基于apFFT频谱校正和XGBoost的风电场集电线路单相接地故障测距

针对风电场集电线路因短路故障造成的弃风窝电问题,提出采用全相位快速傅里叶变换(apFFT)频谱校正和极限梯度提升(XGBoost)的风电场集电线路单相接地故障测距方法。首先,搭建双馈风电场多分支混合线路的仿真模型,并通过apFFT频谱校正法获取故障电压和电流的基波相量,以构建原始特征集;然后,采用XGBoost算法建立单端故障测距的回归模型,并计算获取故障特征的重要度及排序,直观地挖掘特征量与故障距离之间的关系;最后,应用XGBoost故障定位器根据现存模态完成对新输入模态的定位,获得故障点精确位置。PSCAD/EMTDC实验证明,该方法对风电场多分支、混合短线路测距具有明显优势,定位性能优于随机森林(RF)方法,且不受故障位置、过渡电阻的影响,可满足风电场对测距精度的需求。

基于apFFT-AMD的密集频率谐波/间谐波检测

针对电力谐波信号中含有密集频率的谐波/间谐波问题,提出全相位快速傅里叶变换(apFFT)与解析模态分解法(AMD)相结合的检测方法.由于AMD在分解前需要确定信号中各个频率成分,应用apFFT对待分析信号进行频谱分析,得到频谱中各个频率的值;通过apFFT相位谱的平坦特性来判断信号中是否含有密集谱频率成分,获得密集频谱谐波/间谐波频率的大概位置,若含有密集频谱成分,对信号中的密集频段使用量子粒子群进行优化,寻找最佳的二分频率;通过各个频率成分之间的二分频率,利用AMD方法将电力谐波信号分解为一系列的单频信号分量,以完成含有密集频率的谐波测量.与希尔伯特-黄变换法(HHT)相比,该方法对于含有密集频率的谐波/间谐波信号分解效果更好.仿真和实验结果都表明了该方法的有效性和准确性.

基于全相位Fourier变换的电力系统相量测量新方法

提出了一种基于全相位Fourier变换(apFFT)的电力系统相量测量新方法。该方法利用apFFT良好的抑制频谱泄露能力以及"相位不变性",实现了PMU装置快速、准确的相位估计,然后采用时移相位差谱校正法实现了频率以及幅度参数的估计。文中给出了算法具体的计算流程,并采用ARM9微处理器完成了新型PMU测量装置硬件设计。仿真实验表明,在无噪情况下本文方法接近于无偏估计,在参数估计的RMSE相同时,与传统算法相比,本文算法可提供7 dB左右的信噪比增益。

FSK避障雷达的APFFT测距及误差补偿

由于频移键控(Frequency-Shift Keying,FSK)体制避障雷达在动目标分辨与测量上的明显优势,基于FSK体制避障雷达系统的基本原理和结构,通过Matlab建立了测量系统与信号模型,使用全相位快速傅里叶变换(All-phase Fast Fourier Transformation,APFFT)算法进行了相关测量仿真和测量参数计算。通过对不同条件下的仿真结果分析,得出了测量结果误差产生的原因,并提出了相应的误差补偿方法,大大降低了测量误差,使得相对误差降低至0.1%以下。另外,还对多目标的分辨与测量进行了仿真。

Simultaneous measurement of distance and speed using frequency-modulated continuous-wave self-mixing interferometry and all-phase fast Fourier transform

In this work,we propose a method using frequency-modulated continuous-wave(FMCW)self-mixing interferometry(SMI)and all-phase fast Fourier transform(APFFT)for simultaneous measurement of speed and distance.APFFT offers superior accuracy in frequency determination by mitigating issues like the fence effect and spectrum leakage,contributing to the high-accuracy measurement for speed and distance.Both simulations and experiments have demonstrated relative errors at the levels of 10^(−4) and 10^(−3) for distance and speed measurements,respectively.Furthermore,factors impacting measurement performance have been discussed.The proposed method provides a high-performance and cost-effective solution for distance and speed measurements,applicable across scientific research and various industrial domains.

线路单相接地故障熄弧时刻捕捉算法

针对带并联电抗器的电力线路瞬时性单相接地故障,为确保自适应重合闸成功并最大限度缩短非全相运行时间,提出了一种基于单频信号全相位快速傅里叶变换(ap FFT)相位谱平坦特性的熄弧时刻捕捉算法。对故障相端电压信号进行全相位FFT计算,分析二次电弧熄弧前后故障相端电压信号的全相位FFT频谱特征,在二次电弧熄弧前,由于过渡电阻的高度非线性,故障相端电压中有剧烈变化的高频信号,其全相位FFT相位谱不具平坦性;二次电弧熄灭后,过渡电阻消失进入恢复电压阶段,高频信号平稳变化,其全相位FFT相位谱较平坦。通过分析高次谐波相位谱平坦特性的变化,可准确捕捉二次电弧熄弧时刻。ATP-EMTP仿真结果表明,该方法计算简单,受故障位置、过渡电阻、功角等因素影响小。实际故障录波数据的分析结果验证了所提方法的有效性。

超声波传输时间的高精度测量

许多超声检测都需要通过测量超声波的传输时间来实现,传输时间的测量精度直接影响了最终的检测精度。传输时间的传统相位差测量只考虑了信号传输高斯噪声误差,在此基础上,考虑了A/D量化误差所带来的影响。应用误差理论,推导了正弦信号A/D量化误差,并得到最后的总误差均方根公式。针对超声波信号频率已知和未知两种情况,分析比较FFT相位差法和全相位FFT相位差法。为了避免电路和传感器的干扰,采用传输距离不同的同源双路正弦发送信号。理论和仿真结果均表明,在已知信号频率时,FFT相位差法综合效果好,当信号频率为40kHz,信噪比为25dB,采样点数为2048,A/D位数为11位,采样率为200kHz时,测量时间误差小于10ns。在信号频率未知时,全相位FFT相位差法综合效果好。

基于全相位FFT的油套环空中声速计算方法

油套环空中会产生各种噪声,使测得的接箍反射信号非常复杂,环隙中真实的声速则很难计算准确,可通过对原始接箍数据进行傅里叶变换的方法对声速进行估计,但是存在不可忽视的误差。全相位傅里叶变换是傅里叶变换的一种改进方法,能够获得更加准确的频率谱与相位谱。文章采用全相位快速傅里叶变换(all-phase Fast Fourier Transform,apFFT)得到原始接箍信号的频谱,然后通过该频谱进一步计算环隙声速,可得到更加准确的声速估计。通过对不同信噪比下的模拟接箍信号采用快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)和全相位快速傅里叶变换(apFFT)得到其频谱,可以验证apFFT具有很强的抑制频谱泄漏的能力,且抗噪性能比FFT更好。根据FFT谱和apFFT谱分别计算出声速并对比其精度,可以验证通过apFFT谱计算出的声速稳定性更好、精度更高。然后采用上述两种方法对不同深度井的实测接箍数据进行频谱分析与对比,验证了apFFT较之于FFT对谱峰位置的辨识能力更强,根据谱峰位置计算声速的准确性也将更高。

毫米波阵列雷达近场动目标参数估计算法

在毫米波连续波阵列雷达系统中,根据近场各动目标多普勒频率的不同,提出了一种近场动目标多普勒频率、距离及方位三维参数估计算法。首先采用全相位快速傅里叶变换(all phase fast Fourier transform,apFFT)方法估计回波信号频谱,并使用相位差频谱校正法对目标多普勒频率进行校正。全相位FFT方法所得相位谱为信号的初始相位,各通道之间对应信号的相位关系包含了目标的位置信息,采用二维多重信号分类(twodimensional multiple signal classification,2-D MUSIC)方法就可从各目标对应多普勒频率的复幅度中估计出目标的距离及方位参数。计算机仿真结果证明了该算法的有效性。

基于双窗全相位FFT双谱线插值的谐波和间谐波分析算法

在利用传统快速傅里叶变换进行谐波和间谐波分析时,由于非同步采样或非整周期截断,容易影响谐波和间谐波的检测精度。本文提出了一种基于双窗全相位快速傅里叶变换双谱线插值的电力谐波和间谐波分析算法。该算法利用双窗全相位快速傅里叶变换主谱线相位值来估计信号初相位,选择紧邻峰值频点的左右两根谱线进行频率和幅值的插值校正,结合多项式拟合函数推导出典型窗函数下全相位快速傅里叶变换的实用修正公式。通过与传统快速傅里叶变换双谱线插值法、全相位快速傅里叶变换比值法及全相位快速傅里叶变换相位差法的仿真对比实验,验证了所提出的新算法在密集频谱分析、谐波和间谐波的高精度检测及克服白噪声污染等方面的准确性与有效性。

基于布莱克曼窗的双窗全相位傅里叶谐波分析

为了提高谐波和间谐波的参数估计精度,本文提出了基于布莱克曼窗的双窗全相位傅里叶新算法。该方法首先将输入数据分为N段,每段数据加两次布莱克曼窗,然后对新形成的N点数据分段进行傅里叶变换;进而,利用全相位傅里叶和传统傅里叶的谱分析结果,对全相位谱分析结果进一步校正,从而得到精度更高的谐波及间谐波估计结果。相比于其他如加汉宁窗的方法,本文提出的新方法有更高的信号参数估计精度。因不受谐波及间谐波频率范围的影响,本文方法可以应用于同步相量测量设备中,实现对于所有谐波的准确检测。仿真结果验证了本文方法的有效性。

基于全相位快速傅里叶变换和人工神经网络的电网谐波检测组合优化算法

针对现有谐波检测方法的适用范围小、测量精度低和抗干扰能力弱的缺陷,提出一种基于全相位快速傅里叶变换和人工神经网络的谐波测量组合优化算法。该方法利用全相位快速傅里叶变换对相位的优越检测能力得到谐波的相位信息,同时得到的谱线峰值可以为神经网络初始化提供依据;利用人工神经网络的自学习和抗干扰能力得到系统的谐波频率和幅值信息。仿真结果表明,基于全相位快速傅里叶变换和人工神经网络的谐波测量方法的适用范围更广,收敛速度更快,谐波检测的精度和鲁棒性也更优越。

基于双激励自动平衡电桥的高精度电感测量系统

为实现宽频率范围内电感量值的高精度测量,提出了一种基于双激励自动平衡电桥的电感测量方法。该方法利用DDS信号发生器作为电桥激励源,通过调节及测量电压比例实现电桥的自动平衡。系统利用标准电阻可实现100Hz-100kHz频率范围内的四端对电感高精度测量。针对电桥调平效率低的问题,设计了基于最速下降法的迭代调平算法。为了抑制信号初相位变化和非整数周期采样带来的干扰,提出了基于全相位快速傅里叶变换,可实现电感复阻抗值的高精度测量。依据上述方法搭建了相应的测量系统,并进行了电感测量实验。实验表明,系统对典型电感值测量的相对误差最小可达0.009%,且相比于商用阻抗分析仪5×10^(-4)的最优相对测量不确定度,本系统可达到9.89×10^(-5)。

正弦调频干扰下二进制偏移载波的精确捕获

针对正弦调频(sinusoidal frequency modulation,SFM)干扰下二进制偏移载波(binary offset carrier,BOC)信号捕获困难的问题,提出了一种基于离散SFM变换(discrete SFM transform,DSFMT)和部分匹配滤波结合全相位快速傅里叶变换(partial matched filter-all phase fast Fourier transform,PMF-apFFT)的干扰抑制捕获改进算法。该算法首先通过FFT估计SFM干扰的调制频率,在调制频率估计的基础上进行DSFMT,然后从DSFMT域中去除干扰成分再做DSFM反变换(inverse DSFMT,IDSFMT)实现干扰抑制,最后对干扰抑制后的BOC信号采用PMF-apFFT方法完成精确捕获。理论分析与仿真结果表明,所提算法在不影响DSFMT性能的前提下大幅简化了传统DSFMT的计算复杂度,并且在同等情况下,当检测概率为1时,所提算法的性能相比于DSFMT结合PMF-FFT的算法提高了大约3 dB。

基于全相位谱分析的傅里叶望远术目标重构

傅里叶望远术(FT)是一种用多束间距不同、频率受调制的激光干涉照明远距离目标,通过解调反射的强度时序信号来重构图像的主动成像技术。提出了一种基于全相位快速傅里叶变换(apFFT)谱分析的傅里叶望远术图像重构是一种全新的回波信号处理方法,通过对回波信号做全相位傅里叶变换,能准确地直接提取信号的相位和振幅信息,再结合相位闭合算法消除畸变相位,重构目标图像。与传统的傅里叶望远术数据处理方法相比,不需要对信号频率做精确估计,从而避免了频率误差带来的影响。这对于实现低轨道快速运动目标成像,以及在一定程度上消除移频器的移频误差和大气湍流的活塞抖动效应是非常有利的。数值仿真验证了该方法的可行性,并且通过信号存在白噪声和频率误差两种情况下与传统方法的对比,显示了其具有良好的消除频率误差能力,同时抑噪性能并不会下降。

基于激光自混合效应的加速度传感器

提出一种基于激光自混合效应的加速度传感器,并介绍了该系统结构及工作原理,分析了分辨率的影响因素及影响机理。该传感器利用双挠性梁支撑的摆片作为第一级敏感元件。有加速度输入时,摆片在惯性力作用下产生与加速度成比的位移信号,引起激光器外腔长度变化,使得被锯齿波电流调制的激光器输出相位差随加速度变化的自混合干涉信号;采用全相位谱分析算法进行自混合干涉信号相位解调,重构位移曲线,进而获得加速度值。通过系统仿真模型验证了加速度传感系统的可行性。对加速度传感系统进行测试。实验结果表明,加速度传感器分辨率为0.19μg。实验结果和理论分析相吻合,基于激光自混合效应的加速度传感器可实现高分辨率。