用于电力系统谐波分析的加窗插值FFT算法研究

分析了传统傅利叶算法的误差原因 ,提出了运用加窗减少泄漏误差、通过插值算法限制栅栏效应的方法。与以往加窗插值法不同的是 :利用卡当公式 (Cardan)推导出 3、4项窗的一般求解公式。用此法仿真计算电网信号的结果表明 :对于频率和幅值 ,各种窗具有很高的精度 ;4项窗所得相位误差较大。综合考虑频率、幅值和相位 3个因素 ,则用 3项窗精度最高 ,其旁瓣最小衰减达到 5 9 7dB ,满足电力系统谐波分析的需要。     

一种用于频率偏移时有效值计算的修正方法

在中低电压等级的线路测控保护一体化装置中,可以较容易地实现手动同期功能,但两侧频率相差较大时,采用相同时间间隔采样会对模拟量有效值的计算带来很大误差。文中分析了频率偏离额定值较大时,利用傅里叶算法计算有效值的误差,提出了一种修正幅值的实用方法。通过理论分析和数字仿真表明该修正方法使有效值的计算精度大大提高,而且计算量增加不大,有很好的实用价值。     

数字变电站IED采样的一种改进算法

针对Lagrange线性插值算法在谐波次数高的情况下误差过大和Lagrange抛物线插值算法在合并单元（MU）低采样频率下误差改进不明显,提出了一种改进算法。根据改进算法的计算思路,运用Matlab 7．0编程．对算法进行仿真和模拟。与线性插值算法相比,该算法大大降低了各采样点的相对误差,提高了电流、电压、功率幅值的测量精度;同时通过分析一种典型谐波信号,验证了在同样插值条件、计算量相当的情况下．加权算法在80Hz的低采样频率下,误差较二阶Lagrange算法有显著的改善．有效地抑制了谐渡对算法的影响。仿真结果表明该算法计算精度高．可以满足新型变电站智能设备的采样值信号接口技术的要求．     

基于数字微分算法的电力参数快速准确估算

提出了一种基于数字微分和拉格朗日插值的、在较大范围内实现电力参数的频率、幅值和相角的快速而准确的测量算法。利用数字微分,电力系统的频率、电压幅值和相角可以在1个半周波的时间内得到准确测量,其测量精度达到99.999%。提出的算法分两步进行,第一步为频率估算;第二步为第一幅值和相角计算。该算法适应于电压信号在1～100Hz,电压幅值在160～280V,相角在0°～360°的场合,而且耗时短、计算量小,因而非常适合应用于实时性要求高的应用系统中。该文给出一实例,并在Matlab上进行仿真,其结果令人满意。     

一种加三项余弦窗的加窗插值FFT算法

提出了一种基于三项余弦窗exact Blackman窗的插值FFT算法。讨论了exact Blackman窗的频率响应,详细推导了基于exact Blackman窗的插值FFT算法的计算公式,并采用三次样条插值函数计算频率修正系数和复振幅的修正系数。仿真计算结果表明,利用三次样条函数计算的谐波幅值误差小于0.1%,频率误差小于0.01 Hz,相位误差小于5%。新的插值FFT算法能够有效地提高电力系统谐波的测量精度,与其他四项余弦窗加窗插值FFT算法相比,具有较小的运算量和较好的实时性。     

基于数字微分算法的电力参数快速准确估算

提出了一种基于数字微分和拉格朗日插值的、在较大范围内实现电力参数的频率、幅值和相角的快速而准确的测量算法.利用数字微分,电力系统的频率、电压幅值和相角可以在1个半周波的时间内得到准确测量,其测量精度达到99.999%.提出的算法分两步进行,第一步为频率估算;第二步为第一幅值和相角计算.该算法适应于电压信号在1～100Hz,电压幅值在160～280 V,相角在0°～360°的场合,而且耗时短、计算量小,因而非常适合应用于实时性要求高的应用系统中.该文给出一实例,并在Matlab上进行仿真,其结果令人满意.     

基于幅值线性变化模型的频率测量新算法

基于短时间内电流幅值线性变化模型,提出了一种用于精确测量电力系统瞬时频率的新算法,为系统提供实时状态变量。算法假设连续4个采样点对应电流的幅值线性变化,经过严格的数学推导,再结合泰勒展开和数学等比定理计算系统的瞬时频率。定性分析了幅值线性变化模型带来的误差,给出了泰勒展开和A/D转换引起的频率测量误差。该算法具有实现简单和测频速度快等优点,不需要采用数字滤波技术。该测频算法用于系统正常运行、没有振荡的单一频率情况时,理论误差接近于0。仿真结果表明,不论系统是否振荡、振荡是否剧烈,该测频算法都有很高的测量精度,且对电流中的随机噪声具有很好的适应性。     

一种加三项余弦窗的加窗插值FFT算法

提出了一种基于三项余弦窗exact Blackman窗的插值FFT算法.讨论了exact Blackman窗的频率响应,详细推导了基于exact Blackman窗的插值FFT算法的计算公式,并采用三次样条插值函数计算频率修正系数和复振幅的修正系数.仿真计算结果表明,利用三次样条函数计算的谐波幅值误差小于0.1%,频率误差小于0.01 Hz,相位误差小于5%.新的插值FFT算法能够有效地提高电力系统谐波的测量精度,与其他四项余弦窗加窗插值FFT算法相比,具有较小的运算量和较好的实时性.     

应用三次样条函数快速计算插值FFT算法

加汉宁窗插值快速傅里叶变换(FFT)算法可以克服频谱泄漏的影响,消除用异步采样值测量电量时产生的误差,但其计算量较大,实时性较差。为了减小插值FFT算法的计算量,采用三次样条函数逼近加汉宁窗插值FFT算法函数,提出了应用三次样条函数的有效形式计算插值FFT算法,将插值FFT算法的谐波幅值修正系数曲线分为10段,给定11个等间距插值点,构造出计算插值FFT算法的三次样条函数的快速计算公式。该公式简单,程序实现方便,计算量小,在分段处连续,且为精确值,可以大幅度提高插值FFT算法的计算速度和实时性。仿真计算结果表明,应用三次样条函数的有效形式计算电量谐波幅值和频率,幅值误差小于0.1%,频率误差小于0.01Hz。     

基于DFT的电力系统相量及功率测量新算法

随着全球定位系统(GPS)的全面民用化以及通信技术的发展，电力系统实时相量测量技术日益受到关注。传统的基于离散傅里叶变换(DFT)的频率跟踪算法对相角误差的考虑不全面，从而其频率、相角、幅值等计算结果也不够准确。文中对 DFT 在非同步采样情况下的误差产生机理进行了全面分析，给出了非同步采样情况下 DFT 相角计算结果的精确误差表达式，基于该相角误差公式，提出了一种新的基于 DFT 的电力系统相量测量算法。与传统算法相比，该算法具有精确度高、可以自适应地抑制谐波干扰、计算量不大等优点，并用算例验证了这些优点。此外，还给出了实用的利用传统 DFT 方法计算功率的误差估计公式。     

基于改进DFT的电力系统同步相量测量算法研究

离散傅里叶变换(DFT)在相同条件下,具有运算效率高、易于嵌入等优点,被广泛应用于电力系统同步相量测量中。但由于非同步采样及频域离散化问题的存在,DFT在进行相量测量时会出现频谱泄露和栅栏效应,使得计算结果产生误差。针对这一问题,推导了DFT在非同步采样情况的相角误差方程,利用相角差对信号频率进行跟踪测量,得到精度较高的频率值。据此,提出了基于改进DFT的同步相量测量方法,利用跟踪所得频率将DFT结果分为整数部分和分数部分,并通过等效替换对分数部分进行了修正。经仿真实验证明,该方法具备较高的抗干扰能力和测量精度,整体效果较传统算法有了很大的提升。在此基础上,利用TMS320F2812设计了一个同步相量测量装置(PMU)硬件系统,通过该系统实现了频率、幅值和相角的准确测量。     

信号幅值变化时的电力系统动态频率测量

研究电力系统信号幅值变化对频率测量结果的影响,通过数学推导证明了当前各种测频算法所基于的信号幅值在一定时间间隔内不变的基本假设条件下测量的结果存在着误差.由此对传统频率定义进行扩展,提出了信号视在相角和视在频率概念,通过分析真实的瞬时频率与视在频率之间的差异,证明了信号幅值变化时,视在频率是信号真实频率与部分高频分量(约100 Hz及倍频)的迭加,残存的倍频分量需通过对实测频率进行低通滤波处理.通过具体仿真实例,验证了幅值变化的电网信号经低通滤波器的再处理后,能基本准确反映信号的实际瞬时频率.     

小波变换功率分解测量方法及其性能评估

介绍了小波变换有效值与功率分频带测量的基本原理与算法,提出了Dmeyer小波变换有效值与功率的测量方法,并对该方法与3种已经提出的小波测量方法的测量误差进行了对比分析,结果表明在各频率子带和总频带上,Dmeyer小波测量方法都具有较高的准确度。此外,本文还从小波滤波器组的幅频特性和能量泄漏的角度出发,深入研究了小波滤波器组的能量泄漏特性与测量算法误差之间的关系。最后,本文还讨论了小波滤波器组的相频特性对其在功率测量算法的实际应用中可能带来的影响。     

混合遗传算法在电力参数测量中的应用

现有电力参数测量方法往往只针对一个误差因素,当系统采样数据同时受多个误差影响时,难以得到准确结果.针对这一问题,建立了电力参数极值优化模型,同时对衰减直流分量、非同步采样及谐波等多个误差参数加以精确表示,利用混合遗传算法(HGA)对该模型进行求解,可得到准确的系统幅值、相位、频率及谐波等电力参数.针对普通遗传算法(GA)收敛慢和经典迭代法初始点敏感问题,HGA将GA算子与混合拟牛顿算子结合起来,由GA算子进行解空间全局搜索,混合算子进行强局部搜索,可实现无需指定初值的电力参数快速求解.仿真实验表明,该方法能有效提高参数测量的运行效率和计算精度.     

基于自适应陷波器单相电路无功功率测量新方法

传统的根据无功功率的定义来计算无功功率的方法难以满足动态无功补偿控制系统中快速响应的要求。提出了基于自适应陷波器的单相电路的无功功率检测新方法。该方法采用自适应陷波器提取出单相电压、电流及它们的90°相位变换值,然后通过单相瞬时无功功率理论计算无功功率。仿真结果表明,在幅值稳定的情况下,该方法能够以较小的误差检测出无功功率;在幅值突变和线性变化的情况下,能够根据电压变化快速追踪无功功率的变化。     

电力系统次同步振荡分量的快速在线检测算法

电力电子装置及串联补偿装置的大量应用使得电力系统次同步振荡现象越来越普遍。针对这一问题,文中给出一种次同步振荡分量的快速提取方法,可有效抑制工频分量、谐波分量和噪声对次同步振荡分量测量的影响。该方法具有计算量小和响应速度快的优点,可实现在线测量分析。在此基础上,给出了电力系统次同步振荡分量的频率(模态)、幅值、相位的在线计算方法和抑制次同步振荡分量对工频量测影响的方法。仿真算例和实际算例验证了所述方法的有效性。     

一种三相非对称输电线路工频阻抗参数测试方法

对三相非对称输电线路工频参数测量,提出了一种抗高感应干扰电压的新的测量方法。该方法基于感应干扰电压在短时间不变的假设下,通过对三相输电线路施加单相测试电源,建立起了基于干扰感应电压及非对称输电线路工频阻抗参数的数学模型,推导出了各序阻抗及各序耦合阻抗的计算公式,给出了线路不对称程度的定量评价。该方法克服了干扰感应电压及输电线路非对称性对线路工频阻抗测试的影响,具有测试方法简单,测试电源容量小,测试精度高等特点。算例实测及计算结果表明了该方法的有效性。     

基于CPCI总线的电力系统实时相角测量高速数据采集系统

电力系统实时相角测量技术为电力系统动态监控提供了重要手段。数据采集是实时相角测量系统中的重要环节。本文介绍了一种高速数据采集系统,它基于高速、高性能、可热插拔的CPCI总线,采用了多路同步采样方式,在采样触发环节引入了数字锁相环,数据采集软件基于QNX实时操作系统。整个系统具有很高的实时性,在电网频率改变时能自适应调节采样频率,提高了采样精度,具有一定的可扩展性、可移植和通用性。