基于2阶Hann自卷积窗的谐波电能高精度量测方法研究与实现

分布式光伏发电根据全发电量进行补贴,无法约束其并网对配电网造成的高频次谐波污染和电压波动等电能质量问题。电能谐波含量是体现分布式光伏电能质量的因素之一,可作为并网电能定价的参考依据。为了对分布式光伏谐波电能进行快速、准确计量,文中采用2阶Hann自卷积窗及其双谱线插值校正算法,提出了一种低运算资源消耗的顺序型谐波计算流程,在其基础上优化设计了一种多级流水线型的谐波计算架构,大幅提升了加窗插值FFT的计算效率;考虑ADC量化误差,对2阶Hann自卷积窗及其双谱线插值校正算法的谐波分析效果进行仿真,提供了ADC位数、采样点数N与窗函数的选择依据。设计并开发了基于ZYNQ与LTC2358的谐波量测装置板卡样机。实验与测试结果表明,该样机的基波测量误差满足C级静止式有功电能表标准和0.5S级无功测量仪表检定标准的要求;此外,3~21次谐波测量误差满足A级谐波测量仪表检定标准的要求。

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。

仿射不变的多尺度自卷积熵提取方法

为从在不同视角获取的同一场景图像中提取更加独特的不变特征,提出一种图像仿射不变特征的提取方法.首先基于多尺度自卷积变换(MSA)构造了一组新的变换量——多尺度自卷积熵(MSAE);并证明了该熵具有仿射不变性;最后利用最小距离分类器分别对视点变换图像,以及加噪声、加部分遮挡视点变换图像进行分类识别实验.实验结果表明,MSAE特征能够获得更高的正确识别率.

基于Nuttall自卷积窗的改进FFT谱分析方法

建立性能优良的窗函数是提高频谱分析准确度的关键。本文用Nuttall窗进行时域卷积运算构建Nuttall自卷积窗,具有旁瓣性能随卷积次数增加而迅速提升的优点;提出基于Nuttall自卷积窗的改进FFT谱分析方法,采用最小二乘法推导离散频谱插值多项式,建立谐波参数准确求解算法;通过仿真实验验证Nuttall自卷积窗及改进FFT谱分析方法的有效性和准确性。

基于三角自卷积窗的介损角测量算法及应用

非同步采样条件下采用快速傅里叶变换(FFT)进行介损角测量时,频谱泄漏和栅栏效应造成的误差较大。本文提出了一种基于三角自卷积窗频谱相位差校正的介损角测量算法,介绍了其在高压电容型设备绝缘在线监测系统中的应用。三角自卷积窗具有良好的旁瓣性能,采用三角自卷积窗对信号进行加权能有效减少频谱泄漏对介损角测量的影响;基于三角自卷积窗的频谱校正算法不需求解高次方程,计算量小。在非同步采样情况下,通过对基波频率波动、采样频率变化、介损角真值变化、白噪声影响、谐波变化等情况下的介损角仿真测量实验和实际应用验证了本文算法的准确性和有效性。

基于三角自卷积窗的介损角高精度测量算法

采用快速傅里叶变换(FFT)进行介损角测量时,非同步采样所引起的频谱泄漏造成介损角测量误差较大。为减小这类误差,本文提出了一种基于三角自卷积窗的插值FFT介损角测量方法。三角自卷积窗旁瓣下降快,能有效减少频谱泄漏对介损角测量的影响。采用三角自卷积窗对电压、电流信号进行加权,再运用插值FFT算法求解信号相位参数,可得到较高精度的介损角测量值。对基波频率波动、介损真值变化和谐波注入比例变化等情况下的介损角仿真实验验证了本文算法的准确性和有效性。

Hanning自卷积窗及其在谐波分析中的应用

加窗插值FFT算法可以有效降低频谱泄漏和栅栏效应对谐波分析精度的影响。本文提出一种由Hanning窗进行自卷积运算得到的Hanning自卷积窗,分析了卷积阶数对主瓣宽度、旁瓣电平和旁瓣衰减速率的影响,计算了1～4阶Hanning自卷积窗的主瓣、旁瓣性能参数,给出了基于Hanning自卷积窗的双峰插值FFT谐波分析算法。仿真结果表明,Hanning自卷积窗具有优良的频谱抑制性能,基于Hanning自卷积窗的双峰插值FFT算法能有效消除各次谐波间的相互干扰,适合于电力谐波的高精度检测,与已有加窗插值FFT谐波分析算法相比,精度有明显提高,且便于嵌入式系统实现。

基于三角自卷积窗的高精度电能计量算法

提出了一种基于三角自卷积窗的插值FFT谐波分析和电能计量算法,结合三角自卷窗的频谱特性,给出了其实现流程,建立了基波和谐波分次电能计量方法.由于三角自卷积窗具有优良的旁瓣性能,因此基于三角自卷积窗的插值FFT算法能有效减少谐波间相互干扰,提高谐波分析和电能计量准确度.仿真实验验证了本文算法的有效性和准确性.

基于Rife-Vincent自卷积窗插值校正的发电机准同期参量测量方法

对准同期参量进行精确快速测量是发电机准同期并列成功的关键。非同步采样时,基于谐波分析理论的准同期参量测量结果会产生较大误差,为此提出了基于Rife-Vincent自卷积窗插值校正的发电机准同期参量测量方法。分析了Rife-Vincent自卷积窗主瓣特性以及自卷积阶数对旁瓣性能的影响,同时给出了基于Rife-Vincent自卷积窗的插值频谱校正方法。通过仿真计算,得到了基波频率波动、谐波影响、噪声影响等不同情况下发电机准同期参量测量结果;同时对电压非稳态情况进行了仿真,分析了误差产生原因。仿真结果表明所提方法性能优越,能有效抑制频谱泄露效应。

基于Rife-Vincent自卷积窗三谱线插值FFT电力谐波分析

加窗和插值算法可以有效抑制快速傅里叶变换(FFT)在非同步采样和非整周期截断时产生的频谱泄露和栅栏效应,提高谐波检测精度。在比较不同Rife-Vincent窗、经典窗的频谱特性的基础上,选择五项Rife-Vincent窗做母窗,构建了五项Rife-Vincent自卷积窗的时域、频域函数,并分析五项Rife-Vincent自卷积窗的主瓣特性以及自卷积阶数对旁瓣性能的影响。建立了基于五项Rife-Vincent自卷积窗三谱线插值频谱校正算法。采用多项式拟合的方式推导了简单实用的三谱线插值修正公式。通过仿真,验证了非同步采样时,与其他加窗插值相比,该算法具有更高的计算精度。

基于Kaiser自卷积窗的相位比较式输电线路故障定位方法

长距离输电线路对地分布电容引起电流行波畸变,不利于行波初始时刻的准确标定,并且弧垂因素的累积加大了定位误差。为缩短行波双端间距,保证在基频波动环境下可靠定位,提高故障定位精度,提出一种基于Kaiser自卷积窗FFT相位比较式输电线路故障定位方法。该方法设置多个电流测量点,采用FFT程序求解电流故障分量的相位,比较相邻测点的相位差以判别故障区段;利用Kaiser自卷积窗优良可调的旁瓣特性,充分抑制FFT相位求解时的频谱泄漏效应,提高了相位比较的可靠性。理论分析了产生相位频谱泄漏的原因,阐述了Kaiser自卷积窗的旁瓣特性,最后通过仿真验证所提方法的正确性。结果表明方法可有效抑制频谱泄漏,相位比较可靠性高,基频波动下仍能可靠定位。

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。

用于电分析化学重叠信号分辨的样条小波自卷积法

以正弦函数为分辨因子与样条小波滤波器相作用 ,使其构成样条小波自卷积法的峰分辨器 ,利用样条小波峰分辨器可以直接分开计算机模拟的不同类型的重叠双峰 ,分峰前后峰面积和峰位置的相对误差均小于5.0 % ;将其应用于电分析化学重叠信号的实验数据处理 ,得到较满意的结果。同时 。

基于多尺度自卷积归一化直方图的仿射不变量模式识别

仿射不变量特征提取方法已成为计算机视觉研究的重点课题之一.本文提出一种归一化直方图算法,该算法基于多尺度自卷积变换中密度函数的概念,研究归一化密度函数的方法,构建了从目标图像中提取直方图仿射不变量特征提取算法,实现了基于多尺度自卷积归一化直方图的仿射不变量模式识别.仿真实验表明,本算法对一定范围内的噪声,局部遮挡,照度及视角变化具有良好的适应性,特别是在多种环境下,其识别率优于多尺度自卷积和基于多尺度自卷积的其它直方图算法.

纳托尔自卷积窗加权电力谐波分析方法

在非同步采样下,采用快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)进行电力谐波分析容易造成频谱泄露和栅栏效应。窗函数加权可有效抑制频谱泄漏,但经典窗函数的抑制能力受旁瓣性能的制约。分析了纳托尔(Nuttall)窗的频谱特性后,提出了一种通过若干Nuttall窗自卷积运算得到的新型窗函数——Nuttall自卷积窗。分析了Nuttall自卷积窗的主瓣、旁瓣性能,建立了Nuttall自卷积窗加权的改进FFT谐波分析方法。与经典窗函数相比,Nuttall自卷积窗优良的旁瓣性能可有效抑制频谱泄漏的影响,改进FFT算法能有效克服卷积带来的频率分辨率降低的问题。仿真结果表明,Nuttall自卷积窗抑制频谱泄漏效果好,改进FFT算法能对结果进行有效修正,谐波参数估计准确度优于经典窗函数。

自卷积检测方法及其在离散频谱校正中的应用

针对相关检测方法中自相关不能检测相位、互相关需要参考信号的问题,从相关和卷积的关系出发,提出一种自卷积检测方法。首先,扩展相关和卷积的关系;然后,分别推导周期信号的自卷积、两周期信号的卷积、周期信号与噪声的卷积、噪声的自卷积、加噪信号的自卷积表达式,从理论上证明自卷积检测方法能检测信号的频率、幅值和相位,同时可以抑制噪声。最后,作为自卷积检测方法的应用实例,结合能量重心法提出一种新的离散频谱校正方法。仿真结果表明,所提方法能提高离散频谱校正的抗噪性能,对研究相关与卷积的关系以及卷积应用有一定的参考价值。

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。

二次微分与样条小波自卷积联用分辨重叠伏安峰

本文采用二次微分法寻找重叠峰的各个峰位置 ,再利用样条小波自卷积( SWSC)方法直接对重叠的伏安峰进行处理 ,取得了较好的结果。被处理的重叠峰可达到基线分离 ,且峰位置的相对误差小于 3.0 % (完全掩盖峰为 5 .39% ) ,峰面积的相对误差小于 2 .0 %。方法应用于铅 ( ) -铊 ( )体系的微分脉冲伏安信号处理 。

基于Nuttall自卷积窗四谱线插值FFT的电力谐波分析方法

快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)在非同步采样条件下难以实现谐波的高精度检测,而加窗和插值算法可以提高谐波检测的准确度。文章在分析Nuttall自卷积窗频谱特性的基础上,提出了基于Nuttall自卷积窗四谱线插值FFT算法。该算法通过对加窗信号离散频点处幅值的分析,利用谐波频点附近的四根谱线进行加权运算,进一步提高谐波幅值、相位和频率检测的精度;采用多项式拟合的方式得到基于Nuttall自卷积窗四谱线插值修正公式。仿真数据表明,该算法具有较高的谐波检测精度,Nuttall自卷积窗有效地抑制了频谱泄露。

一种多尺度自卷积快速算法

本文提出了一种MSA变换的快速算法.根据快速傅里叶变换理论,在MSA变换尺度的最小取值范围内,推导出最小基准变换尺寸,以取代同一尺度变换的不同变换尺寸,减少MSA变换计算次数;此外,在MSA变换尺度的最小取值范围外,利用MSA变换的对称性进行尺度范围映射,减小MSA变换尺寸,降低计算复杂度.利用典型数据,从时间效率和特征值精度对算法进行仿真分析验证.实验表明,所提快速计算方法在保证特征值精度一致的前提下,计算速度提高到3倍以上.