角仿真实验和实际应用验证了该算法的准确性和有效性。该算法为高精度介损角测量提供了一种新的思路。     

用准同步离散Hilbert变换测量无功功率

由电路理论知,测量无功功率可采用电压信号移相90°的方法,而Hilbert变换正好满足此要求。为便于计算机计算采用离散Hilbert变换时由采样误差或电网频率发生漂移而导致的测量误差,可采用准同步采样方法来提高测量精度。采用准同步离散Hilbert变换可获得较高的无功功率测量精度。     

介损在线监测的3种改进谐波分析法的分析

谐波分析法用于介损在线测量时,由于系统频率波动,难以满足理想的同步采样,从而产生泄漏误差影响基波相角测量的准确度。为减小泄漏误差,提高介损测量准确度,通过加窗插值,修正理想采样频率和采取偏移频率补偿对原算法进行了改进。理论推导和仿真结果都验证了改进方法的有效性。     

电参量测量中准同步采样算法分析及精度提高方法

为了进一步减小同步采样中产生的误差,提出了准同步采样方法,其采样周期不要求与信号周期严格同步,实际是等间隔采样和周期迭代过程,从而获得了接近“理想同步采样”的测量准确度。介绍了准同步采样方法的基本思想,对该方法进行了分析,并给出了进一步提高测量精准度的方法。经实验验证,准同步采样算法可以显著提高计算精度,并可以应用于其它信号特征的采样数字测量中。     

准同步离散傅里叶变换算法研究

介绍了准同步离散傅里叶变换(discrete foruier transformation,DFT)算法的基本原理,同时对算法进行了计算机仿真,讨论了采样起始时刻和频偏对算法测量准确度的影响,并对DFT算法和准同步DFT算法进行了比较。得到结论:准同步采样与采样起点无关;被测信号频率在一定范围内变化不影响测量结果;在一定条件下,采用准同步DFT算法能够获得较高的测量准确度。     

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     

在线监测tanδ的高精度相对分析法研究

谐波分析法应用于介损测量,在电网频率波动,被测信号含有间谐波的实际条件下,很难做到理想同步采样,由此造成的频谱泄漏将严重影响介损的测量精度。在频域分析了非同步采样条件下,谐波分析法介损测量产生误差的原因,并从介损定义出发得出基于相对测量的加窗谐波分析法能有效提高介损测量精度,仿真结果也证明了所提算法的有效性和可行性。     

基于迭代稀疏分解的介损角测量方法

非同步采样及现场噪声对介损角的精确计算有较大影响,为此,提出了一种基于迭代稀疏分解的介质损耗角测量方法。利用匹配追踪能够将输入信号表示成少量特征明显的信号分量和形式,进而寻找与信号基波相匹配的最优原子即得到基波相位,从而提高介损角计算精度的目的。通过仿真实验,在基波频率发生变化、介损角真值发生变化、谐波所占比例不同、不同比例的噪声等情况下,采用文中方法、加Blackman自卷积窗结合三谱线插值法和加Hanning窗插值高阶正弦拟合法计算得到介损角测量结果,并作对比分析。实验结果表明:基于文中所提方法计算结果精度高,能有效克服频谱泄露及栅栏效应的不足。     

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。     

基于Hanning卷积窗的DFT介质损耗角测量算法

在高压电气设备介质损耗角在线监测中,DFT算法用于介质损耗角(介损角)测量时,系统频率的波动所造成的非同步采样将会产生泄露效应,从而会影响介损角测量精度。文章详细地分析了DFT算法非同步采样造成的泄露效应,提出了一种基于Hanning卷积窗的DFT介质损耗角测量算法。该算法采用Hanning卷积窗对电流和电压信号进行加权,利用频谱相位差校正法进行频谱校正以获得基波相位,根据电流与电压的基波相位差计算出介损角。通过仿真给出了该算法在电压频率波动和白噪声变化时计算所得介损角的变化情况,通过分析验证了该算法的有效性。     

基于3δ滤波的介损角算法

脉冲噪声的干扰、信号频率偏离正常值导致的频谱泄漏和栅栏效应会给介损角测量造成误差。为此,提出了一种能有效抑制脉冲噪声和非整周期采样给介损角测量造成误差的算法:用3δ算法抑制电压和泄漏电流信号中的脉冲噪声;对处理后的信号使用改进的基波相位分离法计算介损角,能高精度获得介损角、且计算量较小。对频率为50.5Hz、含有脉冲干扰的电容型设备的电压和泄漏电流信号的计算结果表明:无论是滤波前后,改进基波相位分离法较之DFT算法均具有更高精度;两者滤波都具有一定的效果,滤波使改进的基波相位分离法400次计算所得误差的绝对值的最大值、绝对值的均值和均值分别从0.01990、0.00412和-0.00026rad减少到0.01464、0.00327和0.00006rad。从而验证了该方法能抑制脉冲噪声和非整周期采样给介损角测量带来的误差。