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。     

基于变频器的异步电机离线参数辨识

分析了基于变频器控制的异步电机参数辨识方案.对传统测定子电阻的直流试验方法进行改进,提出了一种消除功率开关器件压降影响的定子电阻辨识方法.通过向电机施加单相电压信号,得到了电机参数的计算公式.针对单相试验中电机定子电流准幅值和相位的对电机参数精确估计的需求,提出了一种基于离散傅里叶变换测量电机定子电流幅值与初始相位的方法,所述算法考虑到由于非同步测量误差以及频谱泄漏和栅栏效应引起的离散傅里叶变换计算误差的修正问题.MATLAB/Simulink仿真结果证实了所提方法的有效性.     

基于切比雪夫窗的电力系统谐波/间谐波高精度分析方法

基于离散傅里叶变换的谐波分析方法通常采用加窗插值的方式来减小频谱泄漏和栅栏效应的影响。针对谐波/间谐波及负频率成分对关注频率存在频谱干扰,提出了基于切比雪夫窗的高精度谐波/间谐波分析方法。对信号加切比雪夫窗截断,并采用相位旋转及奇数点插值的方法,求解信号的频率、幅值和相角,极大地抑制了频谱泄漏。对经典谐波信号和电力谐波信号进行了仿真分析,计算结果表明,所提出的方法在谐波/间谐波测量上具有更高的测量精度,并且具有一定的抗噪性。     

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。     

水电富集地区水、火电运行特性及有功功率协调控制——（一）不同调节性能机组之间的协调策略

异步联网方式下的中国西南电网转动惯量显著减小,频率调节特性发生深刻变化,对自动发电控制（AGC）的动态品质要求更高。首先,利用离散傅里叶变换分析了区域控制偏差（ACE）的频域特性。然后,结合中国西南电网高比例水电、大规模外送的显著特征,分析了有功功率控制面临的新问题,建立了维持省级电网控制区有功功率平衡和电网频率稳定性的数学模型。提出了基于2层数字低通滤波的水、火电机组有功功率调节量分离算法,时间维度上实现不同响应时间和跟踪周期的水、火电机组互补协调控制。进而,通过考虑电网频率、ACE以及送出断面功率控制要求,空间维度上动态调整不同地理位置机组群的调用顺序和有功功率调节范围。最后,基于电力系统全过程动态仿真程序（PSD-FDS）验证了所提方法的有效性。     

电力系统谐波分析的多层DFT插值校正法

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,各频率成分间会发生频谱干扰,从而产生较大的分析误差。对此,提出一种基于余弦组合窗的多层插值频域校正法,用于电力系统谐波分析。该方法利用旋转调整后各离散谱线的相位特点,通过多层求和计算,使各非关注成分在各关注成分对应谱线上的泄漏影响达到最小,因此,其能够在加窗的基础上,进一步抑制信号间的频谱干扰。仿真算例表明,该方法能够在非整周期采样的条件下实现电力系统谐波信号的高精度测量,也从另一个角度改进了传统的加窗插值算法。     

单极倍频CPS-SPWM传输带宽的研究

载波相移技术已广泛应用于多电平变流器的开关调制策略。同等条件下,单极倍频相较双极性可获得好的带宽性能。而传输带宽作为评价多电平变流器的关键性能指标,在有源电力滤波器谐波治理等特定场合下,显得尤其重要。在阐述单极倍频式载波相移技术工作原理的基础上,利用双重傅里叶变换详细推导H桥级联变流器的输出电压解析式,通过定义噪声容限来确定贝塞尔函数阶数。进而对单极倍频载波相移技术的传输带宽进行研究,得到其传输带宽定量表达式。最后,通过仿真和实验验证了所推导单极倍频式载波相移技术传输带宽的准确性和合理性。     

基于傅里叶变换的高精度频率及相量算法

离散傅里叶变换(DFT)是电力系统中频率及相量测量的基本算法,作者首先从理论上分析了传统的离散傅里叶算法存在的测量误差,并在传统的离散傅里叶算法的基础上提出了一种前向递推的DFT算法,该算法利用3点DFT数据进行频率及相量的测量,有效减小了运算量,仿真试验验证了所提算法的正确性。仿真结果还表明,该算法能有效地减小由傅里叶算法引起的测量误差,具有测量精度高的优点。     

基于插值线性调频Z变换的间谐波分析方法

为获得准确的间谐波信号的频率分布估计值,文章提出了基于插值线性调频Z变换(chirp Z transform,CZT)的间谐波分析方法。该方法通过CZT变换获得精确的等价于离散傅里叶变换结果的间谐波信号的频率分布估计值,利用基于Rife-Vincent III窗的双谱线插值修正公式修正上述估计结果,得到了较精确的各次谐波和间谐波参数。仿真结果验证了该方法的正确性和有效性,与现有方法的比较结果表明,相同采样频率下该方法的检测精度更高。     

电力系统谐波分析中频谱泄漏治理方法的新进展

快速傅里叶变换用于电力系统谐波分析中存在较大的误差,尤其是相位误差。对快速傅里叶变换这一算法产生频率泄漏的原因进行了探讨,指出频率泄漏产生的根本原因,并对国内外提出的抑制频率泄漏的方法进行分析,详细介绍了这些方法的利弊。     

基于滑窗离散傅里叶变换检测及重复控制的有源电力滤波器

滑窗离散傅里叶变换的电流谐波检测算法和重复控制算法具有提高系统实时性、检测精度、易于实现等特点,在提高波形跟踪精度方面有较好的表现。该算法与PI控制并联,不仅保证了系统的动态性能,而且一定程度上消除了稳态误差。通过Matlab仿真,证明了该方法能显著改善滤波效果。     

Improvement of a Fourier coefficient estimation method using an adaptive algorithm and its performance analysis

There are many applications where it is necessary to estimate accurately the amplitude and phase of signals when the information regarding the frequencies is obtained in advance. This paper presents a new algorithm for estimating more accurately Fourier coefficients of a signal contaminated by additive noise where sinusoidal frequencies of interest are not distributed uniformly. In the proposed method, Fourier coefficients are adaptive parameters. It uses averaged gradient signals and has almost the same acquisition time as the conventional LMS algorithm with more accurate estimation. The performance analysis of the proposed method is presented and its validity and limits are verified under various conditions by computer simulations. It is shown that the proposed method has especially better performance than the LMS algorithm when both the number of frequencies and the step size parameter, µ, are large. © 2004 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 149(1): 52–60, 2004; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10362     

提升PMU动态测量性能的若干方法

为了提高PMU装置在电力系统动态条件下的同步相量测量精度,研究了若干提升PMU装置动态测量性能的方法。采用IEEE C37.118标准中推荐的基于离散傅里叶变换(DFT)的同步相量计算模型,对基于DFT的相量测量算法进行了改进。分析了该改进方法在带外干扰、系统振荡、系统失步、短路或断线故障等动态条件下的特性。设计了等纹波滤波器对相量数据进行滤波处理,保证同步相量的测量精度,最后在PMU装置中实现并进行了测试验证。实验结果表明,通过上述方法的实施,PMU在动态条件下的测量精度得到了提高。     

基于泰勒级数和离散傅里叶变换的综合自适应相量算法

针对传统相量算法在动态过程中难以同时满足精度和速度要求的问题,提出一种基于泰勒级数和离散傅里叶变换(DFT)的综合自适应相量算法。该算法对稳态和动态情况,分别设计了时域算法和频域算法两种计算模式,并通过反推校验实现二者间的自适应切换。具体地,时域算法利用两相邻数据窗进行DFT分析,并根据特定精度要求进行简化,以此计算频率和相量;频域算法对电力信号模型进行泰勒级数展开,并通过一个数据窗的基波和各谐波含量计算相量、频率和频率变化率。仿真分析和实验测试结果均表明,在稳态和动态情况下所述算法的量测精度和响应性能均优于传统算法及相应的商用同步相量测量装置,满足实际应用要求。     

频域谐波分析算法的新解释及其推广

在电力系统谐波分析的频域方法中,加汉宁窗插值算法应用较为广泛,其某些实现具有相似结构,只是选取的插值点数不同。为深入理解其内在本质,文中利用汉宁窗和矩形窗之间的关系,将已有的两种加汉宁窗算法转化成未加窗的等价形式,找出其中规律,并将其推广到通用的未加窗p点插值算法。在推导过程中,首先建立了多分量信号的未加窗离散傅里叶变换(DFT)值的近似模型,接着利用此近似模型分析出算法系数所需满足的两个条件,最后设计了满足条件的一组系数。当插值点数p为4或5时,所提算法等价于已有的两种加汉宁窗算法;p的最小允许值为3,此时算法具有最高的频域分辨率,并且不存在对应的基于汉宁窗的等价形式。结合改进后的DFT递推公式,所提算法所需计算量仅和插值点数p呈线性关系,因此能够大幅降低计算量,并为电网信号提供实时估计。仿真部分比较了算法采用不同插值点数p时的表现,实验部分将算法应用于三相电机电流信号的实时估计。     

基于DFT的电力系统频率及谐波精确算法

频率是电力系统运行特性评估中最重要的参数之一。传统频率测量算法存在不同程度的误差,而它所带来的频谱泄露则影响谐波测量的精度。提出基于离散傅里叶变换（DFT）的改进测频算法,该算法利用相隔半个周波的3组信号数据求取2个修正系数,分别对相邻两个周波的相角进行修正,再通过其相角差求得实际频率。在此基础上,通过实时修正采样频率实现同步采样,从而精确进行谐波分析。4种不同情况的仿真实验结果表明算法具有较好的频率跟踪效果和谐波测量精度。     

A new mapping method for phase estimation of single‐phase signals: A new generalization and new realizations of the DFT estimation method

This paper proposes and analyzes a new simple real‐time phase‐estimation method for single‐phase signals, which is based on a vector mapping theory of n‐dimensional to 2‐dimensional vectors. According to the analyses, the proposed mapping method can estimate instantly and properly the true phase of the signals that are contaminated by significant amplitude of noise and harmonics. The mapping method contains the conventional DFT method as a special case. In other words, it can be treated as a generalization of the DFT. Several simple realizations of the mapping method are also newly proposed as a single‐input and two‐output digital mapping filter in both nonrecursive and recursive forms. The recursive realization being able to decrease drastically computing load utilizes the normal form that is robust to finite word length effects. As an application of the proposed mapping method, inverter‐using power control system connected with a single‐phase grid is shown. All analytical results are verified by numerical experiments and the usefulness of the newly proposed mapping method is confirmed. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 160(1): 27–38, 2007; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20263     

适用于闭环控制的快速相量计算方法

近年来,大量电力电子设备在电力系统电源、电网与负荷侧广泛应用,导致电力系统跨区域、跨电压等级的系统性连锁故障逐渐增多,亟需精细化闭环控制。这要求同步相量测量装置(SynchrophasorMeasurementUnits,PMUs)在保证测量精度的同时,具有快速的响应速度。针对这一问题,提出了一种适用于闭环控制的快速相量测量方法。该方法分析了传统DFT算法在系统动态条件下的测量误差特性,揭示了时标位置对相量测量精度与上传延时的影响。为减少PMU上传延时,研究了将时标打在时间窗尾部时相量测量误差与动态相量模型参数的规律,提出了相量修正方法,在减少上传延时的同时兼顾了测量精度。仿真测试验证了所提方法的测量精度与上传延时远高于PMU标准对保护控制类PMU的要求,可用于复杂电力系统闭环控制应用。     

时频结合的失真度测量方法研究

失真度测量常采用基于快速傅里叶变换（FFT）的频域方法和基于曲线拟合的时域方法。FFT法需对被测信号进行整周期同步采样以避免栅栏效应和频谱泄漏,曲线拟合法计算量较大且拟合效果不易保证。为克服FFT法与曲线拟合法的上述不足,利用离散时间傅里叶变换（DTFT）提取被测信号基波分量并将其从时域波形中剔除,从而实现全谐波失真（THD）的计算。该方法无需进行曲线拟合或FFT,简化了计算流程。在12 bit采样精度下对该方法进行了数值模拟与实验测试,对低失真正弦信号进行数值模拟得到的失真度绝对误差低于0.05%,而对20 Hz~20 kHz方波和三角波实测所得失真度绝对误差小于1%,表明此方法能够便捷、可靠地实现失真度的测量。     

JPEG图像压缩编码及其MATLAB仿真实现

首先介绍了基于离散余弦变换的JPEG图像压缩编码算法,接着用MATLAB6.5对标准灰度图像进行仿真,并对同一幅Lena图像做不同的压缩,绘制了率失真曲线.实验结果表明,在很大的压缩范围内,在不同的压缩比和编码比特率下,重建图像的峰值信噪比都在30 dB以上,仍然能满足人们的视觉需要.对图像做不同的压缩,满足了不同的场合、不同的控制码率下要求不同的图像质量的实际需要.用MATLAB做仿真实验,方法简单而且误差小,大大提高了图像压缩的效率和精度.