基于改进DFT变换的高精度实时电网频率跟踪算法

采用DFT进行电力系统谐波分析时由于很难做到同步采样和整周期截断,由此造成的频谱泄漏严重影响谐波分析的效果。提出了一种适于高精度实时电力谐波分析的自适应调整采样频率的电网频率跟踪算法。该算法先采用加窗DFT得到精确的电网频率,然后采用加窗的递推DFT,动态调整采样频率,以实时跟踪电网频率。MATLAB仿真结果证实了此算法的有效性。     

一种新的分布式并网逆变器预同步算法

介绍了一种适用于并网逆变器预同步操作的电网电压基波分量递推DFT算法。该算法既能够可靠跟踪电网电压基波分量的相位、频率和幅值,又减少了计算量,保证了算法的实时性。在此基础上,该算法根据等角度间隔采样原理提出以递推DFT运算得到的基波相角为反馈调整采样间隔,实现了对电网电压频率的自适应跟踪,减少了频谱泄漏,提高了基波同步参数检测的精度。相对于传统的锁相环预同步方法,可以在谐波和零点漂移比较严重的情况下精确跟踪电网电压基波分量,从而减小逆变器并网操作对微电网以及逆变器本身的冲击。仿真结果表明了该算法的正确性。     

基于递推离散傅里叶变换和同步采样的谐波电流实时检测方法

目前普遍采用的谐波检测方法存在工频周期延时、计算量大等不足,文章提出了一种基于离散傅里叶变换的快速谐波检测方法。该方法采用递推方式动态更新频谱,并根据相位计算结果实时跟踪电网频率变化,动态调整采样频率,实现同步采样,有效抑制了电网频率波动对检测精度的影响。4种不同情况的仿真实验结果表明,该方法实现简单、计算量小,能实时检测出基波与指定次谐波的参考指令电流。     

基于加窗递推DFT算法的快速相位差校正法研究

计算谐波的相位差校正法利用间隔一个周期的两段连续N点时域采样信号并进行两次N点FFT变换,利用其对应离散谱线的相位差计算出频率变化量对幅值和相位进行校正。为了减少两次FFT运算量和提高实时性,采用了加余弦窗的递推DFT算法并利用间隔一个采样周期的两次DFT变换计算其对应离散谱线的相位差。由于加Blackman-harris窗函数的频谱泄漏影响小计算精度高,为了提高计算精度,采用加Blackman-harris窗截断,结合Blackman-harris窗的幅值修正系数公式可以准确校正幅值。为进一步提高计算速度,在计算幅值修正系数时还利用了嵌套形式的三次样条函数。通过仿真计算结果可以看出,频率误差小于0.000 1 Hz,幅值误差小于0.02%,相位误差小于0.5%,具有较高的精度。     

基于加窗递推DFT算法的快速相位差校正法研究

计算谐波的相位差校正法利用间隔一个周期的两段连续N点时域采样信号并进行两次N点FFT变换,利用其对应离散谱线的相位差计算出频率变化量对幅值和相位进行校正.为了减少两次FFT运算量和提高实时性,采用了加余弦窗的递推DFT算法并利用间隔一个采样周期的两次DFT变换计算其对应离散谱线的相位差.由于加Blackman-harris窗函数的频谱泄漏影响小计算精度高,为了提高计算精度,采用加Blackman-harris窗截断,结合Blackman-harris窗的幅值修正系数公式可以准确校正幅值.为进一步提高计算速度,在计算幅值修正系数时还利用了嵌套形式的三次样条函数.通过仿真计算结果可以看出,频率误差小于0.000 1 Hz,幅值误差小于0.02%,相位误差小于0.5%,具有较高的精度.     

基于插值FFT算法重构的Hilbert变换测量无功功率的新方法

在异步采样情况下,利用Hilbert变换测量无功功率会产生较大的误差.提出了一种基于插值FFT算法重构的Hilbert变换测量无功功率的新方法.该方法用离散傅立叶变换(DFT)和离散傅里叶逆变换(IDFT)实现Hilbert变换,将各次谐波电压分别准确移相90°.并利用加汉宁窗(Hanning)插值快速傅里叶变换(FFT)算法分别对周期信号电压和周期信号电流的基波及谐波的幅值、相位、频率进行计算,形成经过加汉宁窗(Hanning)插值快速傅里叶变换(FFT)算法修正后的频谱,以克服信号频谱泄漏的影响,消除用异步采样值测量电功率时产生的误差.仿真计算结果表明,基于插值FFT算法重构的Hilbert变换测量无功功率的新方法具有很高的精度.     

应用于频率宽范围波动电网的自适应采样相位差校正法

指出了定速率采样下,非同步采样造成的频谱泄漏是相位差校正法测量误差的主要来源,尤其在对频率宽范围波动的电网信号进行连续测量时,采用相位差校正法可能造成测量失败。文中提出了一种基于自适应采样的改进方法。根据前次测得的基波频率与前次计算所得的频率变化率来预测电网的实时基波频率,并实时修正采样频率,使之跟踪变化的基波频率。分别在自适应采样与定速率采样下使用相位差校正法对频率动态变化的电网信号进行仿真对比。结果表明,该方法较定速率采样方法对同一变频电网信号的幅值测量精度提高一个数量级,相位测量精度提高3~14倍,采样窗长为IEC标准规定窗长的40%。该方法减小了因基波频率动态变化而产生的频谱泄漏,使相位差校正法在频率宽范围波动的电网中能够满足谐波连续测量的精度与实时性需要。     

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。     

基于异步顺序采样值精确测量电量的方法

利用离散频谱详细对比分析了DFT的频谱泄漏和加汉宁窗DFT的频谱泄漏现象,讨论了用异步顺序采样值计算电量产生误差的原因,提出了利用异步顺序采样值精确计算电量的方法,实现了畸变电量的精确测量。仿真结果表明,该方法具有很高的计算精度。     

基于异步顺序采样值精确测量电量的方法

利用离散频谱详细对比分析了DFT的频谱泄漏和加汉宁窗DFT的频谱泄漏现象,讨论了用异步顺序采样值计算电量产生误差的原因,提出了利用异步顺序采样值精确计算电量的方法,实现了畸变电量的精确测量.仿真结果表明,该方法具有很高的计算精度.     

基于高精度测频的修正DFT相量及功率测量算法

为了提高频率偏移时电力系统相量及功率测量精度,提出了一种基于改进扩展卡尔曼滤波(IEKF)频率测量的修正离散傅里叶变换(DFT)相量及功率测量算法。分析了频率发生偏移时非同步采样下DFT的测量误差,建立了相角、幅值与频率偏移量和初相角之间的函数关系式。由IEKF得到频率偏移量,然后对DFT计算结果进行修正即可得到输入信号的真实相量和功率。仿真结果表明:该算法相比较于传统自适应DFT算法能有效消除或减弱谐波、噪声以及频率偏移对相量同步测量的影响,提高了相量及功率测量精度。     

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。     

A practical, precise method for frequency tracking and phasor estimation

Comprehensive analysis of discrete Fourier transform (DFT) error is given in this paper, including why it is accurate when used in the case of synchronous sampling and how error rises when sampling frequency does not synchronized to signal frequency. Simple but precise expressions of phase angle error and amplitude error are given. Practical formulas to calculate the true phase angle and amplitude are presented. The formulas are very simple and precise. Based on the formula to calculate true phase angle, a new frequency tracking method is developed. The proposed method can be calculated recursively. And, with notable accuracy improvement, the calculation burden is little more than the traditional DFT method. Also, an adaptive method to suppress the effect of harmonics is presented, which adds very little calculation burden with satisfying performance. The most distinguished feature of the proposed method is that it is not only precise, but also simple. Some examples are given to demonstrate the feasibility, precision, simpleness and robustness of the proposed method.     

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。     

Frequency tracking in power networks in the presence of harmonics

Three new techniques for frequency measurement are proposed. The first is a modified zero-crossing method using curve fitting of voltage samples. The second method is based on polynomial fitting of the discrete Fourier transform (DFT) quasi-stationary phasor data for calculation of the rate of change of the positive sequence phase angle. The third method operates on a complex signal obtained by the standard technique of quadrature demodulation. All three methods are characterized by immunity to reasonable amounts of noise and harmonics in power systems. The performance of the proposed techniques is illustrated for several scenarios by computer simulation     

电网谐波分析的频率估计与跟踪

针对多频周期信号推导出一组频率估计公式,并给出了一种电网谐波分析的频率估计与跟踪方法。频率估计公式包括采样序列DFT、相位差计算和频率计算。频率跟踪就是依据前一次频率估计修改下一次采样的采样间隔,从而使同步偏差越来越小。对于电力信号,这种方法能完成实时、高精度的谐波分析,而且计算量非常小。Matlab仿真证实了方法的有效性。     

用于谐波和间谐波检测的频谱分解法

在使用离散傅里叶变换进行电力系统谐波/间谐波分析时,若所分析信号中两频率成分过于密集,就会产生主瓣干扰。本文分析了传统方法在两频率成分发生主瓣干扰时失效的原因,在10个周波采样长度下,提出一种用于抑制主瓣干扰的改进傅里叶算法:根据频域谱线的相位特性,将两个密集频率成分的傅里叶变换结果拆分成两组谱线,分别对这个两组谱线进行频率、幅值以及相位的校正。计算机仿真算例和实测分析表明,该方法计算简单,能在抑制旁瓣干扰的同时,有效拆分出信号中频率差小于频率分辨率的谐波与间谐波成分,或两个间谐波成分,满足工程精度要求。     

电力系统频率及绝对正序相角测量新方法

本文提出一种精确测量电力系统绝对正序相角和稳态频率的计算方法,首先利用DFT算法得到相对于1PPS-GPS的绝对正序相角,再从绝对相角可直接推算出稳态频率的偏移量Δf。该方法不仅可得到整个电力系统的绝对相角和高精度的频率测量,而且能减少或消除由于晶振误差和电子元器件不一致性造成的时钟误差。试验结果证实了该方法的正确性。