基于漢明乘積窗的信號(hào)諧波分析方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于漢明乘積窗的信號(hào)諧波頻譜分析方法及系統(tǒng)，該方法采用漢明乘積窗對(duì)離散化信號(hào)加窗，對(duì)加窗后信號(hào)和漢明乘積窗進(jìn)行FFT變換；根據(jù)FFT變換后的信號(hào)頻譜圖和漢明乘積窗獲得實(shí)際基波頻率和各次諧波的幅值和相位。本發(fā)明將Hammng乘積窗與FFT變換結(jié)合，在非同步采樣狀態(tài)下可實(shí)現(xiàn)極高精度的諧波分析；同時(shí)還具有計(jì)算量小、耗時(shí)短、實(shí)用性高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】基于漢明乘積窗的信號(hào)諧波分析方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)諧波頻譜分析方法，具體為一種基于漢明乘積窗的信號(hào) 諧波分析方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)中的非線性負(fù)荷會(huì)導(dǎo)致電能質(zhì)量的惡化。在實(shí)際信號(hào)處理過程中，信號(hào) 處理精確度會(huì)受到電能質(zhì)量變化的影響，基波頻率的波動(dòng)所造成的非同步采樣將會(huì)導(dǎo)致頻 譜泄露和欄柵效應(yīng)，使得電力系統(tǒng)檢測(cè)出諧波幅值、相角和頻率均存在較大的誤差，不能夠 滿足精度要求。欄柵效應(yīng)可以采用插值法解決，但因頻譜泄漏現(xiàn)象導(dǎo)致的測(cè)量誤差仍然存 在。對(duì)信號(hào)加窗后再進(jìn)行離散傅里葉分析可減少頻譜泄露的誤差，但過程復(fù)雜、計(jì)算量大。
[0003] 為解決上述問題，國內(nèi)外學(xué)者做了相應(yīng)研究，提出了基于FFT的高精度諧波檢測(cè) 方法、基于納托爾（Nuttall)窗和5項(xiàng)萊夫-文森特（Rife-Vincent) (I)窗雙譜線插值FFT 的電力諧波分析方法、矩形卷積窗算法等。然而由于以上窗函數(shù)的頻譜旁瓣特性不夠理想， 對(duì)頻譜泄露抑制作用有限，使諧波分析誤差較大，難以實(shí)現(xiàn)高精度的頻率測(cè)量和諧波分析， 且計(jì)算過程復(fù)雜，耗時(shí)長，難以滿足電力系統(tǒng)諧波分析實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性的要求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種可有效抑制頻譜泄露的基于漢明乘 積窗的信號(hào)諧波頻譜分析方法及系統(tǒng)，該方法計(jì)算量小、耗時(shí)短、精確度高，能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的 實(shí)時(shí)和精確分析。
[0005] 本發(fā)明基于漢明乘積窗（Hamming乘積窗）實(shí)現(xiàn)，以Hamming窗函數(shù)為基本窗函 數(shù)，將基本窗函數(shù)相乘即獲得漢明乘積窗wm(η):
【權(quán)利要求】
1. 基于漢明乘積窗的信號(hào)諧波分析方法，其特征在于，包括步驟： 步驟1，對(duì)電力系統(tǒng)信號(hào)x(t)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換獲得離散化信號(hào)X(η)，所述的電力系統(tǒng)信 號(hào)x(t)為電壓信號(hào)或電流信號(hào)； 步驟2,采用漢明乘積窗對(duì)離散化信號(hào)X (η)加窗，對(duì)加窗后信號(hào)和漢明乘積窗進(jìn)行FFT 變換，獲得FFT變換后的信號(hào)頻譜圖和漢明乘積窗；所述的漢明乘積窗為ρ個(gè)漢明窗相乘獲 得，Ρ值根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定； 步驟3,根據(jù)FFT變換后的信號(hào)頻譜圖和漢明乘積窗獲得實(shí)際基波頻率； 步驟4,根據(jù)FFT變換后的信號(hào)頻譜圖和實(shí)際基波頻率獲得基波和各次諧波的幅值、相 位。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于漢明乘積窗的信號(hào)諧波分析方法，其特征在于： 所述的漢明窗為余弦漢明窗。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于漢明乘積窗的信號(hào)諧波分析方法，其特征在于： 所述的根據(jù)FFT變換后的信號(hào)頻譜圖和漢明乘積窗獲得實(shí)際基波頻率，具體為： 將離理論峰值點(diǎn)最近的左右兩側(cè)離散譜線序號(hào)分別記為h和k2，離散譜線&和k2對(duì) 應(yīng)的幅值分別為yi和y2，根據(jù)
獲得實(shí)際基波的離散譜線序號(hào)IV從 而獲得基波頻率；其中，W( ·)為FFT變換后的漢明乘積窗。
4. 如權(quán)利要求1所述的基于漢明乘積窗的信號(hào)諧波分析方法，其特征在于： 所述的根據(jù)FFT變換后的信號(hào)頻譜圖和實(shí)際基波頻率獲得基波和各次諧波的幅值、相 位，具體為： 在FFT變換后的信號(hào)頻譜圖的[(hffa)，（hfda)]頻率范圍中找尋第i次諧波對(duì)應(yīng) 的離散譜線kn和ki2, i為諧波次數(shù)；a根據(jù)電力系統(tǒng)允許的諧波最大偏差設(shè)置；基于離散 譜線kn和ki2對(duì)應(yīng)的幅值yn和yi2，采用幅值修正公式和相位修正公式獲得第i次諧波的 幅值和相角。
5. 基于漢明乘積窗的信號(hào)諧波分析系統(tǒng)，其特征在于，包括： 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，用來對(duì)電力系統(tǒng)信號(hào)X (t)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換獲得離散化信號(hào)X (η)，所述的 電力系統(tǒng)信號(hào)x(t)為電壓信號(hào)或電流信號(hào)； 加窗和FFT變化模塊，用來采用漢明乘積窗對(duì)離散化信號(hào)X(η)加窗，對(duì)加窗后信號(hào)和 漢明乘積窗進(jìn)行FFT變換，獲得FFT變換后的信號(hào)頻譜圖和漢明乘積窗；所述的漢明乘積窗 為Ρ個(gè)漢明窗相乘獲得，Ρ值根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定； 實(shí)際基波頻率獲得模塊，用來根據(jù)FFT變換后的信號(hào)頻譜圖和漢明乘積窗獲得實(shí)際基 波頻率； 諧波幅值和諧波相位獲得模塊，用來根據(jù)FFT變換后的信號(hào)頻譜圖和實(shí)際基波頻率獲 得基波和各次諧波的幅值、相位。
6. 如權(quán)利要求5所述的基于漢明乘積窗的信號(hào)諧波分析系統(tǒng)，其特征在于： 所述的諧波幅值和諧波相位獲得模塊進(jìn)一步包括： 諧波對(duì)應(yīng)的離散譜線找尋模塊，用來在FFT變換后的信號(hào)頻譜圖的[(hffa)， (hfo+a)]頻率范圍中找尋第i次諧波對(duì)應(yīng)的離散譜線kn和ki2，i為諧波次數(shù)；a根據(jù)電力 系統(tǒng)允許的諧波最大偏差設(shè)置； 幅值和相位求解模塊，用來基于離散譜線kn和ki2對(duì)應(yīng)的幅值yn和y i2，采用幅值修正 公式和相位修正公式獲得第i次諧波的幅值和相角。
【文檔編號(hào)】G01R23/16GK104062500SQ201410321280
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月4日
【發(fā)明者】武婕, 劉開培, 樂健, 汪立, 彭宏亮, 陳宜皇, 高云鵬 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)
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