电力系统真实间谐波存在判据研究

对电力系统电压或电流信号进行离散傅里叶变换得到的间谐波频谱,不仅由真实的间谐波成分产生,也可由其他的系统扰动引起,因此,从频谱上判断真实间谐波的存在性是进行间谐波具体参数计算的前提。首先从理论上分析并指出,分析窗口内各周波之间的波形差异是间谐波频谱产生的原因,并在此基础上提出一种基于间谐波时频等值线图和成分出现率的真实间谐波存在性判别方法。该方法首先对某考察时段内的所测信号做连续离散傅里叶变换,得到该信号的幅值时频矩阵,结合该矩阵对应的成分出现率和判别阀值,判别出信号中的真实间谐波成分。所提方法实现过程简单,原理清晰,能够判别出所测信号中的真实间谐波成分。对多个现场测量数据的分析验证了所提方法的有效性和实用性。     

基于FFT的电力系统谐波分析

非线性元件的大量使用使得电力系统谐波日益增多,造成过电压、过负荷等问题,而谐波的监测和分析是治理谐波的前提条件,对此利用快速傅里叶变换 FFT 对构造的四种电力系统信号模型进行频谱分析.结果表明,FFT可很好地识别幅值固定不变的谐波分量,并可抑制系统中高斯白噪声的干扰,但在谐波幅值发生变化或信号频率不固定时,并不能准确获取信号频谱,需对其进行改进研究。     

随机环境下电力系统谐波分析算法

离散傅里叶变换（DFT）是电力系统谐波分析常用的算法。研究随机环境下DFT算法在同步采样和非同步采样2种情况下的统计特性,DFT算法包括普通DFT算法和加窗DFT算法,统计特性包括均值、方差和相关性等。导出了用加窗DFT算法实现谐波幅值和相位无偏估计的条件,并由此提出了一种新的时变加权DFT算法。基于MATLAB软件的仿真结果证实了结论的正确性。     

双向牛顿插值的电力系统谐波分析方法

在电力系统谐波分析的过程中,由于非同步采样使信号在进行FFT变换的过程中产生频谱泄露和频谱混叠,分析精度大大降低。现有的加窗FFT谐波分析方法虽然能在一定程度上抑制频谱泄露,但存在插值修正公式复杂、不同频率成分检测互相干扰的缺点。提出了一种基于双向牛顿插值同步化采样序列的电力系统谐波检测方法。在非同步采样情况下,利用正向牛顿插值计算得到信号基波的周期,然后根据计算所得周期设置新的插值点,再利用反向牛顿插值得到该处的信号幅值,使得调整后的采样序列近似于同步采样情况下获得的采样序列,从而减小傅里叶分析时的频谱泄漏。仿真结果表明,该方法能够很好的解决频谱泄露的问题,相较于经典窗函数插值谐波分析方法,具有较高的谐波检测精度。     

凯塞窗插值FFT的电力谐波分析与应用

采用矩形窗、三角窗等基本窗函数和广义余弦窗函数对信号加权可减少非整数周期截断造成的频谱泄漏和栅栏效应的影响,但其效果受到窗函数固定旁瓣性能的制约。通过分析凯塞(Kaiser)窗函数的主瓣与旁瓣衰减可自由选择的特性,提出基于Kaiser窗插值快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)的电力谐波分析方法,建立奇次、偶次谐波求解的数学模型和实用的插值修正公式,推导信号基波与各次谐波频率、幅值、初相角的计算式。仿真和实测结果表明,Kaiser窗插值FFT方法设计实现灵活、抑制频谱泄漏效果好,据此研制的三相多功能谐波电能表的基波有功误差≤0.2%,基波无功误差≤1%,2～21次谐波分析满足GB/T14549—1993的A类谐波测量仪器要求。     

Blackman-Harris窗的插值FFT谐波分析与应用

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的误差,无法得到准确的谐波参数。加窗插值快速傅里叶变换算法广泛用于电力系统谐波,可改善因非同步采样和非整数周期截断造成的频谱泄露,提高分析精度。文章分析了Blackman-Harris窗的频谱特性,提出了基于Blackman-Harris窗插值的分析算法,运用多项式拟合求出实用的插值修正公式。仿真结果表明,Blackman-Harris窗插值FFT方法设计实现灵活,抑制频谱泄露效果好。     

谐波分析的加窗插值改进算法

加窗插值FFT是电力谐波分析的常用算法，文中在两方面对该算法进行了改进。提出了一类新的离散窗函数——矩形自卷积窗。m阶矩形自卷积窗由m个矩形窗通过卷积运算生成，其幅频特性在零点处的1-m-1阶导数均为0;谐波分析时，加这类窗可以最大限度地减小基波及各次谐波相互之间的频谱泄漏：另外，给出了适合新窗的插值算法，并对插值算法的一些常规做法进行了改进。基于新窗的改进算法易于实现，能显著提高谐波分析精度和减小计算量。仿真分析和实践验证了其可行性和有效性。     

应用于电力谐波分析的改进相位差校正法

传统的相位差校正法在应用于电力谐波测量时,由于频谱泄漏问题的存在,在窗函数的旁瓣衰减速度较慢时存在较大误差,而校正过程对频域解析式的依赖又限制了窗函数的选用。采用一种基于汉宁窗的改进相位差校正法,其原理是对非同步采样序列的加窗快速傅里叶变换结果进行多项式变换,再依据变换所得的新频谱序列进行谐波参数的校正。将该方法和其他常用方法进行数值仿真对比,在基频随机变化的情况下进行10 000次仿真计算得到其标准误差,并缩短采样窗长以探究其实时性。结果表明,改进相位差校正法较其他常用方法有更高的精度;当基频在47~53 Hz范围内随机变化时,高次谐波的测量精度达到10-5次;在100 ms的采样窗长下,也能满足IEC 61000—4—7标准的精度要求。在兼顾计算精度的同时,该文校正公式由汉宁窗解析式推导得到,简便明了,所提方法是一种有实用价值的谐波参数检测算法。     

基于Nuttall窗插值FFT的标准源谐波分析算法

电力标准源是用于输出电力仪表测试的基准信号,其输出精度主要取决于反馈检测精度.采用FFT对标准源输出进行谐波分析时,很难做到同步采样和整周期截断,由此造成的频谱泄漏将导致谐波分析时存在较大的误差.针对上述问题,基于插值算法的原理,提出了4项3阶Nuttall窗函数与双峰谱线的插值算法,给出了谐波幅值、相位和频率的修正公式.仿真和实验结果证明所提算法能够有效抑制频谱泄露,显著提高标准源输出精度.     

一种高精度加窗插值FFT谐波分析方法

非同步采样和非整数周期截断造成的频谱泄漏会影响谐波测量结果的准确性.提出了一种高精度加窗FFT插值谐波分析方法.介绍了一种余弦组合窗函数,讨论了该余弦组合窗的特性,并首次将该窗函数运用在谐波分析中,利用曲线拟合函数求出实用的双谱线插值修正公式.试验分析表明,相比其他加窗插值算法,本文算法在频率、幅值和相位的计算中具有更高的精度,实用价值更高.     

五项最大旁瓣衰减窗插值电力谐波分析

提出一种简单的加窗插值快速傅里叶变换方法,用于非同步采样下的电力谐波分析。首先,分析了五项最大旁瓣衰减窗的时域、频域特性;然后,给出基于五项最大旁瓣衰减窗的插值方法,并推导了谐波幅值、初始相位和频率的计算公式;最后,分别用仿真分析、实验测试对所述方法的有效性进行验证。研究表明,五项最大旁瓣衰减窗具有较好的旁瓣特性,能够充分抑制频谱泄漏;基于五项最大旁瓣衰减窗的插值算法,插值公式简单、有解析解、谐波分析精度高、计算量小,易于在嵌入式系统中实现。     

一种基于小波包变换的电力谐波检测方法

由于非线性负载用电的不断增加,造成大量谐波返灌电网产生电能污染和计量不公等问题,然而传统的快速傅里叶变换（fast Fourier transform, FFT）检测方法由于自身技术的限制,难以满足目前谐波检测对精确性的要求。结合电力谐波特点,分析小波变换与傅里叶变换原理,提出了一种小波包与FFT相结合并采用加窗双谱线插值的电力谐波检测方法,研究了不同窗函数的特性,并且通过加入不同的窗函数来检测谐波,得出针对电力谐波检测最优的窗函数。仿真实验验证了该方法对谐波在时域和频域上都有很好的测量效果,为谐波电能表电力谐波检测方法及信号截取窗函数选取提供重要参考。     

布莱克窗函数频域插值电力谐波计算

提出了一种电力谐波高精度估计的新方法.首先使用CZT (Chirp Z变换)从含有谐波的电力信号中高精度提取基波相量,并从中减去基波信号;然后加布莱克(Blackman)窗截断电力信号,用快速傅里叶变换(FFT)计算出剩余信号的频谱;再依据基波频率精确估计出各谐波的频率;最后依据各谐波频率对Blackman窗函数在频域插值,精确计算出各电力谐波的参数.仿真试验表明,该方法与加窗双谱线插值FFT分析电力谐波方法有基本同等的估值精度,但计算量约为1/2.     

莱夫–文森特窗插值FFT谐波分析方法

加窗插值快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)算法广泛应用于电力系统谐波分析,可改善因非同步采样和非整数周期截断造成的频谱泄漏,提高谐波参数计算的准确度。该文分析莱夫–文森特(Rife-Vincent)窗的频谱特性,提出基于5项Rife-Vincent(I)窗插值FFT的谐波分析算法,运用多项式拟合求出简单实用的插值修正公式,大大减少了谐波分析时的计算量。仿真结果表明,在非同步采样和非整数周期截断条件下,提出的谐波分析方法适合于弱信号分量的提取和复杂谐波信号的准确分析,对含21次谐波信号分析的频率计算误差仅为1.9× 10-8%,幅值、初相位计算误差分别小于等于0.000 1%和0.029%。     

FFT分析电力系统谐波的加窗插值算法

采用快速傅里叶变换 (FFT)进行电力系统谐波分析时很难做到同步采样 ,故造成频谱泄漏 ,影响谐波分析的结果。本文对FFT的泄漏原因进行了分析 ,并用组合余弦窗对采样数据加权及利用插值对FFT的结果进行修正 ,精度得到极大的提高。文中给出了该算法进行谐波分析的算例 ,计算结果表明 ,基于Blackman Harris窗的算法具有更高的计算精度和效率。     

新型电力网络仪表的谐波测量方法与实现

研制高性能电力参数监测设备已成为市场的迫切需要。文中介绍了一种新型数字式电力监测网络仪表的设计方法。采用快速傅里叶变换(FFT)的基-2算法,通过傅里叶分解对畸变波形的各种分量进行分析,将采样取得的N个离散信号通过离散傅里叶变换得到各次谐波分量的频谱,目的是为了计算出电流电压有效值及其相应的总谐波畸变率,并且可以测量出功率、功率因数等各种电力参数,通过CAN现场总线实现对电网电能质量的远程自动监测。该方法采用数字信号处理器(DSP)在PMM 2000数字式电力监测网络仪表中得以实现,电流电压的测量精度为0.2%,其它电力参数的测量精度为0.5%。     

一种基于改进锁相环的谐波分析逻辑电路

改进锁相环(EPLL)相比传统锁相方法具有快速、稳定的优点.基于EPLL输出的同步倍频信号可以将异步采样数据同步化,再通过基于准同步采样数据的快速傅里叶变换,最终可以在快速实现信号跟踪的基础上获得精确的谐波分析结果.文中完成了这种基于EPLL的谐波分析逻辑电路设计,并在FPGA器件中得到了实现和验证.此外,还研究了非等间隔采样、异步采样数据同步化以及定点数运算对该谐波测量方法精确度的影响.所设计的逻辑电路已经应用于一款具有谐波分析功能的电能计量芯片的开发中.     

纳托尔自卷积窗加权电力谐波分析方法

在非同步采样下,采用快速傅里叶变换（fast Fourier transform,FFT）进行电力谐波分析容易造成频谱泄露和栅栏效应。窗函数加权可有效抑制频谱泄漏,但经典窗函数的抑制能力受旁瓣性能的制约。分析了纳托尔（Nuttall）窗的频谱特性后,提出了一种通过若干Nuttall窗自卷积运算得到的新型窗函数——．Nu...     

一种基于FFT的实时谐波分析算法

采用FFT算法进行电力系统谐波分析很难做到同步采样和整周期截断,由此造成的频谱泄漏将影响谐波分析的效果。通过对频谱泄漏机理的详细分析,导出了信号实际频谱和泄漏频谱之间的关系,在此基础上提出了一种利用相位差校正信号频率来恢复实际频谱的改进算法。该算法只需要较短的采样数据长度,就能达到较高的计算精度,具有延时小、响应速度快等特点,避免了常用的加窗插值算法通过延长数据采样长度来提高计算精度的缺点,在实时性方面有较大的优势。