基于Blackman窗全相位FFT双谱线校正的同步宽频相量测量方法研究

为进一步分析电网电力电子化特征日益明显所带来的影响,电网运行状态监视向间谐波和高次谐波方向延伸,对同步宽频测量提出了更高要求。同步宽频测量广泛采用的加窗插值频谱分析方法存在频谱泄露,当基波频率发生偏移或信号中存在邻近信号时会导致较大误差。针对此问题,文中提出采用基于Blackman窗全相位FFT双谱线校正的改进宽频相量测量方法,结合全相位FFT和Blackman余弦窗对宽频信号进行频谱分析,并利用双峰谱线进行参数校正。文中方法可以有效提升频谱泄露的抑制效果,降低邻近频谱干扰,提升基波频偏或邻近频谱的复杂运行工况宽频信号参数测量精度。

Blackman-Nuttall窗FFT序列重构四谱线插值介损角测量方法

采用快速傅里叶变换(FFT)在非同步采样时会产生频谱泄露和栅栏效应,影响介质损耗角的测量精度。为提高介质损耗角的测量精度,该文提出并建立一种基于Blackman-Nuttall窗FFT序列重构的四谱线插值介损角测量方法,对采样信号加Blackman-Nuttall窗进行FFT获得离散频谱序列,通过五点变换重构离散频谱序列,然后对重构后的序列进行四谱线插值修正得到电压和电流信号的基波相位,最后由两者的基波相位得到介质损耗角。通过在频率变化、采样点数变化、初始相位变化、直流分量变化、谐波分量变化和不同信噪比的噪声下仿真实验,表明该方法具有较高的介质损耗角测量精度。在与已用加窗傅里叶变换法相比,该方法运算量小、测量精度高,适用于对介质损耗角的精确测量。

基于Blackman-Harris窗的110 kV输电电缆局部故障定位研究

为解决传统频域反射法(frequency domain reflectometry, FDR)在定位110 kV输电电缆微弱局部故障时效果不佳的问题,提出了一种基于Blackman-Harris窗的电缆局部故障频域反射定位技术。首先介绍了基于频域反射法的局部故障定位理论及模型;其次基于该模型,在定位局部故障时引入了一种形式简单且性能优越的Blackman-Harris窗,提高了局部故障位置识别灵敏性;最后进行仿真分析,结果表明,与其他常见窗函数相比,所提方法在定位局部故障位置时效果明显,可为存在类似问题的供电公司提供参考。

加Blackman-Harris窗插值算法仿真介损角测量

为了更好地将加布莱克曼-哈里斯(Blackman-Harris)窗插值谐波分析法用于介损角测量,仿真分析了该算法及其在信号频率、3次谐波、直流分量、采样频率、A/D量化位数、采样时间长度、介损角真实值、白噪声及脉冲噪声变化时计算所得介损角误差的变化。仿真结果表明,频率波动时算法误差很小且稳定;算法随3次谐波分量的增加误差有很微小的增加;算法随直流分量的增加变化不显著;算法随A/D量化位数的增加误差减少,≥10位的量化位数能满足精度要求;随采样频率的增加误差稍有下降,但趋势不明显;随采样长度增加误差减少,0.1s的采样时间长度足够;介损角误差与真实值的关系不大;随白噪声和脉冲噪声含量的减少误差减少,对白噪声和脉冲噪声信噪比约80 dB能满足要求。

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。

基于三次样条函数的加Blackman-harris窗插值FFT算法

使用加Blackman-harris窗插值快速傅里叶变换(FFT)算法计算电力系统谐波时,其频率修正系数公式和复振幅的插值修正函数过于复杂。提出利用三次样条函数逼近其频率修正系数的7次多项式和复振幅的修正函数,采用三次样条插值函数的有效形式计算频率修正系数和复振幅的修正系数,将插值FFT算法的频率修正系数曲线分为10段,给定11个等间距插值点,并将复振幅修正系数曲线以频率修正系数间隔0.1分为10段,给定11个等间距插值点,分别构造出频率修正系数和复振幅修正系数的快速计算公式。公式简单,计算量小,程序实现方便,实时性好,并且在分段处连续,分段处的计算值为精确值。仿真结果表明,该算法计算所得幅值误差小于0.01%,频率误差小于0.003 Hz,相位误差小于1%。

基于Blackman-Harris相位差校正信号谐波分析方法

运用快速傅里叶变换(FFT)进行电力谐波分析时很难做到同步采样和整周期截断,造成的频谱泄漏将影响谐波分析精度。本文引入Blackman-Harris窗函数,分析其时域和频域特性,采用Blackman-Harris窗对谐波信号进行加权,结合相位差校正原理,用于谐波分析。推导了信号基波及各次谐波频率、幅值和初相角的计算式,对常规的频谱相位差校正方法进行了改进。仿真结果表明,应用Blackman-Harris窗相位差校正信号谐波分析法的运算时间与加其他余弦窗的运算时间相比没有明显增加,计算精度却显著提高。本文提出算法实现简单,精度高,通用性强,可应用于高精度电能计量和电能质量分析。

基于Blackman自卷积窗及三谱线插值修正的介质损失角计算方法

非同步采样时,基于谐波分析理论的介质损失角计算结果会有较大误差。为减小该误差,提出一种基于Blackman自卷积窗及三谱线插值修正的介质损失角计算方法。利用旁瓣性能优越的Blackman自卷积窗抑制信号频谱泄漏效应,同时提出利用幅值最大的谱线及其相邻的2根谱线进行三谱线插值以进行频谱校正,进一步提高介质损失角计算精度。在基波频率波动、介质损失角真值变化、谐波比例变化、白噪声影响、采样频率变化的情况下,将所提介质损失角计算方法和基于双谱线插值修正的介质损失角计算方法的计算结果进行对比,结果验证了所提方法的准确性与有效性。搭建了介质损失角模拟测量实验平台,在平台上运用所提方法计算介质损失角,结果表明所提方法的精度较高。

Blackman窗插值的小波模极大值去噪算法

提出了Blackman窗插值算法,通过Ad Hoc算法得到信号模极大值,利用Blackman窗对信号模极大值点进行插值,得到信号的估计小波系数进而依此小波系数直接重构信号。仿真结果表明,该算法具备了模极大值直接重构算法的快捷性和交替投影法的精确性,提高了信噪比,降低了失真度。

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。

基于相位差校正法的加Blackman-harris窗FFT算法与实现

相位差校正法是连续两次加窗截断时域信号并进行两次FFT变换,然后利用其对应离散谱线的相位差校正出谱峰处的准确频率和相位的新校正方法,通过利用插值fft算法的窗谱函数公式还可以校正其幅值,用以解决离散频谱分析中由于不能做到同步采样带来的较大误差。由于加Blackman-harris窗函数的频谱泄漏影响小、计算精度高,所以本文采用加Blackman-harris窗截断。

基于Blackman-Nuttall窗改进FFT校正的新型三相动态谐波电能表设计

针对电网动态谐波检测与电能计量的急切需求,建立了改善动态谐波FFT频谱泄漏和旁瓣效应的基于Blackman-Nuttall窗三谱线改进FFT校正的谐波电能计量方法,提出了ADS1178+TMS320C6745+K60架构的新型三相动态谐波电能表的设计和研究方案,详细介绍了多通道、高采样率、同步采样ADC的数据采集和调理电路单元,以及以高性能浮点DSP芯片TMS320C6745为核心的电网信号数据处理电路单元,提出了基于牛顿插值的动态谐波电能计量的误差校正方法。实验与测试表明,新型三相谐波电能表的基波有功功率相对误差≤0.1%,基波无功功率相对误差≤1%,2次~21次谐波电压幅值相对误差≤0.6%、谐波电流幅值相对误差≤0.7%、谐波相位误差≤0.5°,符合国家标准GB/T 14549-93中的A类谐波测量仪器相关精度要求。

Teager-Kaiser能量算子Blackman-Harris窗三谱线插值的电压闪变参数检测

针对电压闪变的检测,提出了一种基于Teager-Kaiser能量算子和Blackman-Harris窗三谱线插值的闪变参数测量方法。采用能量算子检测出电压波动信号,分析Blackman-Harris窗的旁瓣特性,将闪变包络进行Blackman-Harris窗三谱线插值FFT谱分析与校正,对IEC标准推荐的检波方法进行简化,实现闪变参数的检测分析。通过大量仿真实验证明,在含有单一频率调制、多频率调制、电网基波频率发生偏移、含有谐波、间谐波和白噪声干扰时,文中的检测算法性能优良,相比传统检测方法,算法简单稳定、抗干扰性强,可实现电压闪变参数的在线检测。

基于加Blackman窗FFT和db44小波包变换的综合电力系统谐波分析

传统的傅里叶变换(FFT)主要适用于平稳信号的分析,确定信号的幅值和频率,但会丢失信号的局部信息,而小波包变换虽然可以准确得到信号局部细节的信息,但其分析精度不及傅里叶变换。将高分析精度的傅里叶变换和可以准确得到信号局部细节信息的小波包变换结合,提出结合两者优点的谐波分析方法。对平稳信号采用加Blackman窗傅里叶变换进行分析,得到信号的频率和幅值。对暂态信号采用db44小波包变换进行分解分析,得到信号局部细节的信息。通过MATLAB仿真结果表明,该方法可以准确分析电力系统中的稳态谐波并准确定位暂态谐波。

基于Blackman自乘-卷积窗的FFT谐波检测算法

电网中存在的大量谐波严重影响着电力系统的安全稳定运行,快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)算法被广泛应用于电网谐波的检测,由于存在频谱泄漏和栅栏效应导致谐波参数检测的误差较大,通过加窗函数和插值算法可以提高FFT算法的精度。对窗函数进行自乘和卷积运算可以改善旁瓣性能,以Blackman窗作为母窗,进行自乘和卷积运算,提出了Blackman自乘-卷积窗,该窗函数具有较优的主瓣和旁瓣性能。结合三谱线插值算法,推导出频率、幅值、相位的插值修正公式。采用Blackman自乘-卷积窗和其他余弦窗对含弱幅值信号的复杂信号进行对比仿真,验证了Blackman自乘-卷积窗三谱线插值算法在检测弱幅值信号时依然具有很高的精度,对含白噪声的信号进行仿真,验证了该算法对谐波信号参数检测的相对误差较小,抗干扰能力强。

基于Blackman窗六谱线插值FFT谐波分析方法

考虑到加窗插值算法可有效抑制频谱泄露在参数估计过程中的负面影响,在比较3种经典余弦窗函数的频谱特性基础上,提出了一种基于Blackman窗六谱线插值的谐波分析方法。利用多项式曲线拟合方法得到谐波频率、幅值和相位参数的估计表达式。该算法可以有效提高谐波和间谐波的参数估计精度,相比FFT算法和Hanning加窗算法精度有显著提高,同时该算法在实现复杂度和估计精度上达到了较好的平衡。仿真结果验证了算法的有效性。

轻型无人机无源定位系统的信号处理板设计

无人机无源定位系统可借助广播电视信号实现对目标的双基无源定位,其中信号处理板的性能直接决定着定位精度。为适应轻型无人机平台,保证定位测量精度,本文设计了一款小型化的信号处理板。首先,对信号处理板的传统架构进行精简优化,采用FPGA+AD9467为信号处理的总体架构。为解决小型化设计带来的信号完整性问题,在设计全过程依托Cadence及HFFS仿真软件对信号完整性进行仿真分析,从反射、串扰、电磁屏蔽等方面入手,保障处理板的信号完整性。为提高处理板信号解析能力,在传统FFT频谱测量的基础上,设计了基于Blackman窗函数的四谱线差值算法。并用该算法对处理板接收信号的频谱特性进行测试,降低了频谱泄露和栅栏效应引起的测量误差,提高了测量精度。对信号处理板关键性能测试,其在29.5 kHz带宽内的SNR优于90 dB,SFDR优于75 dB。测试结果表明:所设计小型化信号处理板的信号处理能力表现优异,满足轻型无人机无源定位的应用场景。

一种减小光纤传感系统频谱噪声的信号处理方法研究

针对基于短时傅里叶变换的布里渊光时域反射仪(STFT-BOTDR)系统噪声频谱泄漏导致的布里渊频移误差问题,提出利用布莱克曼窗函数解决频谱噪声的信号处理方法。首先搭建STFT-BOTDR系统,采集到包含系统变频模块产生低频噪声的布里渊信号,然后分别利用海明窗函数和布莱克曼窗函数解调的布里渊增益谱和布里渊频移分布。实验结果显示:利用布莱克曼窗函数比利用海明窗函数更能有效解决STFT-BOTDR系统中由于低频噪声发生频谱泄漏产生的谐波使布里渊增益谱失真的现象,减少布里渊频移的测量误差。实验表明利用窗函数解决系统频谱噪声的方法,在1.8 km的待测光纤上利用布莱克曼窗函数解调的布里渊频移分布测量精度达到1.4691 MHz,系统性能得到了提升,有利于加速低成本、中精度STFT-BOTDR系统的工程应用进程。

基于虚拟仪器的平方检测法电压闪变测量实现

电压闪变已成为电力系统的重要污染,为实现闪变测量,简化了IEC推荐的平方检测法电压闪变测量过程,提出并建立了一种计算量小的基于Blackman窗插值FFT的平方检测法电压闪变测量算法,通过对离散的电压均方根值进行加窗插值FFT分解,求得电压均方根值的离散频谱数列Uf(j),对Uf(j)进行视感度加权处理,得到电压均方根值数列对应的瞬时闪变量p,进一步统计排序求得短时间闪变值Pst和长时间闪变值Plt。仿真实验验证了算法的可行性和准确性,在此基础上研制了基于虚拟仪器的电压闪变测量仪,给出了仪器构成与主框图程序,检验与运行证明了仪器的准确性。

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0.01Hz,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。