基于数字信号处理器的加窗插值算法在电网谐波检测中的应用

提出运用快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)加窗插值算法进行电网谐波检测的数据处理。首先介绍了FFT和加窗插值算法的原理,并对比加窗前后的频谱图;然后利用MATLAB软件对模拟电量信号进行仿真,结果显示频谱泄漏明显减少;最后将该算法应用于数字信号处理器中,对实际的电力系统相关电量进行分析和计算,经过FFT加窗插值算法处理后的谐波幅值和相位与实际值基本吻合,说明该算法对电网信号的数据处理精度较高。

谐波分析的加窗插值改进算法

加窗插值FFT是电力谐波分析的常用算法,文中在两方面对该算法进行了改进.提出了一类新的离散窗函数--矩形自卷积窗.m阶矩形自卷积窗由m个矩形窗通过卷积运算生成,其幅频特性在零点处的1～m-1阶导数均为0;谐波分析时,加这类窗可以最大限度地减小基波及各次谐波相互之间的频谱泄漏;另外,给出了适合新窗的插值算法,并对插值算法的一些常规做法进行了改进.基于新窗的改进算法易于实现,能显著提高谐波分析精度和减小计算量.仿真分析和实践验证了其可行性和有效性.

基于加窗插值FFT的加速度传感器信号处理方法

针对快速傅里叶变换在加速度传感器动态特性分析时产生的频谱泄漏等问题,提出一种基于加窗插值FFT的加速度传感器信号处理方法。该方法选取精度较高的汉宁窗和三次样条插值函数对信号进行处理,抑制频谱泄漏等带来的干扰,并通过经验传递函数估计方法得到高精度的频率响应估计。实验结果表明,该方法能够有效地提高加速度传感器频率响应函数的估计精度。

基于改进TLS-ESPRIT与自卷积窗的谐波与间谐波检测算法

随着光伏发电系统大规模接入电网,不可避免地带来了严重的谐波污染问题。为了有效监测光伏并网系统输出电流的谐波、间谐波,提出了一种基于改进快速最小二乘法-旋转不变法(total least squares-estimation of signal parameters via rotational invariance technique,TLS-ESPRIT)与2阶Blackman-Harris自卷积窗相结合的检测方法。首先对待测信号进行三次采样并利用快速TLS-ESPRIT算法检测频率。随后对检测结果基于简化K-means聚类算法进行分析,提取出真实的谐波分量。最后结合2阶Blackman-Harris自卷积窗对信号进行加窗插值计算,准确估算出其幅值、相位信息,实现了谐波、间谐波的高精度检测。仿真算例和现场数据测试结果表明,所提方法相较于传统方法具有更高的谐波、间谐波检测精度,且抗干扰能力更强。

改进加窗插值的电力系统谐波分析方法研究

快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)因其易于嵌入式系统实现而被作为电力系统谐波分析的主要方法,但电力系统谐波分析时很难做到同步采样和整数周期截断,由此造成的频谱泄漏将影响测量结果的准确性。加窗和插值修正算法可改善基于FFT的谐波参数计算的准确度。对(FFT)的泄漏原因进行了分析。通过对卷积窗的谐波理论分析与研究,提出了一种基于三角自卷积窗的加窗改进方法。

基于加窗FFT和HWT算法的谐波检测系统设计

为了提高电网谐波的检测精度,特别是考虑电网中存在间谐波的情况,及造成的频谱泄漏和栅栏效应问题。采用了改进加窗插值FFT和HWT混合的非整次谐波算法,加窗插值采用可修改的Hanning窗、HWT采用谐波小波算法,更好地消除了间谐波的影响。硬件采用STM32+DSP的双CPU并行处理技术,提高了数据处理速度。MATLAB仿真结果以及实验结果分析表明,该算法提高了谐波检测精度,改善了系统的动态性能,并达到预期的效果,具有一定的实际意义。

基于DRSC窗递推DFT算法的电力谐波检测

提出了一种基于离散矩形自卷积(DRSC)窗的递推离散傅里叶变换(DFT)校正算法,并应用于电力谐波的高精度实时检测。将加DRSC窗的DFT看成一有限脉冲响应(FIR)数字滤波器,通过将其转化为无限脉冲响应(IIR)滤波器的形式,推导出加DRSC窗的DFT递推计算公式;在此基础上,采用相位差DFT校正算法,获得电网谐波参数的实时估计。算法利用DRSC窗的频谱特性,最大限度地减小基波及各次谐波相互间的频谱泄露影响,提高了频谱分析精度,同时通过递推算法大幅度降低了谐波实时分析计算量。仿真分析结果验证了本文算法的可行性和有效性。

基于Nuttall自卷积窗FFT算法的生物电阻抗谱多频率同步测量方法

传统的扫频式生物电阻抗频谱(BIS)测量法难以准确反映生物体真实的阻抗信息,开发BIS的多频率同时快速测量方法具有重要意义。该文提出一种基于多频率同步(MFS)信号激励和加窗改进FFT算法的BIS多频率同步快速测量方法。该文首先介绍了一种7频率同步信号的合成及其频谱特性,提出了性能优良的Nuttall自卷积窗函数,并构建了基于Nuttall自卷积窗的改进插值FFT谐波分析算法,从而在理论上论证了BIS多频率同步快速测量的可行性,为下一步开发实际的BIS快速测量系统提供了技术支持。

高精度FFT算法在介损监测中的理论与仿真研究

在电力设备介质损耗在线监测中,由于对连续工频周期信号的截断和非同步采样,会给基于传统FFT的谐波分析法带来显著的误差。笔者在前人的基础之上,对高精度FFT算法进行了详细的推导,并给出了加Blackman-Harris窗插值算法的实用公式。针对实际电网频率波动引起的非同步采样,通过MATLAB软件对普通FFT算法、加Blackman窗和加Blackman-Harris窗的插值算法进行仿真。仿真结果分析表明采用加Blackman-Harris窗插值的高精度FFT算法可以有效地降低测量误差和提高监测精度,满足现场电力设备介损监测的要求。

基于DFT频域校正的介质损耗角测量算法

离散傅里叶变换(discrete Fourier transform,DFT)求解容型设备介质损耗角存在较大误差,对引起误差原因的频谱泄漏进行了详细分析和阐述,指出电网频率波动是造成测量介质损耗角不准确的主要因素,其带来的非整周期采样造成信号能量发散,各频率处信号能量相关性不为0。通过加余弦窗函数平滑信号陡度,对DFT相位频谱校正给出了2种不同的方法:加窗插值算法和离散频谱相位差校正法,并通过校正频率偏移量,在频谱峰值最大值处获得信号相位。通过Matlab仿真分析表明,2种算法实现方便,精度高,具有一定的实用性。

基于谐波测量的改进余弦窗函数

电网电压监测设备在监测运行设备的电流电压波形时通常采用谐波分析法,针对传统FFT谐波分析法在电网频率波动时谐波测量会产生栅栏效应和频谱泄漏的问题,在研究余弦窗特性的基础上提出了一种改进3项余弦窗。通过频谱衰减曲线与传统余弦窗对比,采用基于数据样本的非线性拟合方法,拟合出了改进窗插值算法的谐波幅值相位修正系数,使改进窗插值算法能实际应用于谐波测量。通过谐波测量仿真对比,验证了加改进余弦窗的谐波测量准确度更高。

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。

谐波监测式电气火灾监控系统设计

针对传统设备大多无法检测电气线路中性线电流谐波的问题,设计三相四线制谐波监测式电气火灾监控系统。采用加汉宁窗插值处理的快速傅里叶变换算法分析谐波成分,构建基于主控芯片树莓派+三相计量芯片RN8302B+监测报警模块的系统架构。RN8302B通过串行外设接口向树莓派提供包含中性线电流在内的四组电流采样缓存数据,设计基于时域抽取法的快速傅里叶变换(DIT-FFT)和监测报警程序。利用LabVIEW仿真软件构造谐波源进行算法验证分析,再结合实物测试,结果表明:监控系统可以实现对中性线的谐波电流分析,加窗插值算法可以有效减少截断带来的FFT频谱泄漏,谐波电流检测精度高,系统报警响应速度快。

基于强度调制的偏振光谱测量技术

针对现阶段强度调制偏振光谱测量技术在光程差域内不同通道间存在频谱信息串扰的不足,采用加窗插值傅里叶变换法,研究了不同切趾函数对强度调制偏振光谱测量技术的影响。首先,进行强度调制偏振光谱测量技术理论分析,完成强度调制模块的设计;其次,根据强度调制模块的设计指标,模拟入射光的光强信息及采用不同切趾函数的信息解调复原过程;最终,对强度调制偏振光谱测量系统进行仿真,根据仿真模型结合高分辨率光谱仪、平行光管等器件完成偏振光谱测量装置的搭建,进行偏振光谱测量实验。研究结果表明,偏振光谱测量系统设计指标选择合适的切趾函数可以减少光强信息截断过程中造成的频谱能量泄露,使光程差域内不同通道之间的串扰信息减少、偏振光谱复原精度提高,不同切趾函数切趾处理后线偏振光的偏振度最小误差由0.0768减小到0.0014,偏振度接近1。

光伏并网发电系统中的谐波测量及分析

介绍光伏并网发电系统的谐波测量方法,用锁相环电路实现对电网谐波信号的硬件同步采样,从根本上消除了因采样不同步造成的误差。采用基于4项B-H窗的加窗插值FFT(快速傅立叶变换)算法分析光伏系统谐波,有效地减小了频谱泄漏和栅栏效应造成的误差,提高了数据处理的准确性。

基于神经网络的电力系统高精度频率谐波分析

加窗插值FFT算法是电力谐波分析常用的高精度算法，但在严重非同步采样情况下，其谐波分析精度有限。该文提出一种基于神经网络的高精度电力系统频率谐波分析算法。采样频率不能与实际基波频率同步时，该算法通过对与基波频率、谐波幅值及相位等相关参数进行更新，当神经网络收敛时，可以获得高精度的谐波分析结果。仿真结果表明，当基波频率在40-60Hz范围变化时，电力系统基波频率、基波和谐波幅值和相位的分析精度超过99．999999999％。

谐波电能量监测终端设计

针对使用加窗插值算法校正快速傅里叶变换出现的计算量大、速度慢、硬件要求苛刻的问题,提出了一种基于嵌入式平台的谐波电能量监测终端软硬件设计方案。硬件上采用16位6通道同步采样的ADC和具有浮点运算单元的ARM为核心单元,软件上提出了"基于谱线重心的M阶余弦窗"加窗插值的改进算法,该终端能实现对30次以内谐波电能的计量及电能质量分析,并具备数据显示、存储、传输等功能。实验数据表明,该谐波电能量监测终端达到了GB/T14549-1993中A类测量仪器的精度要求。所采用的加窗插值算法使硬件设计得以精简,对谐波电能计量表计的设计具有较好的参考价值。

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。

电能质量数据采集和谐波分析方法的实现

针对电能质量分析问题,设计了基于DSP和CPLD的电能质量检测装置,完成对电网信号数据的实时采集和处理,介绍了系统的总体结构以及数据处理的方法。为消除泄漏误差,采用锁相环电路实现对电网信号的同步采样。为提高计算的准确性,采用基于加窗插值的FFT算法分析电力系统谐波,并对算法的实现进行了详细的描述。

大型电力变压器损耗带电测试技术研究

电力变压器的损耗特性可以反映其运行状态,关系到电力系统的安全稳定。传统变压器损耗测试需进行离线试验,影响供电连续性且不能反映真实情况。本文提出电网系统供电的变压器空载及负载损耗带电测试新方法,并采用加窗插值算法处理数据以减小频谱泄漏和栅栏效应的影响。基于测量方法,开发变压器损耗带电测试系统,包括空载损耗测量和负载损耗测量两部分,以解决空载电流测量精度、电压电流采集同步性及复杂现场的干扰等问题。对现场变压器损耗进行测试,取得了较好结果,验证了系统带电测试变压器损耗的可行性。